槽式光熱電站蒸汽發(fā)生器汽包安全閥振顫原因分析及解決辦法

張慶林 王辰武

摘 要：蒸汽發(fā)生器是槽式光熱電站項(xiàng)目主要設(shè)備之一，務(wù)必要保證其安全穩(wěn)定的運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生超壓時(shí)，安全閥不但要起到泄壓保護(hù)的作用，還要避免安全閥起跳顫振，以免損壞安全閥閥體，影響機(jī)組運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：槽式光熱電站;蒸汽發(fā)生器;安全閥;顫振;阻力降;整定壓力

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0135-02

0 引言

某槽式光熱電站項(xiàng)目設(shè)有東、西兩列蒸汽發(fā)生器，運(yùn)行超壓時(shí)，兩列蒸汽發(fā)生器汽包上的安全閥均先于過熱器出口安全閥起跳，并反復(fù)抬起后瞬間回座——即顫振。顫振致使汽包上最小整定壓力安全閥的閥座、閥芯出現(xiàn)不同程度損傷，其中西側(cè)蒸汽發(fā)生器汽包上安全閥閥座損傷嚴(yán)重，已無法修復(fù)，需報(bào)廢更換。安全閥損傷情況見圖1。

由于修復(fù)或更換受損安全閥工期的原因，造成機(jī)組停運(yùn)32天，少發(fā)電約80000MWh，影響電站全年發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益。

1 問題分析及解決辦法

蒸汽發(fā)生器超壓運(yùn)行時(shí)，安全閥存在兩個問題，一是汽包上安全閥先起跳;二是安全閥起跳時(shí)頻繁顫振。下面針對這兩個問題進(jìn)行一一分析：

1.1 汽包安全閥先起跳原因分析及解決辦法

為防止過熱器干燒、過熱，蒸汽發(fā)生器運(yùn)行超壓時(shí)，應(yīng)先開啟過熱器出口安全閥，以保證有足夠多的蒸汽冷卻過熱器。超壓時(shí)，如果汽包上安全閥起跳泄壓，大量蒸汽通過安全閥排至大氣，流經(jīng)過熱器的蒸汽流量會驟減。由于過熱器沒有足夠蒸汽冷卻，并且此時(shí)流經(jīng)蒸汽發(fā)生器導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)存在滯后性，因此過熱器有過熱的危險(xiǎn)，影響其安全和使用壽命。

蒸汽發(fā)生器由蒸發(fā)器（和汽包一體）、過熱器、省煤器和再熱器組成。汽包和過熱器的設(shè)計(jì)壓力均為121bar（g），汽包上設(shè)有3支安全閥，整定壓力分別為119bar（g）、120bar（g）121bar（g）;過熱器的出口設(shè)有1支安全閥，整定壓力為：119bar（g）。上述安全閥的整定壓力值由蒸汽發(fā)生器廠家提供。過熱器出口安全閥和汽包上安全閥最小整定壓力一樣，不合理，是超壓時(shí)汽包安全閥先起跳的原因。運(yùn)行超壓時(shí)，因?yàn)槠隹谥吝^熱器出口間存在阻力降，汽包上安全閥達(dá)到整定壓力起跳時(shí)過熱器出口壓力尚未達(dá)到整定壓力，所以汽包上的安全閥會先起跳。如想避免汽包安全閥先起跳，過熱器出口安全閥整定壓力應(yīng)小于汽包上3支安全閥最小整定壓力減去汽包出口至過熱器出口間的阻力降，并考慮一定的富余系數(shù)。其計(jì)算公式如下：

PHP SET=PDRUP SET-PDRUP SET TOL-ΔP

—— PHP SET：過熱器出口安全閥整定壓力，bar（g）;

—— PDRUP SET：汽包安全閥最低整定壓力，bar（g）;

—— PDRUP SET TOL：汽包安全閥最低整定壓力偏差值，根據(jù)ASME第一部分 PG-72.2條，此值取119×1%=1.19bar;

—— ΔP：汽包出口至過熱器安全閥間的阻力降，為了防止汽包上安全閥先起跳，此阻力降取5%或0.5bar的裕量，取0.5bar。

圖2是2018年3月4日實(shí)際運(yùn)行時(shí)汽包和過熱器出口壓力曲線，曲線的縱坐標(biāo)為運(yùn)行時(shí)的壓力值，單位為bar（g），橫坐標(biāo)為對應(yīng)的時(shí)間。上面曲線為汽包各時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的壓力;下面的曲線為過熱器出口靠近安全閥處各時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的壓力。

通過圖2可知：汽包和過熱器出口間的壓力差值，即阻力降維持在3～3.8bar之間，代入數(shù)據(jù)后過熱器出口安全閥整定值計(jì)算如下：

PHP SET=PDRUP SET-PDRUP SET TOL-ΔP

=119-1%×119-3.8-0.5

=113.51bar（g）

根據(jù)分析，按上述計(jì)算結(jié)果調(diào)整過熱器出口安全閥的整定值為113.5bar（g）即可解決運(yùn)行超壓時(shí)汽包安全閥先起跳的問題。

1.2 汽包安全閥起跳顫振原因分析及解決辦法

安全閥起跳時(shí)顫振主要有以下三個原因：（1）安全閥的排放能力小;（2）安全閥自身原因。在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中最小回座壓力差小于ASME第一部分中的PG-72.1條規(guī)定：安全閥的設(shè)計(jì)和建造應(yīng)使其在運(yùn)行中不會發(fā)生顫振，最小回座壓力差應(yīng)為2psi（15kPa）或2%整定壓力兩者中較大值;（3）安全閥進(jìn)口管道阻力降大于安全閥最小回座壓力差。

下文將針對以上三個原因進(jìn)行逐一分析，并找出解決辦法。

1.2.1 安全閥排放能力核實(shí)

每列蒸汽發(fā)生器汽包上3支安全閥的總排量為448.2t/h、過熱器出口1支安全閥的排放量為66.4t/h，4支安全閥的總排放量為：514.6t/h，大于蒸汽發(fā)生器最大設(shè)計(jì)蒸發(fā)量406.8t/h，符合ASME 第一部分中PG67.2.1條的規(guī)定：所有形式鍋爐上的泄壓閥所需要最小排放量不應(yīng)小于制造廠規(guī)定的在鍋爐最大允許工作壓力時(shí)的最大設(shè)計(jì)蒸發(fā)量。說明安全閥的排放能力滿足要求，不是安全閥起跳顫振原因。

1.2.2 安全閥最小回座壓力差核實(shí)

蒸汽發(fā)生器上所有安全閥的回座壓力差均取其整定壓力值的4%，汽包上3支安全閥的回座壓差為別為：4.76bar、4.8bar、4.84bar，均大于ASME 第一部分中的PG-72.1條規(guī)定：安全閥的設(shè)計(jì)和建造應(yīng)使其在運(yùn)行中不會發(fā)生顫振，最小回座壓力差應(yīng)為2psi（15kPa）或2%整定壓力兩者中較大值。說明安全閥自身設(shè)計(jì)的回座壓力差滿足要求，不是安全閥起跳顫振原因。

1.2.3 安全閥進(jìn)口管道阻力降核實(shí)

光熱項(xiàng)目蒸汽發(fā)生器廠家只供主體設(shè)備，各個設(shè)備間的連接管道及其安全閥管道由設(shè)計(jì)院完成布置設(shè)計(jì)，圖3為汽包上3支安全閥的位置及管道布置圖。由圖3可知，每支安全閥進(jìn)口管道長約10米，各設(shè)有5個彎頭，不符合ASME第一部分中的PG-71.2條規(guī)定：安全閥應(yīng)單獨(dú)與汽包連接而不得與符何其他管道連接，其位置應(yīng)盡可能靠近汽包或正常的蒸汽流動通道，且無任何不必要的中間管道或管配件。

按圖3將3支安全閥從左向右依次編為1#、2#、3#。由安全閥廠家的資料可知，1#安全閥的排放能力為148t/h、2#安全閥的排放能力為149.4t/h、3#安全閥的排放能力為150.8t/h。安全閥進(jìn)口接口為3”，進(jìn)口管道為：4”（Sch160），壁厚為13.49mm。

1.2.4 汽包安全閥起跳顫振解決辦法

根據(jù)上述原因分析，為保證安全閥進(jìn)口管道的阻力降滿足要求，需要將安全閥的位置靠近汽包，使安全閥進(jìn)口管道簡短，除了必不可少的異徑管之外，盡量不要有任何彎頭等管件。改造后安全閥位置見圖4。

受現(xiàn)有條件的約束，改造時(shí)安全閥出口消音器的位置無法調(diào)整，安全閥出口管道長度加長，并增加3個彎頭。因此，需要核實(shí)改造后安全閥出口管道的阻力降不要大于安全閥的背壓。安全閥廠家給出其背壓值為11.9bar，經(jīng)計(jì)算核實(shí)，改造后背壓實(shí)際值為9.8bar小于安全閥的背壓值，符合安全閥背壓的要求。

2 結(jié)語

蒸汽發(fā)生器是槽式光熱電站項(xiàng)目主要設(shè)備之一，務(wù)必要保證其安全穩(wěn)定的運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生超壓時(shí)，安全閥不但要起到泄壓保護(hù)的作用，還要避免安全閥起跳顫振，以免損壞安全閥閥體。根據(jù)上述的分析論述，在設(shè)計(jì)、調(diào)試過程中，關(guān)于安全閥需注意以下幾點(diǎn)：（1）安全閥選型時(shí)，其排放能力要滿足ASME第一部分中PG67.2.1條的規(guī)定;（2）光熱項(xiàng)目蒸汽發(fā)生器為散件供貨，各主體設(shè)備間，如汽包和過熱器、省煤器和蒸發(fā)器間的管道由設(shè)計(jì)院進(jìn)行管道布置設(shè)計(jì)。因此管道設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉ASME標(biāo)準(zhǔn)及主體設(shè)備、安全閥的相關(guān)知識;（3）安全閥布置時(shí)，進(jìn)、出口管道一定要簡短，安全閥應(yīng)盡量接近汽包或正常的蒸汽流動通道，確保安全閥進(jìn)口管道的阻力降小于其50%回座壓力差;（4）在調(diào)試過程中需根據(jù)汽包和過熱器出口間實(shí)際運(yùn)行阻力降調(diào)整過熱器出口安全閥整定壓力。