汽輪機排汽裝置低真空測點取樣可靠性研究

吳永波

（山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司2×300MW 單元機組，為亞臨界、一次中間再熱、燃煤、脫硫、空冷、抽汽凝汽式發(fā)電機組。三大主機分別由哈爾濱鍋爐有限責任公司、上海電氣集團股份有限公司和上海電機集團股份有限公司制造。DCS 系統(tǒng)為北京日立控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的HICAS-5000M 控制系統(tǒng)。機組單元控制部分共有機柜40 個、CPU 22 對，分別控制本臺機組的MCS、FSSS、SCS、DAS、ECS、ETS、DEH、MEH 等功能。ETS 即危急遮斷系統(tǒng)，接受DEH 系統(tǒng)、TSI 系統(tǒng)或其它系統(tǒng)來的停機信號，動作停機電磁閥AST1-AST4。ETS 系統(tǒng)也是日立控制系統(tǒng)有限公司的HICAS-5000M 控制系統(tǒng)，由一對冗余配置的控制器進行運算和控制。

1 汽輪機排汽裝置低真空測點取樣可靠性研究

1.1 排汽裝置真空度對汽輪機運行的影響

汽輪機排汽裝置真空度直接對機組的經(jīng)濟、安全、可靠運行有著重大影響，汽輪機真空過低將帶來以下影響：

1）汽輪機內(nèi)熱焓降減少，從而使出力降低，降低了汽輪機的效率，減少了經(jīng)濟效益。

圖1 汽輪機低真空測點取樣管路坡度圖Fig.1 Slope map of the low vacuum point sampling line of the turbine

2）低壓缸內(nèi)蒸汽密度增大，使尾部葉片過負荷，造成葉片斷裂。

3）增大級反動度，使軸向推力增大，推力軸承過負荷，嚴重時使推力軸承鎢金熔化。

4）排汽溫度升高，造成低壓缸熱膨脹變形，低壓缸軸承上抬，破壞機組的中心產(chǎn)生振動，還會造成軸承徑向間隙變化，產(chǎn)生摩擦而損壞設(shè)備。

因此，確保汽輪機低真空取樣可靠，機組汽輪機低真空保護、自動信號準確測量，對機組的經(jīng)濟、安全、可靠運行至關(guān)重要。

1.2 汽輪機低真空測點取樣獨立性分析

該機組汽輪機低真空主保護信號取樣裝置、取樣管路敷設(shè)、檢測儀表、DCS 系統(tǒng)邏輯設(shè)計、安裝如下：

1）在排汽裝置頂部取出一根取樣管，引至汽輪機前箱低真空試驗塊處，由低真空試驗塊取出兩根儀表管，并分別接兩個真空開關(guān)（一通道接LV1、LV3；二通道接LV2、LV4）[1]。

2）真空壓力開關(guān)設(shè)計為接常開點，邏輯信號取反。正常運行時，真空值低于-31KPa，邏輯中低真空保護信號為0，當真空高于-31KPa 時，真空開關(guān)由常閉變?yōu)槌ｉ_，邏輯中低真空保護信號變?yōu)?。經(jīng)ETS 四取二判斷后（LV1或LV3 動作與上LV2 或LV4 動作），觸發(fā)汽輪機低真空保護動作，遮斷汽輪機[2]。

該方案在運行中雖未發(fā)現(xiàn)異常，但由于從排汽裝置到低真空試驗塊之間的取樣管為單一取樣管，屬于單點保護[3]。另據(jù)現(xiàn)場觀察，從設(shè)計上來說該取樣管的坡度也不符合真空管道施工設(shè)計要求，極易出現(xiàn)水塞現(xiàn)象，如果出現(xiàn)水塞現(xiàn)象，當實際運行中真空降低時，真空開關(guān)可能延遲動作或拒動，導(dǎo)致機組產(chǎn)生嚴重損壞。故現(xiàn)有低真空保護設(shè)計存在較大的保護誤動或拒動的可能性。

1.3 取樣管路敷設(shè)及安裝分析

查閱機組運行維護數(shù)據(jù)及機組檢修記錄，存有汽輪機低真空壓力顯示測量失準、汽輪機低真空相關(guān)保護誤動、低真空保護信號拒動。典型事件如下：

圖2 汽輪機低壓缸內(nèi)低真空測點取樣裝置斷裂圖Fig.2 Fracture of low vacuum point sampling device in the low-pressure cylinder of a turbine turbine

1）機組頻繁發(fā)生汽輪機低壓缸左右側(cè)真空壓力顯示異常，將取樣管路對空排放后，顯示恢復(fù)正常。綜合判斷原因為，汽輪機低真空管路較長，管路敷設(shè)坡度較小，管路積水導(dǎo)致汽輪機低真空測量失準，如圖1 所示。

2）機組投產(chǎn)初期發(fā)生過兩次機組背壓RB 保護誤動異常事件，異常事件為取樣管路坡度設(shè)計不足，導(dǎo)致取樣口引出管路部位積灰，機組排汽背壓測量信號突變，觸發(fā)機組背壓過速率保護。

3）梳理機組歷次停機記錄，分析機組汽輪機、小汽輪機停機過程真空保護開關(guān)動作曲線，發(fā)現(xiàn)機組汽輪機、小汽輪機停機過程真空保護開關(guān)動作異常，開關(guān)定值正確，綜合分析為管路坡度設(shè)計不足，導(dǎo)致汽輪機、小汽輪機低真空保護、監(jiān)視信號測量失準，造成汽輪機、小汽輪機停機過程真空保護開關(guān)動作異常。

1.4 取樣裝置可靠性分析

查閱機組歷次檢修記錄，多次發(fā)現(xiàn)機組低真空取樣裝置在低壓缸內(nèi)斷裂，如圖2 所示。

針對汽輪機低真空取樣裝置損壞事件，分析原因如下：

1）汽輪機低壓缸內(nèi)汽輪機低真空取樣裝置未設(shè)計支撐，導(dǎo)致機組正常運行及啟停時，低真空主保護測點取樣裝置晃動較大，取樣裝置焊口最終斷裂，導(dǎo)致測點測量失真。

2）低真空保護取樣裝置取樣管徑小、壁厚薄，導(dǎo)致取樣裝置斷裂。

2 汽輪機排汽裝置低真空測點取樣可靠性改進

2.1 取樣管路獨立性改進

依據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中9.4.3 要求，“所有重要的主、輔機保護都應(yīng)采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護信號應(yīng)遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統(tǒng)原因測點數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護誤動措施”[4]。需重新在汽輪機低壓缸開孔，實現(xiàn)汽輪機低真空主保護信號獨立性取樣，取消低真空試驗?zāi)K或在汽輪機低真空取樣管路獨立取樣后的低真空管路上設(shè)置獨立的低真空試驗?zāi)K，確保汽輪機低真空主保護信號取樣可靠。

圖3 改進后的汽輪機低真空取樣裝置Fig.3 Improved steam turbine low vacuum sampling device

2.2 取樣管路敷設(shè)改進

針對汽輪機低真空取樣管及管路敷設(shè)、安裝不可靠，導(dǎo)致機組發(fā)生的典型事件，制定如下優(yōu)化建議：

1）汽輪機低真空作為機組重要的壓力保護、自動信號，取樣管路直徑應(yīng)大于20mm，以防止取樣管管徑小導(dǎo)致水、雜質(zhì)積存，影響機組汽輪機低真空保護、自動信號測量。

2）汽輪機低真空管路敷設(shè)路線應(yīng)盡可能短，大于3m小于50m，防止取樣管路敷設(shè)太長導(dǎo)致管路變形、壓力信號傳輸受損，影響機組汽輪機低真空保護、自動信號測量。

3）汽輪機低真空管路敷設(shè)時，坡度應(yīng)一直保持傾斜向上，與低壓缸夾角小于90°（建議夾角為45°～80°），壓力開關(guān)置于取樣點的上方，距離不宜遠離汽輪機[5]。

經(jīng)改進，汽輪機低真空取樣管路敷設(shè)路線、坡度、管徑設(shè)計、安裝符合現(xiàn)行相關(guān)標準及技術(shù)規(guī)范，滿足機組實際運行環(huán)境需求。

2.3 測點取樣裝置改進

針對汽輪機低真空主保護取樣裝置無支撐，取樣管徑小、壁厚薄等缺陷，設(shè)計一種汽輪機低真空取樣裝置，使該汽輪機低真空取樣裝置滿足以下要求：

1）加強汽輪機低真空主保護取樣裝置支撐設(shè)計，確保機組正常運行時，汽輪機低壓缸內(nèi)汽輪機低真空主保護取樣裝置不發(fā)生大幅度晃動。

2）加大汽輪機低真空主保護取樣裝置取樣管經(jīng)、壁厚，管經(jīng)設(shè)計30mm ～50mm、壁厚4mm ～5mm，長度600mm，采用四基座焊接，如圖3 所示。

3 改造后的效果

利用機組停備及檢修機會，先后完成“汽輪機低真空取樣管路獨立性改造”“ 取樣管路敷設(shè)路線、坡度、管徑重新設(shè)計、安裝”“汽輪機低真空取樣裝置優(yōu)化”技術(shù)改造，綜合改進完成后，有效提升了機組汽輪機排汽裝置真空測點取樣的可靠性，運行3 年來，汽輪機低真空保護、自動信號測量準確，再無汽輪機低真空相關(guān)異常事件發(fā)生。

4 結(jié)束語

機組運行參數(shù)測量準確，對機組安全、經(jīng)濟運行十分重要，作為火電廠熱控專業(yè)從業(yè)人員，應(yīng)綜合分析熱工信號取樣裝置、傳輸管線及路線、檢測儀表、二次儀表及DCS 系統(tǒng)邏輯設(shè)計、安裝合理性，并進一步結(jié)合機組運行維護數(shù)據(jù)、檢修記錄，充分分析熱工信號攝取、應(yīng)用可靠性，針對存在嚴重影響熱工信號攝取、應(yīng)用可靠性的安全隱患，積極推進、完成熱工信號攝取、應(yīng)用可靠性提升優(yōu)化，確保機組安全、經(jīng)濟運行[3]。