“雙機(jī)單泵”運行風(fēng)險評估及經(jīng)濟(jì)性分析

□岳宏利

一、概述

華潤電力曹妃甸電廠2 ×300MW 燃煤供熱機(jī)組工程，三大主機(jī)均為上海電氣集團(tuán)生產(chǎn)，汽機(jī)凝汽器由上海動力設(shè)備有限公司生產(chǎn)，按汽輪機(jī)VWO 工況設(shè)計，當(dāng)循環(huán)水進(jìn)口溫度18℃，循環(huán)倍率為55 時，凝汽器壓力設(shè)計值為4．9kPa，采用海水直流冷卻，具有在夏季工況和海水溫度33℃連續(xù)運行能力，凝汽器冷卻面積18，150 m2，循環(huán)水泵采用上海KSB 公司生產(chǎn)的立式混流泵，水泵設(shè)計流量22，248 m3/h，設(shè)計揚程14．3mH2O。自2009年投產(chǎn)以來，機(jī)組在夏季時真空較好，凝汽器真空比其他同類型電廠高2kPa，凝汽器端差也在正常范圍內(nèi)，但是到了冬季海水溫度較低時每臺機(jī)只運行一臺循泵卻出現(xiàn)凝汽器端差異常增大的情況。有什么辦法能保證機(jī)組在最佳真空的基礎(chǔ)上降低凝汽器端差呢?公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)人員多次開會分析研究，利用精益管理的工具全面分析排查，小組成員全面分析并羅列出影響端差的各個因素，即:凝汽器臟污程度、凝汽器單位面積蒸汽負(fù)荷、凝汽器內(nèi)的漏入空氣量、凝汽器入口水溫、冷卻水流速等，最終確定導(dǎo)致冬季凝汽器端差大的主要原因為海水溫度低循環(huán)水流量大，同時提出了一個全新的解決思路——“雙機(jī)單泵”運行。

二、“雙機(jī)單泵”運行風(fēng)險評估與控制

“雙機(jī)單泵”運行是一種非正常運行方式，具有一定的風(fēng)險性，主要包括運行循泵跳閘循環(huán)水壓力突降、啟停循泵時出口蝶閥開關(guān)不當(dāng)造成循環(huán)水壓力過低、單泵運行壓力低造成虹吸破壞、開式水泵入口壓力過低發(fā)生氣蝕等，其中最重大的風(fēng)險就是運行單泵出現(xiàn)故障將對兩臺機(jī)組產(chǎn)生影響。但是通過專業(yè)團(tuán)隊對風(fēng)險性的評估，采取了一系列措施后將其運行風(fēng)險逐一規(guī)避，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定運行。主要手段包括以下幾種:

(一)修改循環(huán)水系統(tǒng)邏輯由單元制為擴(kuò)大單元制?！半p機(jī)單泵”運行時，單臺機(jī)組之間的兩臺泵聯(lián)鎖邏輯已不再適合這種工況，從安全的角度考慮必須修改系統(tǒng)邏輯，使雙機(jī)四臺泵互為備用，這樣不僅使循泵的運行方式更加靈活，而且當(dāng)出現(xiàn)極端的運行單臺循泵跳閘時會快速順序聯(lián)啟其它循泵，保障在跳閘循泵出口蝶閥關(guān)閉過程中的水壓正常，從本質(zhì)上規(guī)避風(fēng)險，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運行。由于備用循泵多，理論上講擴(kuò)大單元制后的“雙機(jī)單泵”運行比常規(guī)的單元制單泵運行風(fēng)險更小。

(二)合理設(shè)置泵閥聯(lián)鎖。在循泵啟動之初，若開門啟動循環(huán)水泵，勢必會造成循環(huán)水倒流，在泵還沒有達(dá)到供水出力前，可能已經(jīng)破壞循環(huán)水供水，所以設(shè)置啟動循泵泵閥聯(lián)動邏輯，即在起泵的同時出口門聯(lián)開，這樣既可避免啟泵過程中的斷水現(xiàn)象，又可以減小在循泵啟動過程中循泵跳閘事故處理的難度。同樣，在停泵時為防止水壓下降過多應(yīng)先關(guān)出口蝶閥，出口蝶閥關(guān)至15 度允許停循泵脈沖信號由以前的3 秒改至120 秒，出口蝶閥關(guān)到位后手動停運循泵。從循環(huán)水泵出口液控蝶閥參數(shù)表中可以看出，關(guān)至15 度以后是慢關(guān)階段，由6 至60 秒可調(diào)節(jié)，也就是說從15 度關(guān)至全關(guān)位最多用60 秒，如果超過60 秒，說明門已經(jīng)卡澀，此時需要視情況決定是將門開啟繼續(xù)運行循泵還是直接將循泵停止運行。所以新邏輯里120 秒的停泵允許已足夠，若還為3 秒，在3 秒內(nèi)必須停止循環(huán)水泵運行，此時循泵出口蝶閥開度還比較大，直接停泵會造成循環(huán)水倒流威脅機(jī)組安全。

(三)防止虹吸破壞。凝汽器采用定期反沖洗、半側(cè)隔離人工清理雜物等手段提高循環(huán)水流量，通過對凝汽器水室憋壓排空氣的方法增大凝汽器的換熱面積并提高虹吸效應(yīng)。在夏季海生物增多的情況下加強(qiáng)前池耙式清污機(jī)與旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的運行，采用定期加藥方式減少貝類等海生物進(jìn)入凝汽器。同時考慮增設(shè)循環(huán)水二次濾網(wǎng)，降低凝汽器水室雜物含量防止虹吸破壞。

(四)定期切換。一方面，出口蝶閥長時間在開(關(guān))位置停留，管道內(nèi)滋生海洋生物易造成卡澀;另一方面，電機(jī)長時間停運，由于循泵所處環(huán)境較為潮濕，會影響其絕緣，故采用定期切換試轉(zhuǎn)保證每臺循泵可靠備用。各值長根據(jù)調(diào)度曲線及計算后的啟停循泵點綜合判斷，盡量避免循泵頻繁啟停。在停循泵時兩臺機(jī)組加強(qiáng)聯(lián)系，合理關(guān)小循環(huán)水回水門保證虹吸及開式水入口壓力正常。利用循泵啟停時機(jī)切換循泵，保證每臺循泵可靠備用。

(五)復(fù)查循環(huán)水泵熱控及電氣保護(hù)。配合電氣專業(yè)對每臺循泵保護(hù)定值進(jìn)行核對，保證設(shè)置正確;聯(lián)系熱控專業(yè)復(fù)查相關(guān)邏輯保護(hù)定值，緊固各接線端子;對就地事故按鈕移位并增設(shè)防雨罩等;通過以上手段避免循泵保護(hù)誤動。

(六)細(xì)化循環(huán)水系統(tǒng)規(guī)定等措施。主要包括:作為單泵運行的循泵應(yīng)無缺陷，循泵出口蝶閥油站保壓正常，蝶閥能夠正常嚴(yán)密關(guān)閉;加強(qiáng)就地巡檢，發(fā)現(xiàn)異常及時切換循泵;循泵房門應(yīng)關(guān)閉嚴(yán)密，巡檢后及時上鎖，無關(guān)人員禁止進(jìn)入;就地控制箱柜門關(guān)閉嚴(yán)密，事故按鈕防誤罩應(yīng)遮蓋嚴(yán)密，防止發(fā)生人為誤動;凝汽器A、B 側(cè)反洗定為每周一前夜負(fù)荷200MW 以下進(jìn)行，反洗時必須保證兩臺循泵運行;“雙機(jī)單泵”運行時啟停循泵及投連鎖時應(yīng)查看好邏輯，避免誤操作，單泵運行時至少保證其它兩臺循泵投備等。

(七)做好事故預(yù)想。為了保證運行的可靠性，做好事故預(yù)想是很有效的一種方式，通過技術(shù)問答與現(xiàn)場考問講解的方式使每個運行人員都能對其有很好的掌握。在人員培訓(xùn)方面，運行人員樹立了良好的就地意識，在任何時候啟停循泵必須安排有經(jīng)驗人員到就地，做好各種工況的事故預(yù)想，在第一時間發(fā)現(xiàn)問題及時解決。就地液控蝶閥油站上都貼著緊急操作方法及閥門標(biāo)示，與此同時部門安排組織專題討論，加深理解，這些舉措都對此運行方式的可靠性提供了保障。

通過采取上述措施后已將“雙機(jī)單泵”的運行風(fēng)險降到最低，經(jīng)過專業(yè)團(tuán)隊的多次風(fēng)險評估后一致認(rèn)為可以將“雙機(jī)單泵”作為冬季經(jīng)濟(jì)運行有效運行方式。

三、“雙機(jī)單泵”運行經(jīng)濟(jì)性分析

循環(huán)水量過大不但造成循泵耗電率上升，影響全廠用電率和機(jī)組供電煤耗，而且會增大凝汽器端差，使冷端損失加大，進(jìn)一步影響煤耗。根據(jù)300MW 機(jī)組能耗差經(jīng)驗數(shù)據(jù)，端差增加1℃煤耗上升0．85g/kWh，真空度每下降1%，煤耗增加2．1 g/kWh。

根據(jù)目前掌握的數(shù)據(jù)，在海水溫度在7℃時，機(jī)組負(fù)荷各在220MW 情況下，“雙機(jī)單泵”運行方式下，真空完全滿足設(shè)計要求，當(dāng)兩臺機(jī)組負(fù)荷不平衡時，值長應(yīng)及時協(xié)調(diào)兩臺機(jī)組的循環(huán)水量來平衡各自的真空情況。“雙機(jī)單泵”時，當(dāng)循環(huán)水溫度每上升1℃，預(yù)計會影響真空最大0．5kPa(300MW時);雙機(jī)雙泵時，水溫每上升1℃，預(yù)計會影響真空最大0．2kPa。“雙機(jī)單泵”運行時，海水溫度低于8℃，總負(fù)荷低于440MW 時，適用于“雙機(jī)單泵”。當(dāng)水溫高于8℃或機(jī)組負(fù)荷較大且真空已下降至96kPa，此時值長根據(jù)情況應(yīng)調(diào)度啟動第二臺循泵。當(dāng)海水溫度在10℃左右時，雙機(jī)雙泵工況下，機(jī)組帶額定負(fù)荷時，真空基本滿足設(shè)計要求，當(dāng)海水溫度上升至14℃左右，機(jī)組滿負(fù)荷情況下，值長根據(jù)情況應(yīng)調(diào)度啟動第三臺循泵。當(dāng)海水溫度在18℃左右時，雙機(jī)三泵工況下，機(jī)組帶額定負(fù)荷時，真空基本滿足設(shè)計要求，當(dāng)海水溫度上升至21℃左右，機(jī)組滿負(fù)荷情況下，值長根據(jù)情況應(yīng)調(diào)度啟動第四臺循泵。

根據(jù)海水溫度及負(fù)荷情況調(diào)整循泵運行臺數(shù)是運行經(jīng)驗，它的準(zhǔn)確性受凝汽器臟污程度及真空嚴(yán)密性影響，若想做到精益求精，必須引入最佳真空計算。最佳真空是指提高真空效率增加節(jié)約煤耗和為了提高真空而增加的循環(huán)水泵電耗綜合考慮效益最高時的真空。所以計算合適的循泵啟停點是保證機(jī)組在最佳真空下運行的前提，同樣這也為“雙機(jī)單泵”運行提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

雙機(jī)循環(huán)水為擴(kuò)大單元制，按每臺機(jī)150MW 循環(huán)水泵運行方式何時啟動循泵問題:根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)兩臺機(jī)共提高1kPa 真空影響煤耗2．1g/kWh，雙機(jī)150MW 全天電量為7，200MWh。

7200* 0．0021 =15．12 t/kPa

以每噸標(biāo)煤730 元折算:15．12* 730 =11037 元/kPa。

啟動下一臺循泵后，母管壓力升高，原運行循泵電流會增加10A，加上新啟動循泵150A 電流，最終增加160A 電流。

循環(huán)水泵每小時單耗:P =1．732* 6．3* 160* 0．85 =1483．97kWh

一天耗電量:W=Pt=1483．97* 24 =35615．3KWh

以上網(wǎng)電價0．432 元/kWh 折算每增加一臺循環(huán)水泵增加成本:35615* 0．432 =15385 元，單臺循環(huán)水泵損耗折合為真空為:

15385/11037 =1．3939kPa

通過以上計算得出:當(dāng)新啟動一臺循泵，兩臺機(jī)組真空上升1．394kPa 時，增加的廠用電量與降低的煤耗價值相當(dāng)。以此類推計算，即:

a．負(fù)荷150MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于1．394KPa 就達(dá)到最佳真空。

b．負(fù)荷160MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于1．307KPa 就達(dá)到最佳真空。

c．負(fù)荷170MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于1．230KPa 就達(dá)到最佳真空。

d．負(fù)荷180MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于1．162KPa 就達(dá)到最佳真空。

e．負(fù)荷190MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于1．100KPa 就達(dá)到最佳真空。

f．負(fù)荷200MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于1．046KPa 就達(dá)到最佳真空。

g．負(fù)荷210MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．996KPa 就達(dá)到最佳真空。

h．負(fù)荷220MW 啟動循泵后兩每臺機(jī)組真空上升值大于0．950KPa 就達(dá)到最佳真空。

i．負(fù)荷230MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．909KPa 就達(dá)到最佳真空。

j．負(fù)荷240MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．871KPa 就達(dá)到最佳真空。

k．負(fù)荷250MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．836KPa 就達(dá)到最佳真空。

l．負(fù)荷260MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．804KPa 就達(dá)到最佳真空。

m．負(fù)荷270MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．774KPa 就達(dá)到最佳真空。

n．負(fù)荷280MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．747KPa 就達(dá)到最佳真空。

o．負(fù)荷290MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．721KPa 就達(dá)到最佳真空。

p．負(fù)荷300MW 啟動循泵后兩臺機(jī)組真空上升值大于0．697KPa 就達(dá)到最佳真空。

通過結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)和機(jī)組最佳真空的計算值，為循泵設(shè)置了合適的啟停點，并在運行中不斷完善，旨在取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。2014年最低海水溫度為2月11日的－0．2℃，全年海水溫度低于7℃時間近4 個半月。全年通過優(yōu)化循泵運行方式，特別是在這段時間內(nèi)根據(jù)負(fù)荷情況采用“雙機(jī)單泵”運行，配合合適的循泵啟停點，在保證最佳真空的前提下降低凝汽器端差，最大限度促使供電煤耗下降，為電廠創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，不僅保證了汽輪機(jī)在最佳真空下運行，而且成功完成全年綜合廠用電率4．86%的目標(biāo)，循環(huán)水系統(tǒng)全年耗電量1，829 萬KWh，占全廠廠用電率的0．55%，特別是在“雙機(jī)單泵”運行月份循環(huán)水系統(tǒng)耗電量只占全廠廠用電率的0．25%，僅“雙機(jī)單泵”一項就節(jié)電300 多萬kWh，且降低凝汽器端差約4℃，降低端差引起的煤耗下降近3g/kWh，在海水溫度低于7℃的四個半月內(nèi)通過“雙機(jī)單泵”運行方式共節(jié)約資金近400 萬元。

四、社會推廣價值

鑒于目前節(jié)能降耗的要求，各廠都將設(shè)備技術(shù)改造與優(yōu)化運行方式作為挖掘內(nèi)部潛能的重要手段，“雙機(jī)單泵”運行是一次大膽的嘗試，也是一次成功的嘗試，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，對于海邊電廠頗有益處，值得推廣借鑒。