電站汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)故障特性研究

王輝（大連泰山熱電有限公司，遼寧大連 116000）

電站汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)故障特性研究

王輝
（大連泰山熱電有限公司，遼寧大連 116000）

隨著火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，進(jìn)一步降低燃料消耗、提高機(jī)組熱效率勢(shì)在必行，這也對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。作為汽輪機(jī)的輔助設(shè)備，回?zé)嵯到y(tǒng)是火電廠熱力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，電廠熱經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣在很大程度上取決于回?zé)嵯到y(tǒng)的運(yùn)行狀況。它利用汽輪機(jī)的各段抽汽對(duì)給水進(jìn)行加熱，能夠使蒸汽余熱得到充分利用，減少了冷源損失，提高了朗肯循環(huán)的效率。因此有必要對(duì)汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行故障特性研究，對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在很大程度上改善電廠各項(xiàng)指標(biāo)并獲得更大的效益。

電力設(shè)備 運(yùn)行維護(hù) 故障

1　電站回?zé)嵯到y(tǒng)的故障特性研究

回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)對(duì)全廠熱效率有重要影響，給水溫度降低將直接增加電廠熱耗率，進(jìn)而降低機(jī)組的出力。在火力發(fā)電廠中，加熱器、除氧器及連接管道和閥門等輔助設(shè)施共同組成了回?zé)嵯到y(tǒng)。其中加熱器根據(jù)水側(cè)壓力的高低又可分為高壓加熱器與低壓加熱器。由于給水側(cè)的壓力和溫度都相對(duì)較高，導(dǎo)致高加頻繁出現(xiàn)故障，而高加解列對(duì)機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)性都會(huì)產(chǎn)生較大影響。

相關(guān)數(shù)據(jù)和資料表明，鍋爐爆管是制約火力發(fā)電機(jī)組等效可用系數(shù)提高的關(guān)鍵因素，而高加的運(yùn)行狀況已經(jīng)成為影響機(jī)組等效可用系數(shù)的第二大因素。此外給水側(cè)的短路現(xiàn)象也會(huì)造成給水溫度偏離正常值，更有甚者會(huì)威脅到汽輪機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行?；?zé)嵯到y(tǒng)的諸多故障需要采用更先進(jìn)的診斷方法進(jìn)行診斷，最大程度減小故障造成的損失，提高火力發(fā)電機(jī)組回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性。

1.1回?zé)嵯到y(tǒng)常見(jiàn)故障及原因剖析

（1）回?zé)峒訜崞髯陨砉收?。?duì)導(dǎo)致高加停運(yùn)的原因進(jìn)行分析得出，內(nèi)部管系泄漏的影響最大，并且往往會(huì)造成較為嚴(yán)重的后果，甚至引起高加爆炸。當(dāng)高加內(nèi)部管系出現(xiàn)泄漏時(shí)，如果汽機(jī)各級(jí)抽汽參數(shù)保持正常，將直接導(dǎo)致疏水水位的升高或使疏水調(diào)整門的開(kāi)度增大。這將會(huì)使給水溫升降低，并且增大給水進(jìn)口與出口的壓力差，威脅高加的安全運(yùn)行。

由于高加內(nèi)的隔板及密封墊料受到長(zhǎng)期的水沖擊作用力，容易發(fā)生變形損壞，會(huì)造成給水短路。即一部分給水沒(méi)有經(jīng)過(guò)抽汽的加熱而直接進(jìn)入下一級(jí)加熱器，導(dǎo)致給水溫度降低，回?zé)嵝Ч儾?。一旦發(fā)生高加進(jìn)出水側(cè)短路現(xiàn)象，如果當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)正常，將會(huì)導(dǎo)致給水端差增加，加熱器出口水溫降低。

在高加的實(shí)際運(yùn)行中，一些異物容易混入給水管道，進(jìn)而造成管束的堵塞，使通流面積減少。將會(huì)導(dǎo)致給水端差增大、進(jìn)出口給水壓差增大的后果。當(dāng)高加運(yùn)行一段時(shí)間后，在傳熱面可能會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，使傳熱效果變差，導(dǎo)致給水端差和疏水均有所增大。

當(dāng)疏水器產(chǎn)生故障和加熱器出現(xiàn)內(nèi)部管道泄漏時(shí)，加熱器水位急劇升高，產(chǎn)生加熱器滿水現(xiàn)象。容易造成以下后果：水溫度降低，影響機(jī)組效率；若高壓加熱器水側(cè)泄漏，給水泵轉(zhuǎn)速增大，影響給水泵安全運(yùn)行；當(dāng)嚴(yán)重滿水時(shí)，容易誘發(fā)水沖擊事故，造成葉片斷裂，設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。

（2）回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)的故障。旁路系統(tǒng)故障是較為常見(jiàn)的回?zé)嵯到y(tǒng)故障，在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常因?yàn)榕月烽y門關(guān)閉不嚴(yán)直接造成給水溫度降低，影響到機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)疏水閥發(fā)生故障時(shí)，疏水不能夠有效地排出加熱器，會(huì)導(dǎo)致加熱器內(nèi)水位上升，淹沒(méi)管束。加熱器出口水溫及疏水溫度會(huì)在一定程度降低，端差增大。

如果設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)常處在較低的水平，容易使回?zé)嵯到y(tǒng)的控制設(shè)備出現(xiàn)故障。疏水閥門的開(kāi)度可能出現(xiàn)異常狀況，會(huì)造成加熱器水位過(guò)高或無(wú)水位運(yùn)行，增大加熱器端差亦或降低蒸汽的能量使用。這都將使回?zé)嵯到y(tǒng)不能穩(wěn)定高效運(yùn)行，甚至對(duì)設(shè)備造成損壞引發(fā)更大的事故。注壓檢漏通常會(huì)在停機(jī)時(shí)的高加汽側(cè)進(jìn)行，一旦疏水閥門出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，由于加熱器內(nèi)不能保持壓力，檢漏也將會(huì)變得較為困難。

（3）除氧器本體故障。在除氧器本體的故障中，較為常見(jiàn)的主要

有兩種：排氣帶水（跑水）以及自生沸騰現(xiàn)象。排氣帶水一般是因?yàn)檫M(jìn)水量或排氣量過(guò)大造成的，而這種現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因在于除氧器運(yùn)行工況的突變及操作不當(dāng)。在沒(méi)有抽汽加熱的情況下，僅依靠來(lái)自其它各處匯集而來(lái)的汽水的熱量已能將水加熱到除氧器工作壓力下的飽和溫度，這種情況稱為自生沸騰。自生沸騰會(huì)產(chǎn)生如下后果：抽汽管道上的逆止閥關(guān)閉，使除氧器的進(jìn)汽室停滯，破壞了汽水逆向流動(dòng)，除氧惡化，余汽的工質(zhì)損失增加。

1.2回?zé)嵯到y(tǒng)故障診斷方法探討

關(guān)于回?zé)嵯到y(tǒng)的故障診斷方法，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。在電廠回?zé)嵯到y(tǒng)的故障診斷中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊判別方法應(yīng)用地較為廣泛。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能在運(yùn)算速度、聯(lián)想能力以及大規(guī)模并行計(jì)算等方面等都有著較大的優(yōu)勢(shì)，能夠在很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)的不足。對(duì)模糊模式識(shí)別方法來(lái)講，確立一個(gè)合適的隸屬函數(shù)能夠在很大程度上提高故障診斷的準(zhǔn)確度。隸屬函數(shù)的確定要滿足如下條件：能夠很好地對(duì)故障進(jìn)行分離，靈敏度高，能對(duì)系統(tǒng)微小異常變化產(chǎn)生反應(yīng)，另外還需要避免故障的誤判。

目前已經(jīng)有不少對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的軟件投入使用，但由于回?zé)嵯到y(tǒng)單元數(shù)較大，故障種類繁多，并不能很好地對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷。鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊判別等診斷方法需要利用大量樣本來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練，因此在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中還存在著很多的缺陷和不足。

雖然回?zé)嵯到y(tǒng)包含有眾多個(gè)單元，但對(duì)大多數(shù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行機(jī)制較為清晰，可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行具體描述，并借助熱力學(xué)的相關(guān)理論，對(duì)電廠回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的故障診斷。

2　影響回?zé)嵯到y(tǒng)可靠度的因素

在當(dāng)今的火力發(fā)電機(jī)組中，回?zé)嵯到y(tǒng)一般以常見(jiàn)的“三高四低一除氧”八級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)居多，加熱器基本都是采用串聯(lián)布置。但是串聯(lián)布置中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題可能就會(huì)引發(fā)整個(gè)回?zé)嵯到y(tǒng)失效，故障率與每個(gè)部分運(yùn)行狀況直接相關(guān)。

影響回?zé)嵯到y(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)中單元數(shù)的多少。在串聯(lián)系統(tǒng)中，總的可靠度等于各單元可靠度的連乘，對(duì)應(yīng)于汽輪機(jī)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)來(lái)說(shuō)，即回?zé)峒?jí)數(shù)越多，系統(tǒng)越復(fù)雜，則系統(tǒng)可靠度越低，出現(xiàn)故障的幾率也就越大。

（2）系統(tǒng)中單元可靠度。在回?zé)嵯到y(tǒng)中，由于所處的工作環(huán)境差異，各級(jí)加熱器單元的可靠度也不盡相同。像低壓加熱器由于水側(cè)和汽側(cè)的壓力和溫度都處在較低的水平，因此它的可靠度較高，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定運(yùn)行。相比較而言，高加的運(yùn)行工況較為不穩(wěn)定，其可靠度就較低。因此，保證高加的投入率對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

（3）執(zhí)行工作任務(wù)的時(shí)間。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，其各個(gè)部分必然或多或少存在一定的損壞，勢(shì)必影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠度，甚至使系統(tǒng)停運(yùn)崩潰，嚴(yán)重影響到回?zé)嵯到y(tǒng)的安全。因此，回?zé)嵯到y(tǒng)除

……

……了平時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)以為，還要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)，以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）運(yùn)行操作水平。高水平的運(yùn)行操作人員是電站機(jī)組安全高效運(yùn)行的保證，隨著火電機(jī)組容量和參數(shù)的不斷增加，回?zé)嵯到y(tǒng)各單元的體積及也越來(lái)越大，工質(zhì)參數(shù)越來(lái)越高，對(duì)運(yùn)行人員的操作水平提出了更高的要求。在加熱器尤其是高加的啟停過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)定，保持溫升率和溫降率保持在合適的水平。有關(guān)資料表明，1.85℃/min以內(nèi)的溫升率及溫降率較為合適，當(dāng)該值大于3.7 ℃/min時(shí)，便會(huì)加劇加熱器的故障發(fā)生，縮短設(shè)備的使用壽命。

3　提高回?zé)嵯到y(tǒng)可靠度的技術(shù)措施

為了保證機(jī)組的抽汽回?zé)嵝Ч?，需要盡可能提高回?zé)嵯到y(tǒng)的可靠度，可從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行技術(shù)改造：

（1）鑒于高壓加熱器在回?zé)嵯到y(tǒng)中的重要作用以及較低的可靠度，因此提高高加單元的可靠度，保證高加的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分有效。首先應(yīng)對(duì)高加本身結(jié)構(gòu)存在的缺陷進(jìn)行分析，針對(duì)不足之處進(jìn)行優(yōu)化，其次盡可能選取高強(qiáng)度的材料，但同時(shí)還應(yīng)該保證系統(tǒng)設(shè)備的加工制造水平。

（2）運(yùn)用較為成熟的在線監(jiān)測(cè)軟件，對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)中可靠度較低的單元進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)掌握，能夠?qū)υO(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)估。一旦發(fā)現(xiàn)出設(shè)備存在的問(wèn)題，能及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)，消除事故隱患。

（3）提高運(yùn)行人員的操作水平。對(duì)機(jī)組運(yùn)行人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，不斷提高運(yùn)行人員的操作水平及解決突發(fā)問(wèn)題的能力。對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)而言，將加熱器關(guān)鍵部件的所受應(yīng)力值穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。其中，最關(guān)鍵的是對(duì)加熱器材料的溫升率和溫降率進(jìn)行嚴(yán)格控制，這可以通過(guò)對(duì)加熱器出口的給水溫度的變化來(lái)進(jìn)行控制。

（4）設(shè)置性能可靠的保護(hù)系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)能夠在回?zé)嵯到y(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)動(dòng)作并維持系統(tǒng)的安全運(yùn)行。例如設(shè)置給水旁路系統(tǒng)，當(dāng)某一級(jí)加熱器內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)致水位異常，便可切斷該級(jí)的進(jìn)出水口，經(jīng)旁路進(jìn)入下一級(jí)加熱器。另外安全閥的設(shè)置也尤為重要，如果加熱器內(nèi)部管系發(fā)生泄漏，汽側(cè)壓力急劇增大，當(dāng)壓力超出一定值時(shí)，便有爆炸的危險(xiǎn)，安全閥能夠使汽側(cè)壓力迅速減小，保證加熱器的安全。

4　結(jié)語(yǔ)

作為電廠熱力系統(tǒng)的重要一環(huán)，回?zé)嵯到y(tǒng)與火力發(fā)電廠的安全性直接相關(guān)，并在很大程度上影響電廠的效益。本文對(duì)火力發(fā)電廠的回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行研究，分析了回?zé)嵯到y(tǒng)的故障特性機(jī)制，并剖析誘發(fā)系統(tǒng)各類故障的主要原因。明確了提高回?zé)嵯到y(tǒng)可靠度的關(guān)鍵因素，并提出了回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化的幾個(gè)技術(shù)方向。

［1］代志綱.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的300MW機(jī)組熱力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)研究［D］.華北電力大學(xué)（河北），2007年.

［2］熊杰，張超，趙海波，鄭楚光.基于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論的電站熱力系統(tǒng)全局優(yōu)化［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007年26期.