300 MW汽輪機(jī)組真空嚴(yán)密性?xún)?yōu)化研究

楊洪濤，劉建航，呂基安，王巖青

（1.國(guó)家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032；2.華能沾化熱電有限公司，山東 濱州 256800）

0 引言

真空嚴(yán)密性是影響汽輪機(jī)真空度的主要原因之一［1］。由于漏入空氣，導(dǎo)致凝汽器過(guò)冷度過(guò)大，系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性降低，凝結(jié)水溶氧增加，易造成低壓設(shè)備氧腐蝕。因此，提高汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性，是保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要途徑之一。針對(duì)某發(fā)電廠汽輪機(jī)組出現(xiàn)真空嚴(yán)密性差等現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行深入分析研究，對(duì)運(yùn)行中存在的問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)改造及優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整后，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性指標(biāo)穩(wěn)定，并且保持在優(yōu)良范圍內(nèi)，為機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。

1 基本概況

機(jī)組汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)公司制造，型號(hào)為N300-16.7/537/537，額定功率為 300 MW，額定背壓為5.39 kPa的亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組配備兩臺(tái)功率為160 kW的水環(huán)式真空泵。

2017年11月以來(lái)，汽輪機(jī)組真空嚴(yán)密性指標(biāo)明顯變差，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 300 MW汽輪機(jī)組真空嚴(yán)密性指標(biāo) Pa/min

由表1可知，2017年11月至2018年1月，汽輪機(jī)組真空嚴(yán)密性指標(biāo)平均272.3 Pa/min，超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，不但影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)威脅發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行性能。

2 問(wèn)題分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察和對(duì)設(shè)備運(yùn)行操作分析，全面查找了影響4號(hào)汽輪機(jī)組真空嚴(yán)密性差的原因。經(jīng)過(guò)多次分析探討，利用魚(yú)刺圖繪出影響真空嚴(yán)密性差的原因，見(jiàn)圖1。

圖1 真空嚴(yán)密性差因素

2.1 真空系統(tǒng)管道和閥門(mén)泄漏

低壓缸與凝汽器兩大設(shè)備連接構(gòu)成一個(gè)大的真空容器，薄弱環(huán)節(jié)較多，易發(fā)生真空泄漏［2］。例如，低壓缸安全膜在低壓缸頂部，當(dāng)工況有較大變化或操作不當(dāng)時(shí)，安全膜損壞會(huì)影響真空；低壓排汽缸噴水管道或法蘭，凝汽器汽側(cè)外殼焊縫泄漏，凝汽器外殼上接出的儀表管根部斷裂漏氣，也可能影響真空。

凝汽器銅管受腐蝕嚴(yán)重泄漏及運(yùn)行工況有異常變化時(shí)，銅管脹口松動(dòng)，凝汽器汽側(cè)放水門(mén)不嚴(yán)或凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)放水門(mén)不嚴(yán)，不但會(huì)使空氣漏入，甚至使凝結(jié)水質(zhì)惡化。此外，與凝汽器連接的凝結(jié)水再循環(huán)、閥門(mén)、接口泄漏也會(huì)使凝汽器真空嚴(yán)密性降低。

汽輪機(jī)組抽汽系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)都與真空系統(tǒng)相連，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，對(duì)真空嚴(yán)密性影響較大。

2.2 設(shè)備運(yùn)行可靠性差

汽輪機(jī)組凝結(jié)水泵浮動(dòng)環(huán)密封水外排水管引到回收裝置（即集水箱），在集水箱內(nèi)設(shè)置一個(gè)浮球式閥門(mén)，水位低時(shí)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，水位高時(shí)閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，集水箱內(nèi)的水與本體疏水管相連回收至凝汽器，見(jiàn)圖2。

圖2 回收裝置

2.3 運(yùn)行調(diào)整不及時(shí)

汽輪機(jī)低壓缸兩端處于真空狀態(tài)，需用軸封來(lái)隔絕大氣。軸封壓力過(guò)高，易發(fā)生低壓缸兩端漏蒸汽，會(huì)出現(xiàn)低壓缸軸承溫度升高或者油中進(jìn)水；軸封壓力過(guò)低，空氣經(jīng)低壓軸封漏入凝汽器，引起真空下降、凝結(jié)水溶氧增大等［3］。因此，軸封系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中要保持各閥門(mén)開(kāi)關(guān)位置適當(dāng)，并及時(shí)調(diào)整，保證軸端不吸氣、不漏汽，有利于機(jī)組的安全進(jìn)行。

給水泵小汽輪機(jī)低壓軸封汽的調(diào)節(jié)非常重要［4］。通過(guò)調(diào)節(jié)給水泵小汽輪機(jī)低壓軸封進(jìn)汽門(mén)、回汽門(mén)開(kāi)度，保證小汽輪機(jī)油系統(tǒng)不進(jìn)水，又能實(shí)現(xiàn)良好密封。軸封壓力過(guò)低時(shí)，影響機(jī)組真空嚴(yán)密性。

給水泵設(shè)有密封水系統(tǒng)，保證給水泵軸端不冒水，且密封水回收至凝汽器。運(yùn)行中如調(diào)整不當(dāng)，易發(fā)生給水泵軸端漏水。低溫凝結(jié)水進(jìn)入軸端暖體后，大部分水被壓至泵內(nèi)，一部分從密封卸荷水返回前置泵入口，另一部分經(jīng)螺旋間隙節(jié)流后至泵外U型管回凝汽器。當(dāng)凝結(jié)水壓力突然大幅下降時(shí)，密封水自動(dòng)調(diào)門(mén)調(diào)整不及時(shí)，空氣易從給水泵軸端漏至U型管，使U型管工作失去穩(wěn)定性，影響凝汽器真空嚴(yán)密性。

2.4 加強(qiáng)真空系統(tǒng)維護(hù)

真空系統(tǒng)龐大，維護(hù)難度很大，稍有松懈，真空嚴(yán)密性就可能變差；重點(diǎn)治理反復(fù)出現(xiàn)泄漏的部位不到位；對(duì)埋在地下的真空系統(tǒng)管道未做好防腐措施。

2.5 節(jié)能措施執(zhí)行不到位

提高機(jī)組真空嚴(yán)密性各項(xiàng)措施執(zhí)行不到位，流于形式；機(jī)組真空嚴(yán)密性差時(shí)，未切實(shí)制定可行方案，無(wú)法做到有序排查。真空嚴(yán)密性指標(biāo)考核機(jī)制不健全。

影響4號(hào)機(jī)組真空嚴(yán)密性差的原因較多，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累統(tǒng)計(jì)出各因素出現(xiàn)頻數(shù)、頻率如圖3所示。

圖3 主要因素出現(xiàn)頻率統(tǒng)計(jì)

3 對(duì)策實(shí)施

3.1 消除真空系統(tǒng)管道和閥門(mén)泄漏點(diǎn)

2018年6月，機(jī)組運(yùn)行中用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)機(jī)組真空系統(tǒng)全面檢查，通過(guò)抹黃油等方式進(jìn)行堵漏。

對(duì)真空系統(tǒng)低壓缸安全膜、管道法蘭、閥門(mén)等查漏，發(fā)現(xiàn)低壓缸安全膜處有一漏點(diǎn)，對(duì)該處抹黃油。

對(duì)凝汽器汽側(cè)膨脹節(jié)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)有一點(diǎn)輕微漏氣，進(jìn)行了封堵。

對(duì)高低壓疏水膨脹箱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)高壓疏水膨脹箱底部至凝汽器的疏水管道腐蝕嚴(yán)重，進(jìn)行了改造處理。

對(duì)汽輪機(jī)抽汽系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)Ⅲ級(jí)減壓裝置減溫水門(mén)后法蘭存在漏氣現(xiàn)象，進(jìn)行了加固處理。

通過(guò)對(duì)與凝汽器連接閥門(mén)、儀表管根部接口等部位檢查處理，消除了存在的漏點(diǎn)，機(jī)組真空嚴(yán)密性明顯好轉(zhuǎn)。

3.2 提高設(shè)備運(yùn)行可靠性

2018年7月，對(duì)凝結(jié)水泵密封水回收裝置檢查發(fā)現(xiàn)，集水箱內(nèi)設(shè)置的浮球式閥門(mén)存在卡澀、不靈活現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隔離處理，真空嚴(yán)密性指標(biāo)大大改善。

對(duì)凝結(jié)水泵密封水回收裝置浮球連桿及定位銷(xiāo)進(jìn)行了校正，消除了因浮球卡澀致使空氣漏入凝汽器現(xiàn)象，提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性。

3.3 加強(qiáng)優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整

軸封母管壓力平時(shí)維持45 kPa，2018年8月提高軸封母管壓力至50 kPa，再次做真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，真空下降值減少10 Pa/min；軸封母管壓力提高至55 kPa時(shí)，低壓缸兩端開(kāi)始明顯漏汽。因此，維持軸封母管壓力為50 kPa，防止油中進(jìn)水。

正常情況下密封水系統(tǒng)各閥門(mén)開(kāi)度適當(dāng)，密封水放地溝門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)或內(nèi)漏，也會(huì)影響真空的嚴(yán)密性［5］。通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，密封水壓力維持在0.064 MPa，能夠滿(mǎn)足運(yùn)行需要。

通過(guò)調(diào)節(jié)給水泵小汽輪機(jī)低壓軸封進(jìn)汽門(mén)、回汽門(mén)開(kāi)度，保證小汽輪機(jī)油系統(tǒng)不進(jìn)水，又能實(shí)現(xiàn)良好密封。通過(guò)運(yùn)行分析，小汽輪機(jī)軸封壓力提高至14 kPa狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行，真空嚴(yán)密性得到改善。

3.4 加強(qiáng)真空系統(tǒng)維護(hù)力度

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，加強(qiáng)對(duì)真空系統(tǒng)的維護(hù)及調(diào)整，當(dāng)真空嚴(yán)密性不合格時(shí)，先要進(jìn)行常規(guī)檢查分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

對(duì)真空系統(tǒng)經(jīng)常泄漏的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)因應(yīng)力大膨脹不均或機(jī)械碰撞造成真空系統(tǒng)管路、管件或焊口經(jīng)常開(kāi)裂重點(diǎn)部位，在管道上加裝了波紋補(bǔ)償伸縮節(jié)。埋在地下的真空系統(tǒng)管道采取四周砌水泥，頂部鋪設(shè)蓋板，既防止管道腐蝕，又便于管道檢查。通過(guò)對(duì)經(jīng)常泄漏處進(jìn)行改進(jìn)，真空系統(tǒng)設(shè)備狀況得到改善，保證了機(jī)組的真空嚴(yán)密性長(zhǎng)期處于優(yōu)良狀況。

3.5 提高措施執(zhí)行力度

制定切實(shí)有效的考核機(jī)制，提高機(jī)組真空嚴(yán)密性各項(xiàng)措施執(zhí)行力度［6］。

機(jī)組真空系統(tǒng)復(fù)雜，影響因素是多方面的，一旦發(fā)生泄漏后，排查起來(lái)非常困難，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題記錄留檔，找出主要影響因素；出現(xiàn)凝汽器真空嚴(yán)密性差時(shí)，首先對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行排查，節(jié)省人力、物力。

3.6 加強(qiáng)綜合治理

機(jī)組真空嚴(yán)密性不合格時(shí)，切實(shí)制定可行方案，進(jìn)行有序排查。機(jī)組正常運(yùn)行中嚴(yán)格按要求每月做一次真空嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，定期分析設(shè)備運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

4 效果檢查

通過(guò)研究和運(yùn)行調(diào)整，在確保制訂的各項(xiàng)措施得以實(shí)施的情況下取得了良好的效果。通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)管道進(jìn)行漏點(diǎn)排查治理以及對(duì)軸封系統(tǒng)、給水泵密封水系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，2018年 8月份以來(lái)經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得真空嚴(yán)密性指標(biāo)明顯大幅度好轉(zhuǎn)，統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 300 MW汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性指標(biāo) Pa/min

由上表可知，2018年8—10月機(jī)組真空嚴(yán)密性指標(biāo)平均值為 90.3 Pa/min，比之前降低了 182 Pa/min。

由于真空嚴(yán)密性指標(biāo)提高，機(jī)組運(yùn)行真空提升，機(jī)組發(fā)電煤耗降低。機(jī)組真空每提高1 kPa，發(fā)電煤耗可降低3.022 26 g/kWh，根據(jù)機(jī)組全年完成發(fā)電量16.5億kWh，可以算出機(jī)組全年可節(jié)省煤炭907.68 t。

每噸煤按700元計(jì)算，機(jī)組全年可節(jié)約發(fā)電成本63.53萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)異常現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致排查，對(duì)影響凝汽器真空的原因進(jìn)行分析研究，對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)和運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，使機(jī)組真空嚴(yán)密性得到了提高，減少了漏入真空系統(tǒng)的空氣，降低了機(jī)組排汽溫度，蒸汽與循環(huán)冷卻水的換熱效率提高，降低了機(jī)組煤耗和廠用電率，同時(shí)凝結(jié)水溶氧降低，減少了低壓設(shè)備氧腐蝕，提高了汽輪機(jī)組的效率和安全經(jīng)濟(jì)性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。