某600 MW機組低壓加熱器疏水不暢原因分析及處理

錢宇峰

(江蘇利港電力有限公司，江蘇 江陰 214444)

利港電力有限公司三、四期工程的4臺600 MW超臨界汽輪發(fā)電機組，選用上海汽輪機有限公司生產(chǎn)的超臨界單軸，三缸四排氣、一次中間再熱、凝汽式機組；其低壓回熱系統(tǒng)采用4臺上海動力設備有限公司生產(chǎn)的臥式低壓加熱器（其中1號、2號低加為共殼體復合式，內(nèi)置于凝汽器），加熱器疏水采用逐級自流方式，即4號低加疏水流向3號低加，3號低加疏水流向2號（2號A和2號B）低加，2號低加疏水流向1號 （2號A流向1號A，2號B流向1號B）低加，1號A和1號B分別流向高低壓凝汽器。

1 疏水異常的現(xiàn)狀

按設計，機組在正常工況下運行時，3號低加正常疏水調(diào)門開度應在80%～85%之間調(diào)節(jié)，而危急疏水調(diào)門僅在加熱器發(fā)生泄漏或正常疏水調(diào)門不能正常工作的情況下才參與調(diào)節(jié)；機組在低負荷工況下運行時，危急疏水調(diào)門在負荷降至30%之前不應該開啟。目前4臺機組正常運行時，5號、6號、7號機組的3號低加正常疏水調(diào)整門，負荷高于300 MW，調(diào)門開度都在35%左右，危急疏水調(diào)門保持關閉。負荷低于300 MW，需稍開危急疏水調(diào)門控制水位。而8號機組3號低加在負荷低于500 MW時，正常疏水調(diào)門全開的情況下，危急疏水調(diào)門仍需參與調(diào)節(jié)，一直有20%的開度，才能控制加熱器水位。疏水不暢通的情況最嚴重。

2 危害分析

加熱器疏水不正常，不但降低了機組的經(jīng)濟性，還影響了機組的安全運行，甚至還會引起設備損壞事故。

2.1 對機組經(jīng)濟性的影響

從經(jīng)濟角度分析，疏水不從正常疏水排出口排出，將造成加熱器疏水冷卻段部分失效，加熱器功能未得到充分利用，導致加熱效率降低[1]。同時部分疏水潛熱未完全被凝水吸收，而直接進入凝汽器，被循環(huán)水帶走，增加了損失，降低了機組真空，這些因素都會增加汽輪機的熱耗率，從而降低了機組效率。

2.2 對機組安全性的影響

3號、2號低壓加熱器是機組低壓回熱系統(tǒng)的重要組成部分，正常情況下是由正常疏水調(diào)節(jié)閥通過加熱器的水位信號，自動調(diào)節(jié)不同負荷的流水量，保持加熱器水位在正常范圍；而危急疏水閥僅在加熱器水位高時自動開啟，以保證加熱器在正常水位運行。而在疏水異常情況下，正常疏水管路沒有正常工作，正常疏水閥為全開，沒有達到原設計意圖（調(diào)節(jié)控制水位），反而危急疏水閥充當調(diào)節(jié)閥（正常或是危急）出現(xiàn)機械故障或者控制故障，加熱器內(nèi)水位無法得到有效控制，將影響整個低壓加熱器疏水系統(tǒng)的正常運行[1]，甚至影響主機的安全運行。

3 原因分析

3.1 加熱器疏水壓差的影響

根據(jù)600 MW機組熱平衡圖，低加疏水系統(tǒng)疏水量是逐級增加的，而設計壓差卻逐級減小。實際運行中，3號、2號低加的抽汽壓力和熱平衡圖有較大差別，且壓差更小，而疏水量也存在不穩(wěn)定性。運行中隨著負荷的減小，壓差減小，若整個低加疏水管系及加熱器本體因安裝或運行中稍有不慎，均會導致阻力增加，造成加熱器疏水系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況。

3.2 加熱器本體結(jié)構(gòu)的影響

加熱器的工作流程為：蒸汽由加熱器殼體上部的蒸汽進口管進入殼體內(nèi)，經(jīng)擋汽板和導流板的分配和導向，蒸汽和主凝汽器排出。本級疏水和上級來的疏水積聚在過殼體的下部被虹吸到疏水冷卻段，經(jīng)疏水冷卻段的中間隔板而作曲線流動，被主凝結(jié)水進一步冷卻，最后由正常疏水管引出。加熱器的結(jié)構(gòu)（如圖1所示）設計特點：

（1）過熱蒸汽冷卻段。過熱蒸汽冷卻段是利用從汽輪機抽出的過熱蒸汽的一部分顯熱來提高凝結(jié)水溫度；位于凝結(jié)水出口流程側(cè)，并有包殼板密閉。采用過熱蒸汽冷卻段可提高離開加熱器的凝結(jié)水溫度，使其接近或略高于抽汽壓力下的飽和溫度。

（2）凝結(jié)段。凝結(jié)段是利用蒸汽冷凝時的潛熱加熱凝結(jié)水，一組隔板使蒸汽沿著加熱器長度方向均勻分布。進入該段的蒸汽在隔板導向下，流向加熱器的尾部。位于殼體兩端的排氣接管可排除非凝結(jié)氣體。因為非凝結(jié)氣體的積聚會減少有效面積，降低傳熱效率并造成腐蝕。

（3）疏水冷卻段。疏水冷卻段是把離開凝結(jié)段的疏水的熱量傳給進入加熱器的凝結(jié)水，而使疏水降至飽和溫度以下。疏水溫度的降低使疏水流向下一級壓力較低的加熱器時，在管道內(nèi)發(fā)生汽化的趨勢得到減弱。保持一定的疏水水位，使疏水冷卻段密閉。疏水進入該段，由一組隔板引導流動，從疏水出口管疏出。

圖1 加熱器結(jié)構(gòu)示意圖

再由加熱器水位示意圖（如圖2所示）可知，正常水位在加熱器中心線下518.5 mm，高水位線在正常水位線上38 mm處，剛好不淹沒最下排管子，低水位線在正常水位線下38 mm處，此時疏水剛好浸沒疏水冷卻段入口。另外，正常疏水口在加熱器中的位置較高 （疏水管中心線距加熱器中心線154.5 mm），要想讓疏水從正常疏水出口排出，疏水冷卻段異常水位至少應淹沒正常疏水出口，以利于在疏水冷卻段內(nèi)形成虹吸。而按照現(xiàn)有控制邏輯，當水位未灌到正常疏水口時，事故疏水閥已開啟，因而無法形成虹吸。另外，疏水冷卻段中的空氣按設計由疏水管排向凝汽器，如果此條管路有堵塞（無法形成水封），則空氣無法被排出，同樣使虹吸無法建立。

3.3 疏水管道布置的影響

圖2 加熱器水位示意圖

綜合上述分析，疏水管道的布置對加熱器疏水的正常運行也存在影響，疏水管道的最佳布置要求阻力盡量小，且連續(xù)向下傾斜，中間最好不要存在水封部分。但從現(xiàn)場布置來看，3號低加正常疏水管路閥門和彎頭數(shù)量較多，單路管道的彎頭數(shù)量有14個，且管道太長，過長的管道和過多的彎頭大大增加了疏水的阻力；另外，布置上還存在兩處垂直向上管段，進入2號低加之前疏水管由標高7.4 m向上抬高至少3 m后進入加熱器，這不僅增加了阻力，使3號低加冷卻段的空氣無法順利排出，從而影響整個疏水系統(tǒng)的正常運行。

4 處理方案

要解決低壓加熱器疏水不暢通的問題，可從兩方面入手。第一，檢查校驗各個低壓加熱器運行水位，是否在正常水位運行，并進行調(diào)整。第二，對正常疏水管路進行改進，盡量降低標高，減少管路阻力。首先，要檢查的是低壓加熱器的運行正常水位。正常水位就是設計中的最佳水位，在加熱器的總圖和加熱器水位指示板上都清楚標明了。熱態(tài)的最佳水位需要在運行中調(diào)整確定。當加熱器達到運行工況并穩(wěn)定運行時，盡可能保持在正常水位，通過疏水調(diào)節(jié)閥控制水位。一般允許水位偏離正常水位上下38 mm。超出該范圍會影響加熱器運行。在正常水位以下38 mm，即低水位。低于此水位時，對于這種有疏水冷卻段的加熱器，會使疏冷段進口露出水面，而使蒸汽進入該段，會破壞疏冷段的正常工作而造成故障。容易造成疏水端差的增大；由于蒸汽泄漏，蒸汽潛熱損失，使加熱器性能惡化；在疏冷段進口和整個段內(nèi)造成沖蝕性危害，將使管子損壞。根據(jù)現(xiàn)場加熱器本體的水位指示板標示值以及加熱器總圖標明的正常水位高度，在加熱器水位計面板處標定正常水位值、低水位值及高水位值，以便調(diào)整水位時觀察。在8號機組正常啟動后，檢查正常疏水管路有振動，加熱器內(nèi)有汽水兩相流水錘聲，檢查發(fā)現(xiàn)低加水位偏低。與正常疏水暢通的7號機3號低加相比水位低了70 mm。說明加熱器水位偏低，造成疏冷段入口露出水面，破壞虹吸，蒸汽進入疏水管路，造成正常疏水不暢通。況且長期低水位運行對加熱器也不利，容易導致泄漏。調(diào)整水位后，8號機3號低加疏水不暢嚴重的問題得到解決。3號低加兩個正常疏水調(diào)門由原來100%全開，降至目前35%左右開度，危疏調(diào)門在負荷高壓300 MW以前都保持關閉。與其余3臺機組基本一致。目前3號低加運行水位比就地標定的正常水位值略低，根據(jù)加熱器端差情況還可作進一步調(diào)整，以觀察各個負荷下疏水情況。

另外在加熱器運行水位控制到位的情況下，還可以對正常疏水管路布置進行改進，進一步解決疏水不暢的問題。結(jié)合現(xiàn)場管路等布置實際情況，本著只要能達到效果，盡量少作改動的原則，改造時盡量利用現(xiàn)有條件，盡量減小疏水管道阻力，減少疏水系統(tǒng)的疏水阻力，讓系統(tǒng)能正常運行。

現(xiàn)場檢查管路布置，由于2號低壓加熱器疏水入口位于凝器南側(cè)，而3號低加位于凝器北側(cè)，管道在布置上不得已繞行而導致疏水管道長度長、彎頭數(shù)量多，且爬升較高。布置到凝器西南角后，為了避開低旁管路，又再次爬升了一段，影響較大。利用機組檢修機會，將該處疏水管道進行重新布置，避開低旁管道在下方穿過，并減少了彎頭的使用，以減小管路阻力，使布置更為合理。以8號機3號低加為試驗進行管路改進，效果良好，其他3臺機組也陸續(xù)進行了改進，較好解決疏水不暢的問題。

管路及低加水位調(diào)整后，目前高于300 MW負荷，均不用開啟危機疏水調(diào)門控制加熱器水位，為使負荷低于300 MW時，2號低加至1號低加正常疏水也可以保持暢通，在之前已經(jīng)將疏水管路作了合理改進，縮短管路，降低了標高，疏水不暢問題有所改進，在更低負荷下，疏水不暢仍然存在?？紤]到低負荷2號低加至1號低加壓差相當小，在水位調(diào)整到位的情況下，低負荷時疏水情況就不再多作考慮。

5 結(jié)束語

由此可見，影響低加正常疏水的因素除加熱器本體結(jié)構(gòu)的原因外，還與管道布置情況有很大關系，為保證整個疏水系統(tǒng)有足夠的壓差，應盡可能減少疏水流程的阻力，并且需要保證加熱器水位在正常水位附近運行。

[1]張燦勇.火電廠熱力系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2007.