330MW機(jī)組啟動疏水?dāng)U容器損壞的原因分析及處理

【摘要】分析了330MW機(jī)組整套啟動試運(yùn)行過程中，啟動疏水?dāng)U容器損壞的原因，給出了處理方案。

【關(guān)鍵詞】330MW機(jī)組；啟動疏水?dāng)U容器；損壞原因；處理方案

1、330MW汽輪機(jī)及啟動疏水?dāng)U容器的概況

某發(fā)電廠330MW#2汽輪機(jī)，是亞臨界、沖動式、中間一次再熱、單軸三缸、雙排汽的凝汽式汽輪機(jī)。#2汽輪機(jī)配備的啟動疏水?dāng)U容器，設(shè)計壓力4.0Mpa，設(shè)計溫度365℃，容積1.5m3，安全閥開啟壓力3.8Mpa。啟動疏水?dāng)U容器的主要汽源有：1主蒸汽管道啟動疏水；2再熱熱段管道的啟動疏水；3再熱冷段管道的啟動疏水；4一段抽汽管道啟動疏水。啟動疏水?dāng)U容器的減溫噴水水源是工業(yè)水來。其系統(tǒng)簡圖如圖1：

2、故障情況介紹

2004年#2機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)進(jìn)入整套試運(yùn)行階段后，啟動疏水?dāng)U容器一直存在響聲大、振動大的問題，尤其在機(jī)組甩負(fù)荷或跳級后更為突出。由于機(jī)組多次因各種原因動作跳機(jī)，機(jī)組頻繁經(jīng)歷從270MW負(fù)荷以上高負(fù)荷甩至0MW的情況，曾經(jīng)多次利用停機(jī)時間對啟動疏水?dāng)U容器進(jìn)行維修，仍無法制止跳級后高壓高溫的“疏水”對其內(nèi)部構(gòu)件的致命損壞。2006年7月19日下午，由于爐膛壓力低Ⅲ值，鍋爐MFT（主燃料跳閘）動作導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)，當(dāng)時機(jī)組從300MW負(fù)荷甩至0MW。7月31日，鍋爐再次MFT動作，機(jī)組從255MW甩至0MW。經(jīng)過上述幾次高負(fù)荷跳機(jī)后，啟動疏水?dāng)U容器出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的異常狀況：有金屬碎片從啟動疏水?dāng)U容器的排氣管中飛出，此時只停留在機(jī)械的修復(fù)“原狀”，已不再是所有人員的目標(biāo)，必須徹底找出原因，長遠(yuǎn)之計，必須從根本上消除類似事件的發(fā)生。

3、故障情況檢查及分析

8月16日由該廠各相關(guān)部門會同設(shè)計廠家等相關(guān)單位組成的調(diào)查組共同到現(xiàn)場進(jìn)行檢查：發(fā)現(xiàn)擴(kuò)容器的內(nèi)部構(gòu)件中用于固定擴(kuò)容管的下圓環(huán)脫落，上圓環(huán)變形，下部疏水口被破碎的鐵塊封住，內(nèi)部結(jié)構(gòu)已遭到嚴(yán)重?fù)p壞。從檢查情況可判斷是由于高溫高壓蒸汽直接進(jìn)入擴(kuò)容器，使擴(kuò)容器內(nèi)部構(gòu)件所承受的壓力、溫度超過設(shè)計壓力及設(shè)計溫度，造成擴(kuò)容器內(nèi)部金屬部件的損壞。

造成擴(kuò)容器部件超溫超壓導(dǎo)致?lián)p壞的原因分析從三個方面分析：一是啟動疏水?dāng)U容器的管路閥門系統(tǒng)；二是減溫噴水系統(tǒng)；三是進(jìn)入啟動疏水?dāng)U容器的相關(guān)疏水閥的DCS（分散控制系統(tǒng)）控制邏輯問題。

3.1 該機(jī)組的相關(guān)疏水閥設(shè)計均采用全開、全關(guān)的氣動閥，疏水閥不能維持在中間開度。所以，在機(jī)組熱態(tài)、極熱態(tài)開機(jī)過程，盡管蒸汽溫度和管壁金屬溫度較高，只需要對管道進(jìn)行少量疏水即可，但由于氣動疏水門只能全開，勢必造成過多高溫、高壓蒸汽進(jìn)入擴(kuò)容器，不利于擴(kuò)容器的安全運(yùn)行。因此有必要對管道閥門系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 從擴(kuò)容器減溫噴水系統(tǒng)分析。試運(yùn)行中常發(fā)現(xiàn)有啟動疏水?dāng)U容器的減溫噴水壓力過低、水量過小現(xiàn)象。為了保證機(jī)組進(jìn)行疏水時，高溫高壓蒸汽進(jìn)入啟動疏水?dāng)U容器后得到充分的冷卻減溫使擴(kuò)容器不超溫不超壓，應(yīng)采取措施提高減溫水壓、增加減溫水量：如增加管徑；改用水源穩(wěn)定、水壓較高的減溫噴水水源。同時，為了達(dá)到良好的減溫冷卻效果，應(yīng)使減溫噴水在擴(kuò)容器內(nèi)部達(dá)到噴淋狀態(tài)，但設(shè)備廠家原設(shè)計中并沒有采取專門的霧化措施。因此，應(yīng)采取有效措施加強(qiáng)減溫噴水在擴(kuò)容器內(nèi)的霧化程度，增強(qiáng)其冷卻效果，進(jìn)一步保護(hù)啟動疏水?dāng)U容器。

3.3 從氣動疏水閥的DCS控制邏輯分析。目前，進(jìn)入啟動疏水?dāng)U容器的氣動疏水閥控制邏輯如下：

a.機(jī)組負(fù)荷<20%額定負(fù)荷，聯(lián)開主汽管至啟動疏水?dāng)U容器疏水門、再熱冷段管道至啟動疏水?dāng)U容器疏水門、再熱熱段管道至啟動疏水?dāng)U容器疏水門、一段抽汽管道至啟動疏水?dāng)U容器疏水門。負(fù)荷>22%額定負(fù)荷，聯(lián)關(guān)疏水門。

b.當(dāng)再熱熱段管道啟動疏水罐、再熱冷段管道啟動疏水罐、一段抽汽管道疏水罐，任一疏水罐水位高或高高，則打開相應(yīng)的疏水門，無液位高后15秒，聯(lián)關(guān)。

從上述控制邏輯中可看出控制邏輯還存在以下問題：（1）主汽管道啟動疏水門的動作僅以機(jī)組負(fù)荷為控制條件，這是不夠合理的。除了機(jī)組負(fù)荷外，還應(yīng)引進(jìn)蒸汽溫度、管壁溫度或者溫度變化速率為疏水閥動作的控制依據(jù)。（2）從機(jī)組跳閘過程分析結(jié)果可知，在機(jī)組跳閘過程中“機(jī)組負(fù)荷<20%額定負(fù)荷”并不是必要的疏水條件。因此，“機(jī)組負(fù)荷<22%額定負(fù)荷”應(yīng)只是機(jī)組非跳閘狀態(tài)下聯(lián)開疏水閥的條件。（3）控制邏輯要求“機(jī)組負(fù)荷<20%額定負(fù)荷，聯(lián)開進(jìn)入啟動疏擴(kuò)的疏水門”，并未考慮到啟動疏水?dāng)U容器在此工況下的承受能力。實(shí)際運(yùn)行中，在保證汽輪機(jī)本體的可靠安全疏水的基礎(chǔ)上，應(yīng)該通過計算分析后，適當(dāng)下調(diào)起始疏水的負(fù)荷值，既要保證低負(fù)荷時的疏水效果，又要兼顧啟動疏水?dāng)U容器的承受能力。

4、處理方案

經(jīng)過以上原因分析并征得廠家、設(shè)計院等相關(guān)單位同意后，該機(jī)組啟動疏水?dāng)U容器做了如下改進(jìn)：

（1）在管路及閥門系統(tǒng)上，對主蒸汽管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水門、再熱熱段管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水門、再熱冷段管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水門、一段抽汽管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水門分別加裝了ф28×3.5的旁路管道及旁路手動一、二次門，改造后系統(tǒng)簡圖如圖2。

這樣，在機(jī)組運(yùn)行中可根據(jù)實(shí)際情況控制進(jìn)入啟動疏水?dāng)U容器的疏水量，必要時適當(dāng)開啟疏水氣動閥旁路一、二次門進(jìn)行疏水，既可以保證疏水效果，又可以防止啟動疏水?dāng)U容器超溫超壓損壞。

（2）增加啟動疏水?dāng)U容器的減溫噴水管管徑，由原來的φ45×2.5改為φ57×3，以增加冷卻水量；將減溫噴水水源由工業(yè)水改為壓力更高、水源更穩(wěn)的凝結(jié)水，運(yùn)行中凝結(jié)水母管壓力可達(dá)3.0Mpa左右；為了加強(qiáng)減溫噴水在擴(kuò)容器內(nèi)的冷卻效果，還采取了如下措施：將φ57×3的減溫噴水管道伸入啟動疏水?dāng)U容器內(nèi)部，伸入部分采用強(qiáng)度足夠高的#20鍋爐鋼（20G），在伸入管道四周上開孔，共4排孔，沿周向相鄰兩排開孔采用交錯方式，使伸入管道周向8個方向都有噴水，從而使減溫噴水在擴(kuò)容器內(nèi)達(dá)到噴淋效果。

（3）對疏水門控制邏輯進(jìn)行了合理改進(jìn)：

a.汽機(jī)掛閘狀態(tài)下（即非跳閘狀態(tài)），機(jī)組負(fù)荷<10%額定負(fù)荷時，聯(lián)開主蒸汽管至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水閥、再熱冷段管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水閥、再熱熱段管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水閥、一段抽汽管道至啟動疏水?dāng)U容器的氣動疏水閥，負(fù)荷>11%，聯(lián)關(guān)氣動疏水閥。

b.機(jī)組在非掛閘狀態(tài)（即跳閘狀態(tài)），且主汽門前蒸汽溫度≤450℃時，聯(lián)開聯(lián)開主蒸汽管至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水閥、再熱冷段管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水閥、再熱熱段管道至啟動疏水?dāng)U容器氣動疏水閥、一段抽汽管道至啟動疏水?dāng)U容器的氣動疏水閥。

c.再熱冷段管道、再熱熱段管道、一段抽汽管道的疏水罐液位高或高高時，聯(lián)開其相應(yīng)的氣動疏水閥，無液位高后15秒，聯(lián)關(guān)。

d.汽機(jī)掛閘狀態(tài)下，主汽門前蒸汽溫度<450℃，且溫度下降率>5℃/min時，聯(lián)開主蒸汽管道至啟動疏水?dāng)U容器的氣動疏水閥。

e.當(dāng)主蒸汽管或再熱熱段管道至啟動疏水?dāng)U容器的氣動疏水閥開啟時，聯(lián)開啟動疏水?dāng)U容器噴水閥，氣動疏水閥關(guān)后延時10S后，聯(lián)關(guān)噴水閥。

f.汽機(jī)掛閘時，進(jìn)入啟動疏水?dāng)U容器的蒸汽溫度>338℃，聯(lián)開啟動疏水?dāng)U容器噴水閥。

5、結(jié)語

經(jīng)過了對管路進(jìn)行優(yōu)化改造并從邏輯關(guān)系上結(jié)合機(jī)組實(shí)際疏水量加以控制后，該機(jī)組啟動疏水?dāng)U容器的運(yùn)行特性得到了很大改進(jìn)，運(yùn)行中擴(kuò)容器噪聲大、振動大的問題得到了明顯改善，而且從技改完成后運(yùn)行至今，啟動疏水?dāng)U容器再也沒有出現(xiàn)過以往異?，F(xiàn)象。實(shí)踐證明，經(jīng)過以上改進(jìn)方案是行之有效的，此事件也進(jìn)一步說明理論與實(shí)際必須互相指導(dǎo)才能確保機(jī)組設(shè)備的安全可靠。