凝汽器低真空保護(hù)動(dòng)作原因分析

盧偉明 陳筱松

[摘? ? 要 ]汽輪機(jī)凝汽器的真空度對(duì)于機(jī)組的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性具有很大影響，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，凝汽器運(yùn)行狀態(tài)的惡化將會(huì)直接導(dǎo)致汽輪機(jī)熱耗、汽耗增大和出力的降低;此外，真空降低會(huì)引起汽輪機(jī)的排汽缸溫度升高以及汽機(jī)軸承的中心偏移，進(jìn)一步還會(huì)引起汽輪機(jī)組的振動(dòng)。某電廠2020年4月30日#2機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中凝汽器真空變送器顯示數(shù)據(jù)正常，卻發(fā)生凝汽器真空低開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作機(jī)組跳閘的事件，通過(guò)分析變送器數(shù)據(jù)、測(cè)點(diǎn)位置、壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作值等各方面因素，找到本次跳閘事件的原因，提出解決辦法。

[關(guān)鍵詞]凝汽器低真空保護(hù)動(dòng)作;凝汽器;真空低;跳閘;原因分析

[中圖分類號(hào)]TM621 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]The vacuum degree of the steam turbine condenser has a great influence on the safety and economy of the unit operation.During the operation of the unit， the deterioration of the operating state of the condenser will directly lead to the increase of the heat consumption and steam consumption of the steam turbine and the reduction of the output; in addition， the decrease of the vacuum will cause the temperature of the exhaust cylinder of the steam turbine and the center deviation of the turbine bearing， and further cause the steam Vibration of wheel set.On April 30， 2020， during the start-up of No.2 unit in a power plant， the data displayed by the vacuum transmitter of the condenser was normal， but the protection action of the low vacuum switch of the condenser occurred.By analyzing the data of the transmitter， the position of the measuring point， the action value of the pressure switch and other factors， the causes of the trip event were found out， and the solutions were put forward.

[Keywords]condenser low vacuum protection action; condenser; low vacuum; trip; cause analysis

1 概述

汽輪機(jī)的凝汽器內(nèi)部設(shè)置了有冷卻水管，循環(huán)水不斷在冷卻水管內(nèi)流過(guò)，此時(shí)汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器，排汽遇冷后立刻凝結(jié)成水，放出的汽化潛熱被冷卻水管內(nèi)冷卻水帶走，使凝汽器內(nèi)的蒸汽接近冷卻水溫度。蒸汽飽和壓力跟其飽和溫度是相對(duì)應(yīng)的，排汽被凝結(jié)成水后引起比容急劇縮小，體積也跟著大大縮小，使凝汽器內(nèi)部形成高度真空，接著利用抽氣機(jī)不斷將凝汽器內(nèi)的空氣等其它不凝結(jié)氣體抽走，以保持凝汽器的真空狀態(tài)。

在汽輪機(jī)的正常運(yùn)行過(guò)程中，凝汽器的真空度下降會(huì)對(duì)凝汽器產(chǎn)生諸多不利的影響，因此，一般火力發(fā)電機(jī)組保護(hù)都帶有低真空度跳機(jī)保護(hù)，來(lái)保護(hù)汽輪機(jī)以及凝汽器的設(shè)備設(shè)施安全。傳統(tǒng)低真空保護(hù)一般是在真空度低于某一設(shè)定值后直接動(dòng)作跳機(jī)。

某電廠配置兩套型號(hào)為STAG109FAMS的“一拖一多軸”型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，每套發(fā)電機(jī)組主要由PG9351FA型燃?xì)廨啓C(jī)、HG-9FA-361-10.1/539.6-2P型余熱鍋爐、LNC/N115-9.88/539/1.9抽凝汽輪機(jī)組成。抽凝汽輪機(jī)為高壓、單軸、雙抽、凝汽式、軸向排汽機(jī)組。軸向排汽至N-3000-13型凝汽器，為單殼體、單背壓、單流程、表面式結(jié)構(gòu)，主要部件有凝汽器本體、排汽過(guò)渡段、冷卻水進(jìn)出口、除氧器。在排汽過(guò)渡段內(nèi)設(shè)有旁路蒸汽管道及水幕噴淋裝置，汽流下游位置設(shè)有四個(gè)網(wǎng)籠式測(cè)量管如圖1所示。

2 事件經(jīng)過(guò)

2020年4月30日6：02：36，#2汽機(jī)壓力3.0 MPa，主汽溫度398 ℃，蒸汽品質(zhì)合格，高壓旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度在85%，汽機(jī)開(kāi)始沖轉(zhuǎn)。06：22：08和06：23：17，汽機(jī)轉(zhuǎn)速為2100r/min，凝汽器真空低保護(hù)壓力開(kāi)關(guān)63-4/LV、63-3/LV分別先后動(dòng)作（保護(hù)動(dòng)作定值為：-75 kPa），汽機(jī)跳閘發(fā)訊，06：23：17，汽機(jī)主汽門關(guān)閉。當(dāng)時(shí)三個(gè)真空變送器測(cè)量值顯示分別為-75 kPa、-87 kPa、-87 kPa，操作員站顯示真空為-87 kPa。

3 事件分析

3.1 真空測(cè)量、保護(hù)配置情況

本廠凝汽器真空測(cè)量，配置3個(gè)壓力變送器（PT101、PT102、PT103），4個(gè)壓力開(kāi)關(guān)（63-1/LV、63-2/LV、63-3/LV、63-4/LV）。壓力開(kāi)關(guān)與壓力變送器各在凝汽器的一側(cè)。如圖1所示，沿汽流方向右側(cè)，點(diǎn)1單獨(dú)一根引壓管，引壓至壓力變送器PT101，點(diǎn)2共用一根引壓管，引壓至壓力變送器PT102和PT103，3個(gè)模擬量采用的是三取中輸出顯示和報(bào)警。沿汽流方向左側(cè)，點(diǎn)3裝有壓力開(kāi)關(guān)63-1/LV和63-3/LV，組成#1通道;點(diǎn)4裝有壓力開(kāi)關(guān)63-2/LV和63-4/LV，組成#2通道。#1通道的任意一個(gè)以上壓力開(kāi)關(guān)與#2通道的任意一個(gè)以上壓力開(kāi)關(guān)組合跳汽機(jī)。點(diǎn)5為高壓旁路接口，點(diǎn)6為中壓旁路接口。

3.2 原因分析

圖2顯示了4月30日#2機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中真空相關(guān)參數(shù)的趨勢(shì)。隨著高壓旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的逐漸開(kāi)啟，凝汽器真空變送器PT101逐漸向上，走勢(shì)與排汽壓力測(cè)點(diǎn)基本一致;但另外2個(gè)真空變送器PT102、PT103趨勢(shì)基本走平，3個(gè)壓力變送器之間存在偏差，并隨著蒸汽量的增加偏差越來(lái)越大。6：23，3個(gè)真空變送器測(cè)量值分別為-75 kPa、-87 kPa、-87 kPa，保護(hù)動(dòng)作值為-75 kPa的真空低保護(hù)壓力開(kāi)關(guān)63-4/LV、63-3/LV動(dòng)作，機(jī)組跳閘，轉(zhuǎn)速下降。

從整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程的相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)分析，可得出#2機(jī)真空低跳機(jī)的原因：

（1）布置于點(diǎn)2的變送器PT102、PT103未能真實(shí)反映凝汽器內(nèi)部的真空。汽機(jī)排汽壓力、凝汽器之間通過(guò)排汽過(guò)渡段連接，排汽壓力與凝汽器真空的數(shù)值非常接近，在進(jìn)入凝汽器的蒸汽量逐步增加的過(guò)程中，位于凝汽器下部的點(diǎn)2變送器PT102、PT103的測(cè)量值僅下降了3 kPa，而排汽壓力、布置于點(diǎn)1的變送器PT101均下降了12 kPa。

對(duì)比#1機(jī)和#2機(jī)測(cè)點(diǎn)布置，#1機(jī)點(diǎn)1布置了PT101、PT102，點(diǎn)2布置了PT103測(cè)點(diǎn)，雖然二臺(tái)機(jī)組的真空變送器接口有所不同，但#1機(jī)的真空測(cè)量同樣存在點(diǎn)1測(cè)點(diǎn)的真空測(cè)量值與點(diǎn)2測(cè)點(diǎn)的真空存在偏差，且點(diǎn)1測(cè)點(diǎn)的真空測(cè)量能隨著排汽壓力的變化而變化，而點(diǎn)2測(cè)點(diǎn)的真空變化很小如圖3所示。

從而可以猜測(cè)，在點(diǎn)2位置布置的真空點(diǎn)并不能真實(shí)反映出凝汽器內(nèi)部真空。利用停機(jī)機(jī)會(huì)檢查凝汽器內(nèi)部真空探頭的安裝方式符合規(guī)范要求，只是點(diǎn)2布置于凝汽器下部，取壓管段比點(diǎn)1長(zhǎng)了2.5m。分析認(rèn)為：雖然采用了符合規(guī)范要求的真空測(cè)量探頭，但汽機(jī)采用軸向排汽方式，由于凝汽器測(cè)量取樣點(diǎn)在飽和蒸汽區(qū)，真空中帶水嚴(yán)重，且取壓管的內(nèi)徑小（28×3）mm，取壓管段從凝汽器引出到測(cè)壓表計(jì)路徑太長(zhǎng)，盡管坡度足夠，但在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，水蒸氣仍有可能在其中凝結(jié)成水塞。真空測(cè)量管路積水后，水在管路中形成的水柱有一重力，往往會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值比實(shí)際值大的現(xiàn)象。當(dāng)機(jī)組真空度實(shí)際降低時(shí)，由于測(cè)量值偏大，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組在高背壓下運(yùn)行，造成運(yùn)行人員誤判斷和保護(hù)拒動(dòng)。

（2）凝汽器容量偏小，真空偏低，在機(jī)組啟動(dòng)或工況劇烈變化時(shí)易發(fā)生低真空保護(hù)動(dòng)作。

通過(guò)查看2019年1月到2020年5月的運(yùn)行曲線，可以看出由于循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，凝汽器容量偏小等問(wèn)題，在各種工況下的凝汽器實(shí)際真空與設(shè)計(jì)值偏差較大，機(jī)組一直是較低真空運(yùn)行。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

4 改進(jìn)措施

為防止點(diǎn)2引壓管內(nèi)產(chǎn)生積水，消除真空測(cè)量表計(jì)間的偏差，提高真空測(cè)量的準(zhǔn)確性，采取了以下改進(jìn)措施：

（1）經(jīng)過(guò)對(duì)凝汽器真空取樣管路進(jìn)行全面檢查，更改管路布置，縮短點(diǎn)2引壓管的長(zhǎng)度。對(duì)易積水點(diǎn)進(jìn)行改造，規(guī)范施工工藝，徹底解決取樣管路積水問(wèn)題。

（2）將原有太小的取樣管改為統(tǒng)一為大管徑的不銹鋼管，徹底解決因?yàn)槿庸軆?nèi)通徑太小、大小管焊接而導(dǎo)致疏水不暢的情況。

（3）凝汽器內(nèi)部的真空取樣管在穿壁時(shí)應(yīng)采用一根管一次彎管而成，避免兩截管內(nèi)、外壁在焊接時(shí)，焊料的堆積導(dǎo)致內(nèi)徑變小，最后疏水不暢的情況。

（4）將穿壁孔的位置提高，從而可以加大取樣管路的坡度，防止疏水不暢。

（5）可采用細(xì)網(wǎng)狀不銹鋼得網(wǎng)籠作為測(cè)壓頭，由此減輕飽和蒸汽帶水進(jìn)入取樣管內(nèi)。

（6）焊口位置應(yīng)盡量放在豎直管處，卻因無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)加大焊口處管坡度。

（7）內(nèi)部取樣管沿凝汽器壁四周敷設(shè)布置時(shí)，應(yīng)焊接固定支撐架，直角轉(zhuǎn)彎處采用一根管彎管并保持或加大坡度，不建議采用直角彎頭焊接，盡量減少焊點(diǎn)個(gè)數(shù)，防止焊接工藝差造成的疏水不暢，產(chǎn)生積水。

（8）疏水管應(yīng)延伸至凝汽器熱井底板進(jìn)行水封，并確保取樣管路全程完后無(wú)破損，焊點(diǎn)著色檢查合格。

（9）施工結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行真空取樣管路嚴(yán)密性試驗(yàn)，確保管路無(wú)漏點(diǎn)，同時(shí)對(duì)管路進(jìn)行吹掃清洗，有條件的機(jī)組可進(jìn)行煤油清洗。

（11）在管路沒(méi)改造前，要獲取較準(zhǔn)確的真空顯示值，采取打開(kāi)智能變送器排污堵頭，讓引壓管內(nèi)有氣流流動(dòng)，防止積水產(chǎn)生，正常后恢復(fù)堵頭。

5 結(jié)語(yǔ)

凝汽器真空度測(cè)量的準(zhǔn)確與可靠就顯得尤為重要，測(cè)量不準(zhǔn)，輕則影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，重則引起保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重威脅到機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)分析真空測(cè)量表計(jì)之間的偏差，找到影響測(cè)量準(zhǔn)確性的原因，采取合理、可行性的防范措施，避免儀表誤差導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)終止，提高電廠運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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