660MW超超臨界汽輪機(jī)組真空下降原因分析及處理

國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司 鮑志永 邱 嶺 張 鑄 周露露 汪杰斌

660MW超超臨界汽輪機(jī)組真空下降原因分析及處理

國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司 鮑志永 邱 嶺 張 鑄 周露露 汪杰斌

文中對(duì)某660 MW超超臨界汽輪機(jī)組小修后A側(cè)凝汽器真空下降原因進(jìn)行了分析研究，并結(jié)合運(yùn)行參數(shù)綜合分析判斷為軸加水封筒多級(jí)水封撕破造成A側(cè)凝汽器漏真空。對(duì)軸加水封筒進(jìn)行了重新注水排空、提高軸加水位等針對(duì)性的處理，解決了A側(cè)凝汽器真空下降問(wèn)題，確保了該機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

凝汽器真空 負(fù)壓系統(tǒng) 軸加水封筒 撕破 安全經(jīng)濟(jì)

圖1 凝汽器抽真空系統(tǒng)圖

某發(fā)電公司2號(hào)汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠和日本三菱公司聯(lián)合設(shè)計(jì)、制造的660 MW超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、高中壓合缸、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)是CCLN660-25/600/600。于2015年7月投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。采用表面式N-40000-1型，雙殼體、雙背壓、雙進(jìn)雙出、雙流程凝汽器，凝汽器設(shè)計(jì)背壓5.15kPa（平均）、銘牌工況滿發(fā)時(shí)11.8kPa（平均）、循環(huán)倍率60、循環(huán)水允許溫升＜10℃、凝結(jié)水過(guò)冷≤0.5℃、凝結(jié)水含氧量≤20μg/L 。凝汽器真空對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全性和熱經(jīng)濟(jì)性有很大影響。在運(yùn)行中，凝汽器工作狀態(tài)惡化將直接引起汽輪機(jī)熱耗、汽耗增大和出力降低。對(duì)一臺(tái)660 MW的汽輪機(jī)，真空每降低1 kPa，熱耗增加0.056%，汽輪機(jī)汽耗增加1.5%～2.5%。另外，真空下降使汽輪機(jī)排汽缸溫度升高，引起汽機(jī)軸承中心偏移，嚴(yán)重時(shí)還引起汽輪機(jī)組振動(dòng)。為保證機(jī)組出力不變，真空降低時(shí)應(yīng)增加蒸汽流量，這樣導(dǎo)致了軸向推力增大，使推力軸承過(guò)負(fù)荷。因此提高凝汽器真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性已成為火電廠節(jié)能降耗、保證機(jī)組經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效途徑[1]。

該機(jī)組自2016年10月小修以來(lái)，A側(cè)凝汽器真空嚴(yán)密性一直達(dá)不到優(yōu)秀水平，幾次真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果均維持在ΔP=0.2kPa/min左右，且2016年10月14日17時(shí)發(fā)生A側(cè)凝汽器真空快速下降，嚴(yán)重影響了該機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 凝汽器真空快速下降過(guò)程描述

2016年10月14日08：00～17：00該機(jī)組330MW做低負(fù)荷試驗(yàn)，17：00試驗(yàn)結(jié)束機(jī)組負(fù)荷AGC指令至350MW。A側(cè)凝汽器真空異常降低前真空泵運(yùn)行方式為2A、2C真空泵運(yùn)行，2B真空泵備用，真空泵聯(lián)絡(luò)電動(dòng)門閥1、閥2關(guān)閉（如圖1所示）[2]。運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)發(fā)現(xiàn)A側(cè)凝汽器背壓由3.87 kPa不正?？焖偕仙?.9 kPa并持續(xù)上升且A側(cè)低壓缸排汽溫度同步上升（如圖2所示），同時(shí)凝結(jié)水溶氧由4.61 ug/L快速上升至31.34 ug/L[3]。檢查B側(cè)凝汽器背壓和B側(cè)排汽缸溫度無(wú)變化。運(yùn)行人員立即啟動(dòng)備用2B真空泵運(yùn)行，開(kāi)啟真空泵入口聯(lián)絡(luò)電動(dòng)門閥1、閥2，凝汽器抽真空系統(tǒng)由獨(dú)立并聯(lián)單抽運(yùn)行改為并聯(lián)混抽運(yùn)行，該機(jī)組A側(cè)、B側(cè)凝汽器背壓穩(wěn)定至5.1 kPa穩(wěn)定運(yùn)行。

2 現(xiàn)場(chǎng)排查及處理

針對(duì)真空參數(shù)變化情況檢查DCS抽真空系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、低加系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)無(wú)明顯參數(shù)異常，同時(shí)，安排值班員就地排查上述系統(tǒng)及與A凝汽器相關(guān)各負(fù)壓系統(tǒng)漏真空情況。

2016年10月14日19：28排除2A真空泵故障的原因，20：20值班員就地測(cè)量軸加水封筒溫度72℃，正常運(yùn)行為35℃左右，判斷軸加水封筒多級(jí)水封內(nèi)水柱偏低或泄漏導(dǎo)致軸加疏水異常。立即對(duì)軸加水封筒進(jìn)行注水，并對(duì)軸加及水封筒進(jìn)行全面排查，發(fā)現(xiàn)A凝汽器背壓由5.1 kPa下降至4.8 kPa，停止軸加水封筒注水后A凝汽器背壓又回升至5.1 kPa，故持續(xù)對(duì)軸加水封筒注水并關(guān)小軸加疏水手動(dòng)門抬高軸加液位，發(fā)現(xiàn)背壓由5.1kPa持續(xù)緩慢下降。21：02啟動(dòng)備用軸加風(fēng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)背壓繼續(xù)下降至4.4 kPa，同時(shí)對(duì)軸加及水封筒相連管道涂泡沫查漏未發(fā)現(xiàn)明顯漏點(diǎn)[4]。21：30停運(yùn)2B真空泵恢復(fù)真空系統(tǒng)正常運(yùn)行方式。21：50停運(yùn)備用軸加風(fēng)機(jī)，22：00調(diào)整軸加液位至600 mm。22：10 A凝汽器背壓及A低壓缸排汽溫度穩(wěn)定，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 結(jié)果分析討論

針對(duì)本次軸加多級(jí)水封系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行分析探討。

3．1 軸封及軸加系統(tǒng)概述

軸封系統(tǒng)是用于對(duì)主汽輪機(jī)及小汽機(jī)轉(zhuǎn)子的密封，對(duì)高壓區(qū)防止高壓蒸汽泄漏造成熱損失和污染，對(duì)負(fù)壓區(qū)防止空氣漏入，影響真空。該公司660 MW超臨界汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)為封閉式自密封系統(tǒng)，這種密封系統(tǒng)的特點(diǎn)是高、中壓缸密封與低壓軸封通過(guò)母管連接，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)兩者之間的平衡蒸汽密封。在汽輪機(jī)啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)各汽缸內(nèi)的壓力都低于大氣壓。高壓缸的各汽封約在10%負(fù)荷時(shí)變成自密封，中壓缸的各汽封約在25%負(fù)荷時(shí)變成自密封，大約在30%負(fù)荷下系統(tǒng)達(dá)到自密封，多余的蒸汽會(huì)通過(guò)溢流調(diào)節(jié)閥流往凝汽器。

圖2 A側(cè)凝汽器真空（背壓）變化趨勢(shì)圖

圖3 軸封加熱器結(jié)構(gòu)圖

軸加用于汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)，其主要作用是用凝結(jié)水來(lái)冷卻各段軸封和高、中壓主汽調(diào)節(jié)閥閥桿抽出的汽—?dú)饣旌衔?，軸加風(fēng)機(jī)在軸加汽側(cè)腔室內(nèi)形成并維持一定的真空，保證軸封回汽通暢，防止蒸汽從軸封端泄漏。使混合物中的蒸汽凝結(jié)成水，從而回收工質(zhì)。將汽—?dú)饣旌衔锏臒崃總鹘o凝結(jié)水，從而提高汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

軸加工作過(guò)程如圖3：由軸封系統(tǒng)來(lái)的汽氣混合物分別從A、B進(jìn)入，混合物沿著管系的導(dǎo)向隔板流向排出口E，蒸汽在流動(dòng)中與管壁進(jìn)行熱交換而凝結(jié)，少量未凝結(jié)的蒸汽和被冷卻了的空氣被吸入軸加風(fēng)機(jī)，在其中壓縮至稍高于大氣壓后排入大氣。軸加中的凝結(jié)水通過(guò)疏水管經(jīng)過(guò)多級(jí)水封排入凝汽器，凝結(jié)水由前水室C口進(jìn)入，從后水室口D排出。

3．2 軸加多級(jí)水封系統(tǒng)原理

軸封末檔回汽進(jìn)入軸加加熱凝結(jié)水，軸加的疏水通過(guò)多級(jí)水封進(jìn)入凝汽器，由于凝汽器是負(fù)壓工作狀態(tài)，這就要求多級(jí)水封要具有既能夠使疏水順利進(jìn)入凝汽器，又不能漏入空氣的功能。軸加在運(yùn)行時(shí)處于微負(fù)壓狀態(tài)，壓力大約在-6 kPa左右，與凝汽器真空壓差約10 m水柱，多級(jí)水封在工作時(shí)必須產(chǎn)生高于10 m水柱的阻力方可保證疏水暢通又能阻止空氣漏入。軸加至凝汽器多級(jí)水封為4級(jí)水封，每級(jí)水封筒高約2.6 m，多級(jí)水封結(jié)構(gòu)的分析，如圖4所示。

圖4 軸加多級(jí)水封原理圖

多級(jí)水封作用：維持軸加疏水水位，保護(hù)真空，一旦多級(jí)水封里的水灌滿后，它的水位是基本維持不變的。多級(jí)水封就是增大疏水回水的阻力，從理論上說(shuō)軸加疏水經(jīng)過(guò)多級(jí)水封然后再有一定的高度回到凝汽器汽側(cè)，流動(dòng)阻力加上高差剛好等于凝汽器的真空，這時(shí)候就是最正常的工況，但事實(shí)上工況經(jīng)常在變，凝汽器的真空也不是一成不變的，所以多級(jí)水封一般很容易造成兩個(gè)結(jié)果，一是回水不暢（流動(dòng)阻力大時(shí)），一是漏真空（回水阻力小時(shí)），多級(jí)水封并不是只能通過(guò)水不能通過(guò)汽，凝汽器真空太高時(shí)會(huì)把回水拉空就會(huì)有空氣進(jìn)入凝汽器，也自然就會(huì)造成凝汽器真空下降。

3．3 該機(jī)組軸加水封撕破引發(fā)機(jī)組漏真空分析

3.3.1 軸封疏水管道有漏點(diǎn)。如果軸加水封筒中疏水管道存在漏點(diǎn)，將使軸加水封破壞造成軸加疏水中斷或者軸加水位波動(dòng)。

3.3.2 疏水管道設(shè)計(jì)不合理。多級(jí)水封高度應(yīng)略大于軸加壓力與凝汽器真空之差，才能保證疏水水封不被破壞。通常，多級(jí)水封管每級(jí)水封管的高度可以用下列公式計(jì)算：

H = (P0-P5)/nγ+ (0.5～1)/n

式中：

H-多級(jí)水封中每級(jí)水封管的高度，m；

P0-多級(jí)水封進(jìn)口壓力，MPa；

P5-多級(jí)水封出口壓力，MPa；

n-多級(jí)水封中的水封級(jí)數(shù)；

γ-水的重度，N/m3；

系數(shù)(0.5～1)-富裕度(可忽略)。

由于軸加疏水管道安裝存在不合理，可導(dǎo)致軸加水封不穩(wěn)定。

3.3.3 軸加風(fēng)機(jī)出力不足或故障，導(dǎo)致軸封回汽不暢，汽-氣混合物不能及時(shí)排出使多級(jí)水封進(jìn)口壓力增大，長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致軸加液位降低甚至失去。

3.3.4 機(jī)組啟動(dòng)投軸封初期多級(jí)水封筒注不充分，未正常建立軸加水封。

該機(jī)組軸加多級(jí)水封撕破原因分析如下：由于該機(jī)組2016年10月14日8：00--2016年10月14日17：00做低負(fù)荷330 MW穩(wěn)燃試驗(yàn)，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，雖然30%負(fù)荷左右軸封系統(tǒng)即能達(dá)到自密封，但是軸封壓力及溫度較低且未及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使得蜂窩軸封處積水，導(dǎo)致軸封回汽不暢、帶氣，單臺(tái)軸加風(fēng)機(jī)不能及時(shí)排走汽-氣混合物，導(dǎo)致軸加多級(jí)水封進(jìn)口壓力增大，長(zhǎng)期運(yùn)行且運(yùn)行值班員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整軸加液位，軸加液位降低至失去，最終導(dǎo)致本次A側(cè)凝汽器真空快速下降的異常。

4 運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整措施

為了保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，采取以下措施。

4.1 在軸加多級(jí)疏水管處加裝溫度測(cè)點(diǎn)，正常運(yùn)行時(shí)此處溫度應(yīng)該在30℃～38℃左右，一旦軸加水封失去，疏水溫度將會(huì)升高至50℃以上，便于運(yùn)行人員判斷，及時(shí)調(diào)整軸加液位。

4.2 增加軸加液位計(jì)遠(yuǎn)傳液位測(cè)點(diǎn)，控制軸加液位400 mm～600 mm，并設(shè)置軸加液位400 mm低報(bào)警，600 mm高報(bào)警，以便于運(yùn)行人員監(jiān)視軸加液位及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸加液位異常

4.3 保持軸封壓力、溫度穩(wěn)定，防止軸加進(jìn)口壓力增大軸加水封壓力失衡，水封失去。

4.4 機(jī)組啟動(dòng)投軸封初期必須將水封筒注滿水，建立正常軸加水封。

5 結(jié)語(yǔ)

凝汽器的工作是否正常對(duì)電廠的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大,應(yīng)引起我們的高度重視。機(jī)組凝汽器真空嚴(yán)密性受到很多因素影響，不同的情況應(yīng)區(qū)別對(duì)待。本文主要從運(yùn)行角度對(duì)軸封、軸加、軸加多級(jí)水封原理進(jìn)行闡述，以及軸加水位異常對(duì)機(jī)組真正的影響，當(dāng)軸加多級(jí)水封失水時(shí)將導(dǎo)致機(jī)組真空下降，影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。不同因素對(duì)凝汽器真空的影響的特點(diǎn)是不同的,只要對(duì)汽輪機(jī)真空變化特點(diǎn)有針對(duì)性地開(kāi)展檢查和分析,一定可以使凝汽器真空有較大的提高,從而進(jìn)一步降低汽輪機(jī)組的煤耗,提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和安全性。

[1]韓中合，田松峰，馬曉芳．火電廠汽機(jī)設(shè)備及運(yùn)行[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002年2月，第一版．

[2]汪杰斌．600MW超臨界汽輪機(jī)機(jī)組冷端的優(yōu)化改造[J]．熱力透平．2014，43（3）：216-218，230．

[3]汪杰斌，趙榮，章遐林等． 火電廠凝結(jié)水溶氧增大原因分析及處理對(duì)策[J]．熱力透平．2012，41（4）：300-302．

[4]汪杰斌，林建軍，章遐林等．600MW超臨界機(jī)組真空系統(tǒng)的檢漏及處理對(duì)策[J]．發(fā)電設(shè)備．2013，27（1）：27-30．