韶鋼低壓飽和蒸汽余熱利用機組真空急劇下降的分析與處理

陳營波,陳日興,張　濤

1　概述

韶鋼低壓飽和蒸汽余熱利用機組是將煉鋼轉爐產生的低壓飽和蒸汽回收，經過鍋爐加熱提升過熱度后用于發電和供汽。低壓飽和蒸汽的壓力0.6～1.2 MPa，溫度159～188℃（壓力對應的飽和溫度）。該機組于2013年8月底投產，年均發電量5300萬kWh，效益顯著。該機組在投產之后出現多次真空急劇下降，導致汽輪機因真空低跳閘，給生產造成了不良影響。經過多次跳機后的排查，才徹底解決影響真空的因素，使機組真空不再受外界干擾。

2　事故現象

機組幾次因真空低跳閘的共同特點就是真空在1 min內從-92 kPa下降至-61 kPa以下，即使啟動備用射水泵、將發電機緊急解列，仍會造成跳機。事故后，在不對機組系統做任何調整的情況下，開機時真空正常。查詢曲線，真空下降、排汽溫度上升，根據飽和關系，證明真空信號是真實的，并非誤信號。

3　機組本體及輔機故障排查

從汽輪機本體及其輔機方面來分析，導致真空急劇下降的因素應當包括以下一點或幾點：

(1)凝汽器循環冷卻水量急劇減少或凝汽器水側存有大量空氣。

（2）真空系統管道破裂，漏入大量空氣。

（3）排汽缸安全保護裝置膜片破裂，漏入大量空氣。

（4）凝汽器銅管大量泄漏，水位迅速異常升高。

（5）射水箱水位過低，水位未能淹沒抽氣器的出水口，導致漏入大量空氣。

鑒于事故后在不對機組系統做任何調整的情況下開機時真空正常，可以排除以上5個原因，也就是說排除了機組本體及其輔機的故障。

4　系統分析

回歸原點思考問題。在運行過程當中，汽輪機真空的建立主要是在循環水冷卻作用下使蒸汽凝結、比容驟然縮小而形成，其次是靠真空泵或射水抽氣器抽出蒸汽中微量的不凝結性氣體來維持。既然經過多次事后判斷排除了機組本體及輔機故障，那么問題的焦點就指向蒸汽攜帶大量不凝結性氣體。這是一個大膽的推測。

4.1　推測依據

該機組所配套的射水抽氣器型號為CS-7.5，抽氣量7.5 kg/h（便于理解換算約為190 mL/s，40℃時飽和空氣密度1.097 kg/m3）。即使2套射水抽氣器同時運行，每秒鐘也只能抽走不凝結性氣體380 mL，相當于1支小礦泉水瓶大的體積。如果蒸汽中攜帶的不凝結性氣體體積超過該值，就會表現出真空下降，攜帶越多、下降越快。

該機組蒸汽參數是0.6～1.2 MPa，蒸汽來源于煉鋼轉爐，而轉爐煉鋼所需的氮氣等介質壓力正好涵蓋此蒸汽壓力范圍，如果操作不當或設備缺陷就會竄入低壓飽和蒸汽中，引起機組真空急劇下降。

經與上工序詳細了解，在機組出現真空急劇下降的幾次故障中，煉鋼工序正好是吹掃、切換密封氣源時，與故障時間重合，氮氣使用量遠遠超過射水抽氣器的出力。

4.2　設備現狀及存在的問題

在煉鋼系統中與低壓飽和蒸汽有直接或間接連接關系的能源介質是氮氣，氮氣有中壓氮與低壓氮之分，壓力分別為0.8、1.6 MPa，主要使用設備是氧槍口和轉爐煤氣吹掃系統。

煉鋼廠在2008年利用自產低壓飽和蒸汽成功替代密封轉爐氧槍口的氮氣，同時蒸汽管道與氮氣管道進行了碰接。爐子在檢修時兩路汽（氣）源相互共存、交替使用，以及在轉爐開爐階段或蒸汽壓力低時使用氮氣密封。

煉鋼廠的轉爐煤氣風機三通閥用自產的低壓飽和蒸汽吹掃，同時配有一路氮氣備用氣源，這兩路（汽）氣源進行碰接，當低壓飽和蒸汽壓力低或有檢修時會切換為氮氣。

以上設備狀態可能會出現：

（1）氮氣閥與蒸汽閥同時內漏時，會造成壓力高的氮氣漏入壓力低的飽和蒸汽系統中。

（2）在氮氣與蒸汽的切換使用過程，會導致一定量的氮氣進入飽和蒸汽系統中。

（3）誤操作，使氮氣閥與蒸汽閥同時打開，造成氮氣竄入蒸汽中。

5　解決方案

為避免蒸汽攜帶氮氣影響生產，制定以下解決方案：

（1）在氧槍口、轉爐煤氣吹掃系統的氮氣、蒸汽管道上安裝一、二次閥，確保關閉嚴密。

（2）切換汽（氣）源時，要保證蒸汽壓力高于氮氣壓力才能進行，防止氮氣竄入蒸汽。

（3）密封、吹掃時，禁止氮氣與蒸汽同時投入使用。氮氣壓力是公司母管制運行，壓力變化小，而低壓飽和蒸汽壓力受轉爐生產、自用以及發電機負荷影響較大。氮氣與蒸汽同時投入密封、吹掃，當蒸汽壓力低時會使蒸汽攜帶大量氮氣進入汽輪機。

（4）當轉爐從檢修轉生產后，將前兩爐蒸汽放散，保證蒸汽管道及蓄熱器內的氮氣等不凝結性氣體全部排盡。

6　結束語

從2014年實施以上方案以來，韶鋼低壓飽和蒸汽余熱利用機組真空未出現急劇下降的現象，因此驗證了之前的推測。

蒸汽攜帶氮氣等不凝結性氣體從而影響機組真空，在電力行業中是少之又少，或許只有在冶金行業自備電廠中存在。這些不凝結性氣體包括氮氣、壓縮空氣、氬氣等氣體在鋼廠得到普遍使用。隨著各鋼廠大力回收轉爐飽和蒸汽的同時，在設計或操作時要保證蒸汽不得攜帶氮氣等不凝結性氣體，以免影響機組安全運行。