某600 MW機(jī)組預(yù)防凝結(jié)水泵汽蝕的措施及分析

文大綴

0　概述

在發(fā)電機(jī)組中，水泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象較為普遍。當(dāng)水泵發(fā)生汽蝕后，不僅出力下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成泵體材料的破壞。凝結(jié)水泵是汽輪機(jī)系統(tǒng)中的重要輔機(jī)，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。凝結(jié)水泵工作在高負(fù)壓工況下，極易吸入空氣，而一旦吸入大量空氣，便會(huì)造成嚴(yán)重的汽蝕現(xiàn)象，使水泵的流量大幅擺動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈噪聲和劇烈振動(dòng)，直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行［1-5］。在某型機(jī)組中，雖然采取雙吸式首級(jí)葉輪、加裝誘導(dǎo)輪，并將水泵安裝在零米以下泵坑等措施，但仍時(shí)常發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。現(xiàn)以兩起凝結(jié)水泵的汽蝕事故為例，分析了發(fā)生事故的原因，并提出了防止凝結(jié)水泵汽蝕的措施。

1　系統(tǒng)配置及參數(shù)

某型機(jī)組的4號(hào)機(jī)為600 MW亞臨界純凝濕冷機(jī)組，配置2臺(tái)立式長(zhǎng)軸凝結(jié)水泵。水泵的主要參數(shù)，如表1所示。每臺(tái)凝結(jié)水泵的參數(shù)，均可滿足機(jī)組BMCR工況下的出力要求。通常工況下，采用一運(yùn)一備的運(yùn)行方式。凝結(jié)水泵的出、入口管道及閥門布置，如圖1所示。為降低廠用電率，對(duì)凝結(jié)水泵系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造，采用了“一拖二”的設(shè)計(jì)方案。在系統(tǒng)中，增設(shè)了1臺(tái)高壓變頻器。運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵采用變頻運(yùn)行方式，備用凝結(jié)水泵則采用工頻運(yùn)行方式。根據(jù)設(shè)備定期試驗(yàn)和輪換制度的要求，每月進(jìn)行1次備用凝結(jié)水泵的啟停試驗(yàn)，每季度進(jìn)行1次輪換水泵的操作，輪換凝結(jié)水泵時(shí)，需同時(shí)切換水泵的電氣控制系統(tǒng)。凝結(jié)水泵的電氣控制圖，如圖2所示。

表1　凝結(jié)水泵主要參數(shù)

圖1　凝結(jié)水泵的系統(tǒng)布置

圖2　凝結(jié)水泵的電氣控制圖

2　事故過程及分析

2.1　檢修后凝結(jié)水泵發(fā)生汽蝕

2.1.1事故過程

當(dāng)時(shí)，4號(hào)機(jī)組的負(fù)荷為300 MW，2號(hào)凝結(jié)水泵為變頻運(yùn)行。1號(hào)凝結(jié)水泵檢修后，在試運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)在泵體與出口管道連接法蘭處，有大量漏水。此時(shí)，出口電動(dòng)門正在聯(lián)鎖開啟，需待完全開啟后再聯(lián)鎖關(guān)閉(開與關(guān)的時(shí)間均為3 min)。在此期間，機(jī)組真空度及2號(hào)凝結(jié)水泵的入口負(fù)壓開始下降。2號(hào)凝結(jié)水泵的入口負(fù)壓及凝汽器真空度的變化曲線，如圖3所示。發(fā)現(xiàn)真空度降低后，立即采取了措施，關(guān)閉1號(hào)凝結(jié)水泵入口電動(dòng)門，并就地關(guān)閉了1號(hào)凝結(jié)水泵入口電動(dòng)門前的手動(dòng)門、出口電動(dòng)門旁路手動(dòng)門、抽真空的2個(gè)手動(dòng)門。經(jīng)27 s后，凝結(jié)水的流量產(chǎn)生了劇烈波動(dòng)并下降(流量變化為0～767 t/h)。2號(hào)凝結(jié)水泵的電流從162 A下降為57A。除氧器水位在快速下降。2號(hào)凝結(jié)水泵的電流、流量及除氧器水位的變化曲線，如圖4所示。因此，只能快速降低機(jī)組負(fù)荷，但系統(tǒng)真空度仍在持續(xù)下降。判斷入口電動(dòng)門及電動(dòng)門前的手動(dòng)門未能嚴(yán)密隔絕系統(tǒng)，立即關(guān)閉入口電動(dòng)門后的手動(dòng)門，機(jī)組真空度不再下降，2號(hào)凝結(jié)水泵也恢復(fù)了出力。

圖3　2號(hào)凝結(jié)水泵入口負(fù)壓及凝汽器真空度的變化曲線

圖4　2號(hào)凝結(jié)水泵電流與流量及除氧器水位的變化曲線

在此過程中，機(jī)組負(fù)荷最低下降至151 MW。凝汽器高壓側(cè)的真空度，降至－80.7 kPa(停機(jī)值為－79.7 kPa)，低壓側(cè)的真空度，降至－90.1 kPa。除氧器的水位，最低至1 334.7 mm。當(dāng)水位降至1 450 mm時(shí)，觸發(fā)了保護(hù)動(dòng)作，使2臺(tái)汽動(dòng)給水泵跳閘，聯(lián)鎖啟動(dòng)了電動(dòng)給水泵。事故后，隔絕了1號(hào)凝結(jié)水泵。檢修水泵時(shí)發(fā)現(xiàn)，拆出的水泵出口法蘭墊片，在局部區(qū)域已被嚴(yán)重?fù)p壞。

2.1.2事故分析

發(fā)現(xiàn)1號(hào)凝結(jié)水泵的出口法蘭大量漏水后，立即停泵，泵出口管道的壓力快速下降，大量空氣通過損壞的法蘭墊片漏入凝汽器和1號(hào)凝結(jié)水泵入口管道，并通過入口聯(lián)絡(luò)母管，進(jìn)入了運(yùn)行中的2號(hào)凝結(jié)水泵，導(dǎo)致凝汽器真空度下降，也使2號(hào)凝結(jié)水泵發(fā)生了汽蝕現(xiàn)象。機(jī)組最終被迫降負(fù)荷，引發(fā)2臺(tái)汽動(dòng)給水泵跳閘，并險(xiǎn)些造成“凝汽器真空低”保護(hù)停機(jī)的事故。通過該事例，分析了引發(fā)事故的原因。

(1)停泵時(shí)，凝結(jié)水泵出口電動(dòng)門處于正在打開狀態(tài)，至完全關(guān)閉，約耗時(shí)6 min。所以，應(yīng)待出口電動(dòng)門完全開啟后，再停泵，可減少凝汽器真空度下降以及2號(hào)凝結(jié)水泵的汽蝕時(shí)間，約3 min。

(2)就地手動(dòng)關(guān)閉1號(hào)凝結(jié)水泵入口電動(dòng)門前的手動(dòng)門、出口電動(dòng)門旁路手動(dòng)門、抽真空手動(dòng)門，需要較長(zhǎng)時(shí)間。最終判斷入口電動(dòng)門及電動(dòng)門前手動(dòng)門不能嚴(yán)密隔絕系統(tǒng)后，再關(guān)閉入口電動(dòng)門后的手動(dòng)門，耗時(shí)約10 min。因隔絕故障設(shè)備的時(shí)間較長(zhǎng)，造成機(jī)組被迫降負(fù)荷。

2.2　備用凝結(jié)水泵漏入空氣

2.2.1事故過程

事故前，4號(hào)機(jī)組的負(fù)荷為600 MW，2號(hào)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行。按系統(tǒng)要求，需對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行定期的輪換操作，轉(zhuǎn)換1號(hào)凝結(jié)水泵為變頻運(yùn)行。停運(yùn)2號(hào)凝結(jié)水泵后，發(fā)現(xiàn)1號(hào)凝結(jié)水泵入口負(fù)壓有波動(dòng)(幅度為3 kPa)，同時(shí)，凝結(jié)水流量也發(fā)生了變化(幅度為140 t/h)。1號(hào)凝結(jié)水泵的入口負(fù)壓與流量的變化曲線，如圖5所示。檢查發(fā)現(xiàn)，2號(hào)凝結(jié)水泵有泄漏，密封盤根已破損。為防止泄漏增大，決定隔絕2號(hào)凝結(jié)水泵。首先，關(guān)閉了2號(hào)凝結(jié)水泵抽真空的2個(gè)手動(dòng)門，將2號(hào)凝結(jié)水泵入口電動(dòng)門前、后手動(dòng)門，關(guān)至開度的60%(確?？焖訇P(guān)閉入口手動(dòng)門隔絕2號(hào)凝結(jié)水泵)。2號(hào)凝結(jié)水泵停運(yùn)后，出口電動(dòng)門開始聯(lián)鎖關(guān)閉，就地人員快速關(guān)閉了入口電動(dòng)門前、后手動(dòng)門。此時(shí)，2號(hào)凝結(jié)水泵出口管道有撞擊聲，并發(fā)現(xiàn)入口法蘭處漏水，立即開啟入口手動(dòng)門，關(guān)閉出口電動(dòng)門旁路手動(dòng)門，法蘭不再漏水。3 min后，2號(hào)凝結(jié)水泵出口電動(dòng)門被完全關(guān)閉，再次關(guān)閉入口手動(dòng)門，完成了2號(hào)凝結(jié)水泵的隔絕操作。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)2號(hào)凝結(jié)水泵出口逆止門的閥瓣緊固螺栓已松動(dòng)、盤根磨損、入口濾網(wǎng)法蘭墊片已損壞。

圖5　1號(hào)凝結(jié)水泵入口負(fù)壓及流量變化曲線

2.2.2事故分析

因2號(hào)凝結(jié)水泵盤根磨損，空氣被吸入泵體，造成1號(hào)凝結(jié)水泵汽蝕。空氣通過連接管道，進(jìn)入了運(yùn)行中的1號(hào)凝結(jié)水泵。但盤根的磨損程度較輕，吸入空氣量較少，所以，水泵的汽蝕程度較小，而后續(xù)的處置操作不當(dāng)，導(dǎo)致事故被擴(kuò)大。

(1)當(dāng)發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水系統(tǒng)的參數(shù)異常并就地檢查后，確認(rèn)了2號(hào)凝結(jié)水泵盤根漏水，但未能及時(shí)判斷異常的原因。吸入的空氣造成1號(hào)凝結(jié)水泵汽蝕，不是及時(shí)將2號(hào)凝結(jié)水泵隔絕，而是啟動(dòng)2號(hào)凝結(jié)水泵，停運(yùn)1號(hào)凝結(jié)水泵。2號(hào)凝結(jié)水泵的運(yùn)行，升高了凝結(jié)水的壓力，使漏水量變大。該輪換操作，增加了后續(xù)事故處理的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)對(duì)2號(hào)凝結(jié)水泵的隔絕操作，在預(yù)案上的設(shè)想不充分。對(duì)事故的防范措施，僅考慮了防止凝汽器真空度的下降和1號(hào)凝結(jié)水泵的汽蝕。在2號(hào)凝結(jié)水泵出口電動(dòng)門未完全關(guān)閉時(shí)，便快速關(guān)閉了入口手動(dòng)門，未制訂閥門關(guān)閉不嚴(yán)的防范措施。而2號(hào)凝結(jié)水泵出口逆止門的閥瓣緊固螺栓松動(dòng)，造成泵停運(yùn)后，逆止門未完全關(guān)閉，使凝結(jié)水倒流，導(dǎo)致2號(hào)凝結(jié)水泵入口管道壓力超過設(shè)計(jì)值，入口濾網(wǎng)的法蘭墊片被損壞。

3　防范措施

分析了事故原因后，為了防止凝結(jié)水泵吸入空氣造成汽蝕、降低凝汽器的真空度，采取了一系列處理措施［2，3，6］。

(1)操作前，增派就地操作人員。

(2)試運(yùn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水泵發(fā)生泄漏，需待凝結(jié)水泵出口電動(dòng)門完全開啟后，再停運(yùn)泄漏的凝結(jié)水泵。停泵后，應(yīng)檢查出口電動(dòng)門的聯(lián)鎖關(guān)閉情況。當(dāng)備用凝結(jié)水泵發(fā)生泄漏時(shí)，直接關(guān)閉備用凝結(jié)水泵出口電動(dòng)門。若凝結(jié)水泵發(fā)生泄漏，則啟動(dòng)備用凝結(jié)水泵，待運(yùn)行正常后，再停運(yùn)已泄漏的凝結(jié)水泵，并檢查泵出口電動(dòng)門的聯(lián)鎖關(guān)閉。

(3)迅速關(guān)閉泄漏凝結(jié)水泵出口的手動(dòng)門。

(4)隨時(shí)監(jiān)測(cè)凝汽器的真空度和水泵流量，當(dāng)凝汽器的真空度及泵的流量大幅波動(dòng)時(shí)，適當(dāng)關(guān)小泄漏的凝結(jié)水泵入口電動(dòng)門前手動(dòng)門，最大可關(guān)至50°(蝶閥開度為 0～90°)。

(5)待泄漏凝結(jié)水泵出口電動(dòng)門完全關(guān)閉后，再關(guān)閉泄漏凝結(jié)水泵入口電動(dòng)門。就地人員應(yīng)快速關(guān)閉泄漏凝結(jié)水泵入口電動(dòng)門前手動(dòng)門。

(6)關(guān)閉泄漏凝結(jié)水泵抽真空管道的2個(gè)手動(dòng)門。

4　結(jié)語

該機(jī)組的其它凝結(jié)水泵也曾出現(xiàn)盤根漏水，因措施到位并投入了預(yù)案，該凝結(jié)水泵未發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，表明制訂的措施，可有效避免凝結(jié)水泵發(fā)生汽蝕，并維持了凝汽器的真空度，防止了機(jī)組事故的發(fā)生。

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