循環(huán)水系統(tǒng)水錘事件的分析及處理

吳寶華

(國投曲靖發(fā)電有限公司，云南 曲靖 655000)

曲靖電廠1號機為上海汽輪機廠生產(chǎn)的引進型N300-16.7/538/538反動、凝汽式汽輪機。循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，水管通徑為1 600 mm。循環(huán)水系統(tǒng)配置了2臺長沙水泵廠生產(chǎn)的64LKXB-20型立式、斜流循環(huán)水泵，水泵出口閥采用了DX7K41X-6型蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥。

2010-09-30，1號機組停運后，運行人員在最后停運2號循環(huán)水泵時，循環(huán)水系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的水錘，就地產(chǎn)生了一陣強烈的振動和悶響。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，2號循環(huán)水泵的出口管檢修孔閥門墊子被吹破，檢修孔放空氣門嚴重損壞，循環(huán)水大量外泄，給電廠設備造成了損壞，給機組的安全運行帶來了不良影響。

1 水錘形成的原因

2008年5月，曲靖電廠1號機循環(huán)水泵控制系統(tǒng)進行了PLC改造，機組只能采用“啟泵開閥，關閥停泵”的運行方式。在停運循環(huán)水泵時，出口液控閥關至30°，循環(huán)水泵聯(lián)停。

在本次事故中，當2號循環(huán)水泵停運后，循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的水瞬間失去驅(qū)動力，水泵出口壓力會很快下降，但在較長的循環(huán)水管道中，前進水流在慣性作用下依然會向原方向行進。因此，在水泵出口閥門前一定范圍內(nèi)的管線中壓力會急劇下降。此時，如果閥門依然開啟，尚有部分水從水泵吸進來補充，可緩解壓力下降；如果閥門快速關閉，則在很短時間內(nèi)斷絕了補充水源，從而加劇了水泵出口門后負壓的形成，引起部分水汽化，發(fā)生水柱中斷。當前進水流的慣性流動停止后，在冷卻塔和管道兩側(cè)水壓差的作用下，循環(huán)水向出口蝶閥前倒流，而因出口蝶閥已快速關閉，倒流回來的水在循環(huán)水管道中流動受阻，瞬間產(chǎn)生相當大的沖擊力，這就形成了水錘。

2 事故原因分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，只有在最后停運2號循環(huán)水泵時1號機才會產(chǎn)生水錘。在雙泵運行時停運其中的任何1臺循環(huán)水泵或最后停運1號循環(huán)水泵時均不會產(chǎn)生水錘。隨后，檢修人員對2號循環(huán)水泵出口液控閥的關閉情況進行了試驗，發(fā)現(xiàn)2號循環(huán)水泵出口液控閥關閉角度為：快關75°，慢關15°；關閉時間為：快關3 s，慢關30 s。結合廠家提供的技術資料和對比1號循環(huán)水泵出口液控閥的關閉情況來看，2號循環(huán)水泵出口液控閥存在著關閥時間過快、快關角度過大和慢關角度過小的問題，這是引發(fā)本次事故的根本原因。在水錘形成的過程當中，閥門的關閉時間和關閉特性是水錘形成的2個關鍵的因素。

2.1 出口蝶閥關閉過快

從檢修試驗情況來看，2號循環(huán)水泵出口液控閥關閉時間為：快關3 s，慢關30 s，總的關閥時間為33 s；而1號循環(huán)水泵關閥時間為：快關8 s，慢關34 s，總的關閥時間為42 s。2號循環(huán)水泵的關閥時間明顯偏短。

根據(jù)水錘剛性理論和動量定理，下式成立：

由上式可知，水錘壓力F與水流速度Δv及水柱質(zhì)量m成正比；與水錘時間Δt成反比。其中，水錘時間Δt是指系統(tǒng)內(nèi)的水倒流至循環(huán)水出口蝶閥處后與蝶閥的減速撞擊時間，而不是蝶閥關閉的時間。

2010年7月，電廠1號機組凝汽器進行了改造，將鎳黃銅冷卻管全部更換為TP304不銹鋼管。為了保證機組的真空，冷卻管增加了約951 m3冷卻面積，也增加了約5 300 m3/h循環(huán)水流量。這樣，水柱質(zhì)量m在改造后增加了很多。因此，如果此時閥門再關閉過快，水錘時間Δt將會減短，則水錘壓力F將因m的增加和Δt的減少而大幅增加。

從以上分析可以看出，在其他條件不變的情況下，盡可能延長閥門關閉時間將有利于水錘壓力的減小。當然，如果閥門關閉時間過長，則有可能在2臺循環(huán)水泵同時運行而1臺循環(huán)水泵跳閘的情況下，循環(huán)水倒流，引起循環(huán)水泵倒轉(zhuǎn)，從而損壞循環(huán)水泵和電機，同時也可能造成循環(huán)水短路，影響機組真空。因此，蝶閥的合理關閉時間必須結合管道特性綜合考慮。

2.2 關閥角度調(diào)整不當

試驗表明，2號循環(huán)水泵出口蝶閥的關閉角度調(diào)整得不合理，使得循環(huán)水流速的變化得不到有效減緩。從水錘剛性理論可以看出，水錘產(chǎn)生的壓力F與水流速度的變化值Δv成正比，只有盡可能地減少水流速度的變化才有利于減小水錘的危害。因此必須對蝶閥的關閉特性進行調(diào)整。

3 處理措施

3.1 調(diào)整閥門的關閉時間

結合循環(huán)水系統(tǒng)的管道特性及廠家相關資料，將循環(huán)水泵出口蝶閥關閉時間調(diào)整為：快關8 s，慢關33 s。這樣，延長了水錘形成的時間，有利于減小水錘的沖擊力。

3.2 調(diào)整蝶閥的關閉特性

將蝶閥原來的關閥角度調(diào)整為：快關65°，慢關25°。這樣，既可以減小循環(huán)水流速的變化值，也利于減小水錘的沖擊力甚至消除水錘，保證了循環(huán)水泵不倒轉(zhuǎn)而損壞。

4 結束語

循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生水錘在電廠多年的運行中還是第1次。通過這次事件，電廠工作人員對水錘的形成和危害有了更深入的認識和了解，為避免在今后的工作中發(fā)生同類事件提供了寶貴經(jīng)驗。通過采取上述措施，對2號循環(huán)水泵多次啟停試驗表明，電廠1號機組循環(huán)水系統(tǒng)的水錘問題得到了解決，機組的安全運行得到了保障。