火力發電廠汽輪機疏水系統的常見故障及其對策研究

劉暢

摘要：汽輪機一直是火力發電廠三大最為主要的設備之一。汽輪機起步的過程中，部件的熱應力和疲勞、轉子與汽缸之間的膨脹和震動、機組內部的振蕩等會隨之發生巨大的改變，這會極大地威脅到汽輪機的安全，降低整個火力發電廠的風量和發電負荷，造成巨大的經濟損失。本文重點分析了汽輪機系統中疏水系統的常見故障，查明是由什么原因引發的故障，并及時采取相應對策和正確的運行方式進行故障維修，這樣對保證設備安全、經濟運行有深刻的意義。

關鍵詞：汽輪機;火力發電廠;疏水系統;故障

引言

在汽輪機系統設計中，疏水系統是其重要的組成部分，通過設置疏水管可以在汽輪機的啟停、負荷變動和運行過程中，有效控制疏水閥，將汽輪機內部積水排出，避免汽輪機設備和相關管道等出現冷蒸汽回流問題，造成設備損傷。因此，相關人員在對汽輪機設備進行管理時，需要掌握疏水系統的常見故障，并采取有效對策，保證汽輪機的安全、穩定運行。

1汽輪機疏水系統的設計要求

通常情況下，汽輪機疏水系統設計要遵循一定的原則，即汽輪機在啟停、運行以及變負荷運行、故障、熱備用等狀態下，可以及時地將設備內部和管道內存在的積水有效排出從而在很大程度上避免出現進水和冷蒸汽回流等情況。實際上，汽輪機內部出現積水是因為其在冷態下啟動，內部蒸汽冷凝產生積水。管道中出現積水是由于汽輪機跳閘使積水汽化?；诖?，汽輪機疏水系統設計應當滿足以下要求：

（1）在可能存在積水的設備和相關管道部位設計具有一定通流能力的疏水管閥。

（2）在適當的設備及管道部位安裝監測和控制積水、進水和冷蒸汽回流的儀器。

（3）合理設計聯鎖保護邏輯控制程序，實現疏水閥的自動開關控制，避免出現積水、進水及冷蒸汽回流等情況。

（4）在確保汽輪機安全穩定運行的前提下，盡量減少運行成本。

2汽輪機疏水系統的常見故障

2.1.冷蒸汽回流造成汽缸溫差大

汽輪機疏水系統的主要故障之一就是由于汽缸上下溫度之間的溫差較大，這也是由于冷蒸汽的回流所引起。中壓氣缸上下溫差通常是指在50℃和60℃之間時，當汽輪機出現空轉或停機時，最大溫差不超過86℃。汽輪機首次起步時，高壓氣缸上下的溫差最大可達110℃左右，高壓外缸與中壓氣缸上下的溫差最大可達150℃。這種情況已嚴重超過汽輪機的運行標準，將導致汽輪機的運行故障

2.2.疏水回流造成中壓調門擴散器出現裂紋

中間壓力調節閥擴散器底部多發生縱向裂紋，容易向中壓內外筒中間層產生高溫蒸汽泄漏，對運行經濟性和安全性有很大影響。更一般的故障現象是，當汽輪機運轉負載小于20%時，高壓汽缸內的壓力相對較高，這導致漏極水壓力迅速上升。中間壓力汽缸與低壓汽缸的電容器連接的話，壓力變成真空狀態。中壓調節閥后面的排水閥打開后，排水管的壓力上升，這與管道的冷凝逆流相連，有若干底材的溫度急劇變化。由于相對高溫的應力的影響，中壓調節閥的擴散器產生裂縫。

2.3.抽汽管道積水導致轉速失控

汽輪機疏水系統在運行過程中，容易出現抽汽管道積水現象，導致轉子轉速失控，甚至損壞轉子葉片。這主要是因為汽輪機組在高速跳閘后，抽汽管道中會發生飽和的水汽化，并流回汽缸。在一定程度上，會對轉子葉片產生較大的沖擊，嚴重時可能導致轉子葉片脫落。另外，當一臺汽輪機在正常運轉負荷下達到25%以上，抽汽逆止閥前的疏水閥可以按邏輯控制而自動停機或關閉。如果回熱式抽氣系統沒有正常投入使用，此時如果抽氣逆止閥被關閉，可能會造成蒸汽管道中大量積水。在此技術基礎上，機組進行跳閘后，飽和度的水蒸發再返回到汽輪機，轉子轉速失控。

2.4排水管的組合會導致閥體出現裂紋

冷蒸汽的回流就會導致相應地區或者其他相應地區的溫度顯著下降，為監測汽輪機管道內的積水情況，疏水箱等設備設置在相應管道的最低點，由液位開關控制。此時，冷凝液會因溫度過高而迅速蒸發。經過很長一段時間，附近的金屬會由于交變溫度的影響而產生裂紋。

3汽輪機疏水系統故障的對策研究

3.1.對冷蒸汽及積水進行回流監控

針對目前汽輪機疏水系統出現的故障，分析了其主要原因是冷蒸汽和水的回流。因此，首先要對汽輪機設備及相關管道內冷汽、水的回流進行監測。其中，冷蒸汽監測可根據疏水閥開啟狀態、疏水管進出口壓力、溫度變化情況進行判斷。如果在檢查過程中發現疏水管壓力倒轉，可能會發生蒸汽回流。如果疏水閥關閉，則不會出現冷蒸汽回流問題。一旦冷蒸汽回流會導致相應部位的溫度明顯下降，相關人員可通過監測上下對稱部位的溫度來監測冷蒸汽是否回流。為監測汽輪機管道內的積水情況，疏水箱等設備設置在相應管道的最低點，由液位開關控制。另外，可在管道的上、下端安裝溫度傳感器，根據實時溫度變化監測積水的回流狀態。

3.2.疏水閥自動化控制

當汽輪機啟動和關閉時，根據單元的負載控制蒸汽陷阱。當單元的負載小于20%時，自動打開蒸汽陷阱，并根據漏極罐的液面電平和上下管的溫度差來控制。當在低溫下啟動汽輪機單元時，由于金屬溫度低，蒸汽冷卻后會產生大量的復水，此時需要排水。汽輪機單元啟動后，在高溫狀態下停止或行駛時，汽缸、閥門的金屬溫度會逐漸上升。此時，汽輪機的主裝置與冷凝器連接后成為相對的真空狀態，冷凝液不會在內部產生，但由于對漏極報頭和漏極閃存罐施加大的壓力，所以冷熱蒸汽返回汽輪機的概率很高。因此，在汽輪機的冷水啟動時，需要在沒有水的狀態下關閉，以便根據實際負荷控制蒸汽陷阱，避免出現冷蒸汽和積水回流現象。

3.3.控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流

在汽輪機啟動停止和運轉過程中，抽汽管路中如果有大量積水，會使得機組發生跳閘時出現大量的汽化水返工并回流至設備中，導致轉子轉速失控。基于此，必須將抽汽管道內部的積水排出，可以在隔離閥前和管道下部低點位置安裝一個疏水管，或者可以借助疏水管的液位開關、管道的頂部和底部的溫度監控等判斷管道內是否存在積水，同時能夠聯鎖控制疏水閥，保障內部積水能夠徹底排空。

3.4.優化汽輪機的疏水管合并

在汽輪機疏水管合并過程中，經常會出現管道泄漏等問題，往往是由于疏水閥有質量缺陷、管道施工質量不佳等，也不利于疏水系統的經濟運行。因此，要對汽輪機的疏水管合并進行優化，對同一機組的同類疏水管在不同工況下保持相同，且疏水口的標高也要保持一致。在優化疏水管合并時，要將不同的疏水器安裝后接入相應的疏水集管中，保障它們之間的壓力等級基本相等，并且還要綜合地考慮當疏水閥開啟和密封或關閉時，各個疏水口之間的壓力相同，避免由于疏水而導致管道內部凝結的水竄流，以減少沖擊力，防止管道泄漏。

總結

綜上所述，汽輪機疏水系統的常見故障包括冷蒸汽回流造成汽缸溫差大、疏水回流造成中壓調門擴散器出現裂紋、抽汽管道積水導致轉速失控、疏水管合并導致閥體出現裂紋等，相關人員可采取對冷蒸汽以及積水進行回流監控、疏水閥自動化控制、控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流以及優化汽輪機的疏水管合并等對策，充分保障汽輪機疏水系統的正常、穩定運行。

參考文獻：

[1]王義強，高驥，張軍輝，馬曉飛.汽輪機故障診斷技術的發展現狀研究[J].機電信息，2020（21）：30-32.

[2]伍賽特.工業汽輪機技術特點及未來發展趨勢研究[J].科技創新與應用，2021（06）：150-152.

[3]管燕純.熱力系統疏水匯集的優化與效益[J].山東工業技術，2019（1）：

192-193.