基于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)診斷的機(jī)組給水溫度偏低故障分析

崔傳濤，羅 昆，雷 剛，李新營，劉 巖

（1.中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，江蘇 蘇州 215123；2.中電普安發(fā)電有限責(zé)任公司，貴州 普安 561500）

0 引言

在電力行業(yè)新形勢下，燃煤發(fā)電機(jī)組面臨競價上網(wǎng)的壓力，供電煤耗較低的機(jī)組可以降低發(fā)電成本，在競價上網(wǎng)中處于優(yōu)勢［1］。與此同時，對機(jī)組運(yùn)行安全性的要求不斷提高，提升機(jī)組安全性及經(jīng)濟(jì)性成為迫切需求。

隨著科技進(jìn)步及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，各燃煤發(fā)電企業(yè)正在加快智能化、數(shù)字化建設(shè)，依托先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，推進(jìn)數(shù)字化等新興技術(shù)與燃煤發(fā)電企業(yè)的深度融合，提高發(fā)電設(shè)備數(shù)字化水平［2-4］。燃煤發(fā)電機(jī)組數(shù)字化水平的提升為遠(yuǎn)程診斷機(jī)組問題提供了便利條件，開辟了解決機(jī)組實(shí)際問題的新思路，數(shù)字化發(fā)展與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)緊密結(jié)合，在提升機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及故障診斷領(lǐng)域存在廣闊空間［5］。

1 回?zé)嵯到y(tǒng)

抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)從汽輪機(jī)級間抽出高溫蒸汽，加熱機(jī)組給水，提升工質(zhì)在鍋爐內(nèi)吸熱過程的平均溫度，以提高機(jī)組循環(huán)熱效率［6-8］。抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的正常投運(yùn)對提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性有重要影響，若加熱器換熱性能下降，會引起加熱器出水溫度降低、疏水溫度升高等問題，造成機(jī)組給水溫度偏低，降低機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性［9-11］。

在熱力學(xué)第二定律理論基礎(chǔ)上，建立機(jī)組回?zé)岢槠到y(tǒng)計算程序，加熱器能量平衡式如下。

式中：Gjq為抽汽流量，kg/h；hjq為加熱器進(jìn)汽焓，kJ/kg；hss為加熱器疏水焓，kJ/kg；Gsss為上級加熱器疏水流量，kg/h；hsss為上級加熱器疏水焓，kJ/kg；Gjs為加熱器進(jìn)水流量，kJ/kg；hcs為加熱器出水焓，kJ/kg；hjs為加熱器進(jìn)水焓，kJ/kg。

2 給水溫度偏低原因分析

燃煤發(fā)電機(jī)組給水溫度偏低是常見問題，通常由汽輪機(jī)抽汽參數(shù)異常、加熱器換熱管束結(jié)垢及加熱器泄漏等原因引起。

2.1 給水溫度偏低現(xiàn)象

某燃煤發(fā)電機(jī)組容量為660 MW，汽輪機(jī)型式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，額定工況下設(shè)計主汽壓力為25 MPa、主汽溫度為580 ℃、再熱汽溫為580 ℃、給水溫度為291 ℃。給水回?zé)嵯到y(tǒng)配置三臺高壓加熱器、一臺除氧器及五臺低壓加熱器（以下簡稱低加）。

機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行后，機(jī)組給水溫度達(dá)不到設(shè)計值，額定負(fù)荷工況下給水溫度比設(shè)計值低7.04 ℃，并有進(jìn)一步降低趨勢。需要查明原因，提升機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，防止機(jī)組給水溫度進(jìn)一步降低。暫不具備開展現(xiàn)場診斷試驗的條件，且現(xiàn)場試驗并不能反映運(yùn)行參數(shù)歷史趨勢。該機(jī)組投產(chǎn)于2019 年，于2019 年9 月完成考核驗收試驗，考核驗收試驗數(shù)據(jù)可以反映機(jī)組投產(chǎn)性能，對問題分析及故障診斷具有重要的參考價值?？紤]到機(jī)組投產(chǎn)時間相對較短，查閱投產(chǎn)期間運(yùn)行參數(shù)，以大數(shù)據(jù)為依托，基于機(jī)組運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，采用遠(yuǎn)程方式進(jìn)行診斷分析。

2.2 回?zé)嵯到y(tǒng)遠(yuǎn)程診斷分析

機(jī)組抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)性能分析宜在額定負(fù)荷或最大出力工況下進(jìn)行，由于機(jī)組最大出力工況較少，缺少足夠?qū)Ρ葦?shù)據(jù)，故以額定負(fù)荷作為對比分析工況。為選取穩(wěn)定可靠的運(yùn)行參數(shù)，確定機(jī)組歷史數(shù)據(jù)的選取原則：1）機(jī)組功率為（660±2）MW；2）機(jī)組功率穩(wěn)定運(yùn)行超過12 min；3）選取機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行6 min 后的數(shù)據(jù)，以功率660 MW 工況時間段平均值為準(zhǔn)。由于8 號、9 號低壓加熱器為合體布置，故作為一個整體加熱器進(jìn)行分析。

機(jī)組抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)配置9 臺加熱器，涉及數(shù)據(jù)包括每一臺加熱器進(jìn)汽參數(shù)、疏水參數(shù)、進(jìn)水溫度及出水溫度等參數(shù)，由于數(shù)據(jù)量較大給性能分析及故障診斷造成一定困難。給水溫度低故障診斷采用遠(yuǎn)程讀取機(jī)組運(yùn)行參數(shù)歷史數(shù)據(jù)、繪制運(yùn)行參數(shù)變化趨勢曲線、同負(fù)荷工況下對比分析運(yùn)行數(shù)據(jù)的方法，對存在異常變化的參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。讀取2020 年12月加熱器進(jìn)水溫度、疏水溫度、正常疏水調(diào)門開度及危急疏水調(diào)門開度等運(yùn)行數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)明顯異常的運(yùn)行參數(shù)，基本可以排除設(shè)備突發(fā)故障原因。繪制的機(jī)組低壓加熱器疏水溫度的運(yùn)行趨勢曲線如圖1所示。

圖1 低加疏水溫度變化趨勢

通過對各級加熱器當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，初步排除設(shè)備明顯故障對回?zé)嵯到y(tǒng)的影響，需要進(jìn)一步分析回?zé)嵯到y(tǒng)性能對機(jī)組給水溫度的影響。基于當(dāng)前機(jī)組給水溫度偏低問題，需要明確機(jī)組投產(chǎn)階段回?zé)嵯到y(tǒng)性能，以便明確是否為投產(chǎn)設(shè)計原因。

為全面了解機(jī)組投產(chǎn)后回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的變化趨勢，選取額定負(fù)荷工況下設(shè)計值、考核試驗值和當(dāng)前運(yùn)行值，對三組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比分析，初步判斷事故誘發(fā)原因及誘發(fā)時間段。機(jī)組考核驗收試驗于2019 年9 月進(jìn)行，試驗期間機(jī)組功率為653.41 MW、主汽壓力為25.20 MPa、主汽溫度為572.15 ℃、再熱汽溫為569.00 ℃、給水溫度為287.34 ℃。在線選取2021 年2 月6 日機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，機(jī)組功率為659.69 MW、主汽壓力為24.73 MPa、主汽溫度為578.24 ℃、再熱汽溫為579.23 ℃、給水溫度為283.96 ℃。相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計

由表1可以看出：

1）機(jī)組投產(chǎn)后存在主蒸汽、再熱蒸汽溫度、各抽汽段溫度比設(shè)計值偏低的問題。在主蒸汽運(yùn)行溫度比設(shè)計值低1.76 ℃的情況下，2 段、6 段、7 段抽汽溫度比設(shè)計值低10 ℃以上，其中6 段抽汽溫度比設(shè)計值低16.8 ℃。

2）3臺高壓加熱器進(jìn)汽壓力低于設(shè)計值。投產(chǎn)試驗期間3 臺高壓加熱器進(jìn)汽壓力比設(shè)計值低0.19～0.50 MPa，1號高壓加熱器偏差最大，3號高壓加熱器偏差最小；運(yùn)行工況下3 臺高壓加熱器進(jìn)汽壓力比設(shè)計值低0.18～0.59 MPa，1 號高壓加熱器偏差最大，3號高壓加熱器偏差最?。挥捎诟邏杭訜崞鬟M(jìn)汽壓力對加熱器出水溫度有決定性影響，因此高壓加熱器進(jìn)汽壓力偏低是造成機(jī)組給水溫度偏低的重要原因。

3）多臺加熱器溫升偏低，以2 號高壓加熱器和除氧器尤為明顯。2號高壓加熱器溫升為36.69 ℃，比設(shè)計值低12.64%，除氧器溫升為37.69 ℃，比設(shè)計值低8.74%。

4）3臺高壓加熱器上端差均未達(dá)到設(shè)計值。投產(chǎn)試驗期間高壓加熱器上端差與設(shè)計值偏差小于1.48 ℃，隨著運(yùn)行時間增加，高壓加熱器上端差與設(shè)計值偏差達(dá)到4.27 ℃，表明高壓加熱器換熱性能下降，特別是2 號高壓加熱器，在當(dāng)前抽汽參數(shù)下，機(jī)組給水溫度存在較大提升空間。

2.3 2號高加性能分析

通過對機(jī)組投產(chǎn)試驗期間數(shù)據(jù)分析，高壓加熱器進(jìn)汽溫度、進(jìn)汽壓力低于設(shè)計值，是造成機(jī)組給水溫度偏低的重要原因。同時發(fā)現(xiàn)機(jī)組投產(chǎn)驗收試驗期間2 號高壓加熱器溫升偏低3.56 ℃，運(yùn)行工況下溫升偏低5.31 ℃，上端差為4.27 ℃，表明加熱器實(shí)際換熱效果不佳，因此將2 號高壓加熱器作為重點(diǎn)分析對象。對2 號高壓加熱器運(yùn)行數(shù)據(jù)分不同時間段進(jìn)行分析，篩選出2020 年11 月至12 月加熱器運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 機(jī)組2號高壓加熱器運(yùn)行參數(shù)

由表2可以看出：

1）同負(fù)荷工況下2 號高壓加熱器進(jìn)汽壓力、正常疏水調(diào)門開度、運(yùn)行水位等參數(shù)未發(fā)生明顯波動，同時通過危急疏水調(diào)門開度、給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)的分析，可以排除2 號加熱器換熱管束泄漏的可能性。

2）在2020 年11 月26 日至12 月30 日之間，2 號高壓加熱器溫升降低2.69℃，且溫升降低是緩慢的、有規(guī)律性的下降過程，表明在此時間段內(nèi)加熱器換熱性能下降。機(jī)組在此期間進(jìn)行深度調(diào)峰，負(fù)荷頻繁且大幅度波動，對加熱器換熱性能產(chǎn)生不利影響。機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行方式、加熱器運(yùn)行水位及換熱管束結(jié)垢等因素是加熱器換熱性能下降的主要影響因素。

2.4 回?zé)嵯到y(tǒng)統(tǒng)籌分析

通過上述數(shù)據(jù)分析可以看出，機(jī)組抽汽參數(shù)與加熱器匹配性不佳。6 號、7 號、9 號低壓加熱器溫升偏低，需要下一級加熱器進(jìn)行熱補(bǔ)償，5 號低壓加熱器可以完成溫度補(bǔ)償，使除氧器進(jìn)水溫度接近設(shè)計值；2 號高加及除氧器溫升偏低，1 號、3 號高壓加熱器進(jìn)行了熱補(bǔ)償，但不能彌補(bǔ)2 號高壓加熱器及除氧器溫升偏低的問題。

當(dāng)前2 號機(jī)組給水溫度偏低，主要有兩方面原因：1）2 號高壓加熱器及除氧器溫升偏低、3 號高壓加熱器補(bǔ)償能力降低，該現(xiàn)象自機(jī)組投產(chǎn)階段存在至今，隨著運(yùn)行時間的增加有進(jìn)一步惡化的趨勢。2）即使2 號高壓加熱器及除氧器換熱性能達(dá)到設(shè)計值，機(jī)組給水溫度仍然不能達(dá)到設(shè)計值，主要是因為高壓段抽汽壓力偏低，特別是1 段抽汽壓力偏低，決定了機(jī)組給水溫度無法達(dá)到設(shè)計值。

2 號高壓加熱器溫升偏低，考核試驗期間偏低3.56 ℃，隨運(yùn)行時間增加溫升偏低5.31 ℃，在2020年11 月至12 月之間有緩慢下降過程，可能為機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行方式、加熱器水位及換熱管束結(jié)垢等因素的影響。建議檢修期間對2 號高壓加熱器換熱管束結(jié)垢情況進(jìn)行檢查。

機(jī)組C 修期間，對2 號、3 號高壓加熱器進(jìn)行了解體檢修，發(fā)現(xiàn)兩臺高壓加熱器存在換熱管結(jié)垢現(xiàn)象，驗證了遠(yuǎn)程診斷分析的準(zhǔn)確性。對高壓加熱器管束進(jìn)行除垢處理，在運(yùn)行期間適當(dāng)提升主蒸汽壓力，使得抽汽壓力更接近設(shè)計值，并優(yōu)化調(diào)整加熱器運(yùn)行水位，上述措施實(shí)施效果明顯，同負(fù)荷工況下機(jī)組給水溫度比檢修前提升2.8 ℃，機(jī)組給水溫度偏低現(xiàn)象明顯緩解。通過上述處理措施，機(jī)組給水溫度偏低問題得以緩解，但由于1 段抽汽壓力低于設(shè)計值，限制了機(jī)組給水溫度的進(jìn)一步提升；此問題是汽輪機(jī)通流部分設(shè)計所致，涉及改造工程量大，暫時不能徹底解決機(jī)組給水溫度偏低問題。

3 結(jié)語

以大數(shù)據(jù)為依托，采用遠(yuǎn)程診斷的方式對2 號機(jī)組給水溫度偏低進(jìn)行診斷。

通過建立抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)計算模型，采集同負(fù)荷工況下歷史運(yùn)行參數(shù)，對各級加熱器參數(shù)進(jìn)行綜合分析，診斷出機(jī)組給水溫度偏低主要由高壓加熱器換熱性能下降、抽汽參數(shù)與加熱器性能匹配性不佳所致。

通過對2 號、3 號高加進(jìn)行解體檢修，發(fā)現(xiàn)換熱管結(jié)垢問題，驗證了遠(yuǎn)程診斷的準(zhǔn)確性。通過檢修提效及主蒸汽壓力優(yōu)化調(diào)整使機(jī)組給水溫度比檢修前提升2.8 ℃，降低機(jī)組煤耗0.2 g/kWh，產(chǎn)生明顯經(jīng)濟(jì)效益。