韶鋼低壓飽和蒸汽余熱利用機組真空急劇下降的分析與處理

陳營波,陳日興,張　濤

1　概述

韶鋼低壓飽和蒸汽余熱利用機組是將煉鋼轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽回收，經(jīng)過鍋爐加熱提升過熱度后用于發(fā)電和供汽。低壓飽和蒸汽的壓力0.6～1.2 MPa，溫度159～188℃（壓力對應(yīng)的飽和溫度）。該機組于2013年8月底投產(chǎn)，年均發(fā)電量5300萬kWh，效益顯著。該機組在投產(chǎn)之后出現(xiàn)多次真空急劇下降，導(dǎo)致汽輪機因真空低跳閘，給生產(chǎn)造成了不良影響。經(jīng)過多次跳機后的排查，才徹底解決影響真空的因素，使機組真空不再受外界干擾。

2　事故現(xiàn)象

機組幾次因真空低跳閘的共同特點就是真空在1 min內(nèi)從-92 kPa下降至-61 kPa以下，即使啟動備用射水泵、將發(fā)電機緊急解列，仍會造成跳機。事故后，在不對機組系統(tǒng)做任何調(diào)整的情況下，開機時真空正常。查詢曲線，真空下降、排汽溫度上升，根據(jù)飽和關(guān)系，證明真空信號是真實的，并非誤信號。

3　機組本體及輔機故障排查

從汽輪機本體及其輔機方面來分析，導(dǎo)致真空急劇下降的因素應(yīng)當(dāng)包括以下一點或幾點：

(1)凝汽器循環(huán)冷卻水量急劇減少或凝汽器水側(cè)存有大量空氣。

（2）真空系統(tǒng)管道破裂，漏入大量空氣。

（3）排汽缸安全保護(hù)裝置膜片破裂，漏入大量空氣。

（4）凝汽器銅管大量泄漏，水位迅速異常升高。

（5）射水箱水位過低，水位未能淹沒抽氣器的出水口，導(dǎo)致漏入大量空氣。

鑒于事故后在不對機組系統(tǒng)做任何調(diào)整的情況下開機時真空正常，可以排除以上5個原因，也就是說排除了機組本體及其輔機的故障。

4　系統(tǒng)分析

回歸原點思考問題。在運行過程當(dāng)中，汽輪機真空的建立主要是在循環(huán)水冷卻作用下使蒸汽凝結(jié)、比容驟然縮小而形成，其次是靠真空泵或射水抽氣器抽出蒸汽中微量的不凝結(jié)性氣體來維持。既然經(jīng)過多次事后判斷排除了機組本體及輔機故障，那么問題的焦點就指向蒸汽攜帶大量不凝結(jié)性氣體。這是一個大膽的推測。

4.1　推測依據(jù)

該機組所配套的射水抽氣器型號為CS-7.5，抽氣量7.5 kg/h（便于理解換算約為190 mL/s，40℃時飽和空氣密度1.097 kg/m3）。即使2套射水抽氣器同時運行，每秒鐘也只能抽走不凝結(jié)性氣體380 mL，相當(dāng)于1支小礦泉水瓶大的體積。如果蒸汽中攜帶的不凝結(jié)性氣體體積超過該值，就會表現(xiàn)出真空下降，攜帶越多、下降越快。

該機組蒸汽參數(shù)是0.6～1.2 MPa，蒸汽來源于煉鋼轉(zhuǎn)爐，而轉(zhuǎn)爐煉鋼所需的氮氣等介質(zhì)壓力正好涵蓋此蒸汽壓力范圍，如果操作不當(dāng)或設(shè)備缺陷就會竄入低壓飽和蒸汽中，引起機組真空急劇下降。

經(jīng)與上工序詳細(xì)了解，在機組出現(xiàn)真空急劇下降的幾次故障中，煉鋼工序正好是吹掃、切換密封氣源時，與故障時間重合，氮氣使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過射水抽氣器的出力。

4.2　設(shè)備現(xiàn)狀及存在的問題

在煉鋼系統(tǒng)中與低壓飽和蒸汽有直接或間接連接關(guān)系的能源介質(zhì)是氮氣，氮氣有中壓氮與低壓氮之分，壓力分別為0.8、1.6 MPa，主要使用設(shè)備是氧槍口和轉(zhuǎn)爐煤氣吹掃系統(tǒng)。

煉鋼廠在2008年利用自產(chǎn)低壓飽和蒸汽成功替代密封轉(zhuǎn)爐氧槍口的氮氣，同時蒸汽管道與氮氣管道進(jìn)行了碰接。爐子在檢修時兩路汽（氣）源相互共存、交替使用，以及在轉(zhuǎn)爐開爐階段或蒸汽壓力低時使用氮氣密封。

煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)機三通閥用自產(chǎn)的低壓飽和蒸汽吹掃，同時配有一路氮氣備用氣源，這兩路（汽）氣源進(jìn)行碰接，當(dāng)?shù)蛪猴柡驼羝麎毫Φ突蛴袡z修時會切換為氮氣。

以上設(shè)備狀態(tài)可能會出現(xiàn)：

（1）氮氣閥與蒸汽閥同時內(nèi)漏時，會造成壓力高的氮氣漏入壓力低的飽和蒸汽系統(tǒng)中。

（2）在氮氣與蒸汽的切換使用過程，會導(dǎo)致一定量的氮氣進(jìn)入飽和蒸汽系統(tǒng)中。

（3）誤操作，使氮氣閥與蒸汽閥同時打開，造成氮氣竄入蒸汽中。

5　解決方案

為避免蒸汽攜帶氮氣影響生產(chǎn)，制定以下解決方案：

（1）在氧槍口、轉(zhuǎn)爐煤氣吹掃系統(tǒng)的氮氣、蒸汽管道上安裝一、二次閥，確保關(guān)閉嚴(yán)密。

（2）切換汽（氣）源時，要保證蒸汽壓力高于氮氣壓力才能進(jìn)行，防止氮氣竄入蒸汽。

（3）密封、吹掃時，禁止氮氣與蒸汽同時投入使用。氮氣壓力是公司母管制運行，壓力變化小，而低壓飽和蒸汽壓力受轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)、自用以及發(fā)電機負(fù)荷影響較大。氮氣與蒸汽同時投入密封、吹掃，當(dāng)蒸汽壓力低時會使蒸汽攜帶大量氮氣進(jìn)入汽輪機。

（4）當(dāng)轉(zhuǎn)爐從檢修轉(zhuǎn)生產(chǎn)后，將前兩爐蒸汽放散，保證蒸汽管道及蓄熱器內(nèi)的氮氣等不凝結(jié)性氣體全部排盡。

6　結(jié)束語

從2014年實施以上方案以來，韶鋼低壓飽和蒸汽余熱利用機組真空未出現(xiàn)急劇下降的現(xiàn)象，因此驗證了之前的推測。

蒸汽攜帶氮氣等不凝結(jié)性氣體從而影響機組真空，在電力行業(yè)中是少之又少，或許只有在冶金行業(yè)自備電廠中存在。這些不凝結(jié)性氣體包括氮氣、壓縮空氣、氬氣等氣體在鋼廠得到普遍使用。隨著各鋼廠大力回收轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽的同時，在設(shè)計或操作時要保證蒸汽不得攜帶氮氣等不凝結(jié)性氣體，以免影響機組安全運行。