1 000 MW機組汽動給水泵組啟動卡澀分析與預防

馬 記，遲 警

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東 煙臺 261441）

0 引言

作為火力發(fā)電廠的重要輔機，單臺100%BMCR（Boiler Maximum Continuous Rating， 簡稱 BMCR）容量給水泵可滿足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量下的給水流量，且節(jié)能效果明顯，已成為目前國內外新投產機組的一種裝配趨勢。但因不可替代性，其能否安全穩(wěn)定運行將直接影響到整臺機組的穩(wěn)定性。據統(tǒng)計汽動給水泵組啟動期間發(fā)生的故障60%以上都是由于轉動部件卡澀造成的[1]。因此，分析汽動給水泵啟動期間卡澀的原因以及采取的應對措施已成為火力發(fā)電企業(yè)的當務之急。

針對100%BMCR容量汽動給水泵組容量更大、汽輪機間隙更小、汽輪機轉子較長、給水泵動靜間隙更小等特點，本文從盤車系統(tǒng)、給水泵汽輪機以及給水泵和前置泵入手，總結出了一系列防范該類汽動給水泵組在調試以及正常運行期間卡澀的措施，并通過某電廠二期兩臺1 000 MW機組進行了有效驗證。

1 汽動給水泵組卡澀分析

某電廠二期工程100%BMCR汽動給水泵組的裝配形式為前置泵與主泵同軸且共用一臺給水泵汽輪機驅動。該給水泵汽輪機組本體系統(tǒng)如圖1所示。

1.1 盤車系統(tǒng)故障分析

盤車系統(tǒng)主要由電機、聯(lián)軸器、嚙合機構、限位機構等構成[2]。該電廠二期工程汽動給水泵組盤車系統(tǒng)電機功率55 kW，額定電流111 A，汽輪機盤車轉速 100 r／min。

盤車電機是否發(fā)生故障可通過觀察盤車電機是否超流、電流是否波動以及盤車轉速是否穩(wěn)定來判斷，并且當潤滑油量太少或者軸承損壞時都會出現異常的振動和運行噪音[3]。

圖1 給水泵汽輪機組本體系統(tǒng)圖

盤車裝置停運期間安全銷插入，因其氣動管路漏氣、安全銷電磁閥損壞等原因會導致盤車啟動時安全銷無法拔出。

嚙合裝置磁性開關損壞或者位置松動、限位開關位置松動、盤車未自動嚙合燈亮起等問題會造成盤車裝置無法嚙合。

變頻器故障、同時選擇了兩種控制模式、電磁閥手動按鈕沒有復位等原因會造成盤車控制柜故障燈亮起。

盤車供氣壓力值不滿足要求時會造成盤車無動作或者啟動一下就脫開。

1.2 給水泵汽輪機卡澀分析

該電廠100%BMCR容量汽動給水泵組的汽輪機為單缸、反動式2×9壓力級雙流結構，轉子兩支撐軸承距離 4 100 mm，轉子總長 5 100 mm，總重12 t。轉子靜態(tài)撓度最大處0.07 mm。壓力級隔板汽封間隙標準為0.7～3 mm，間隙最小處于端部汽封，其值為0.05 mm。

1.2.1 給水泵汽輪機軸承損壞

汽動給水泵組運行期間應始終保持給水泵汽輪機兩端排汽壓力以及軸封壓力、溫度在正常范圍內，若真空、軸封參數在給水泵汽輪機停運或啟動期間偏離正常值會造成軸承吸入冷氣或者蒸汽外漏等現象發(fā)生，從而產生較大熱應力損壞汽輪機軸承。啟停過程中供汽管道疏水暖管不充分易造成給水泵汽輪機內部發(fā)生水沖擊損壞軸承及葉片。正常運行期間若給水泵汽輪機軸承振動、軸瓦溫度長時間異常也會造成軸承彎曲[4-5]。

1.2.2 汽缸內部動靜發(fā)生碰磨

正常運行時給水泵汽輪機內部死角處易積存雜質，當給水泵汽輪機盤車停運時，由于汽流擾動雜質會進入汽封齒[6]。該電廠給水泵汽輪機隔板汽封采用剛性鑲嵌的汽封齒，無背弧及彈簧片，不具備退讓功能。端部汽封為蜂窩汽封，具備退讓功能，因此當雜質進入隔板汽封齒尖處，投運盤車時可能造成轉子和汽封碰磨卡澀。給水泵汽輪機隔板金屬內部存在殘余應力，機組停運后由熱態(tài)到冷態(tài)的過程中，金屬隔板會發(fā)生一定程度的變形，汽封間隙偏移，可能造成汽封齒與轉子發(fā)生碰磨。排汽缸溫度升高，會使低壓缸軸封熱變形增大，易使汽輪機洼窩中心發(fā)生偏移，導致振動增大或者動靜之間摩擦增大，嚴重時易造成低壓缸軸封損壞。

1.3 給水泵和前置泵卡澀分析

該電廠采用 HPT500－505－5s／33 型給水泵和HZB402－720型前置泵。泵軸卡澀主要與芯包動靜間隙發(fā)生變化、進入泵體水質較差、工藝與施工質量不合格等原因有關[7]。

1.3.1 芯包動靜間隙變小

為了提高汽動給水泵組的運行效率，給水泵芯包動靜間隙一般都設計得較小，間隙變化時容易引起動靜碰磨[8]。超超臨界機組的給水泵動靜間隙較小，其值一般為0.4 mm，雜質顆粒容易卡在這些間隙中。汽動給水泵啟動前需低速盤車暖機，更易造成泵芯間隙堵塞。當給水泵上下筒體溫差較大時會造成筒體膨脹不均，導致芯包動靜間隙大小不一，從而造成泵軸卡澀。

1.3.2 進入泵體水質較差

調試期間由于凝結水系統(tǒng)管路龐大、復雜，清洗后進行管路改接可能會留有死角或是殘渣，造成水質較差。盤車轉速較低使得泵內的通流量很小不能帶走泵內雜質，雜質隨著泵內給水的低速流通進入到芯包的動靜結合處，從而造成泵軸卡澀。

2 預防汽動給水泵組卡澀的措施

2.1 防止盤車系統(tǒng)故障措施

盤車電機一般采用半自動、全自動的方式啟動。啟動后觀察轉速正常，啟動電流及時返回，若電流長時間超流不返回正常值或者是振動、噪音較大，應及時緊急停運盤車電機，防止電機損壞。

為防止盤車電機啟動期間發(fā)生故障，啟動前應檢查盤車裝置安全銷的氣動管路無漏氣、安全銷電磁閥無損壞，防止盤車啟動時安全銷無法拔出；檢查嚙合裝置磁性開關無損壞或者松動，若盤車未自動嚙合燈亮起可按下盤車控制柜上的急停按鈕復位程序，再次嚙合；檢查啟動模式選擇為半自動或全自動，不可同時選擇兩種控制模式；檢查盤車供氣壓力在0.4～0.5 MPa，防止盤車無法啟動或者啟動一下就脫開。

2.2 防止給水泵汽輪機卡澀措施

根據該電廠二期兩臺機組調試期間的經驗總結出防止給水泵汽輪機卡澀的措施，并在后續(xù)多次機組啟停以及正常運行期間進行實施，杜絕了給水泵汽輪機的卡澀情況，預防效果顯著。

2.2.1 防止給水泵汽輪機軸承損壞的措施

給水泵汽輪機運行中軸封溫度控制在240～350℃，停運投盤車時缸內溫度下降，應相對降低軸封母管溫度以保證軸封溫度與軸承、缸體的溫度相匹配，減少軸承各部金屬熱應力。

做好給水泵汽輪機軸封以及真空系統(tǒng)停運過程中冷空氣進入缸內的應對措施，停運軸封后盤車應持續(xù)運行3～4 h，以免造成金屬軸承或者葉片應力變形。100%BMCR給水泵汽輪機轉子相對較長，轉子撓度較大，停盤車后每周應將轉子轉動180°以達到軸承上下受熱均勻的效果。

2.2.2 防止汽缸內部動靜發(fā)生碰磨的措施

泵組停運后應采取連續(xù)盤車直至調節(jié)級后溫度降低至冷態(tài)溫度，以防止調節(jié)級及其他各級葉片應力變化較大產生形變，影響動靜間隙。

機組停運過程中防止給水泵汽輪機后缸噴水壓力過低導致給水泵汽輪機排汽溫度較高，應當控制排汽溫度在報警值以下20～30℃，以防汽輪機洼窩中心發(fā)生偏移，導致軸承振動增大或者動靜之間碰磨。

給水泵汽輪機及供汽管道檢修時，必須做好清潔度控制。

2.3 防止給水泵和前置泵卡澀措施

2.3.1 防止芯包動靜間隙不均

統(tǒng)計顯示，90%的動靜間隙不均造成泵體卡澀的事故都發(fā)生在給水泵啟動或停運過程中，這期間應嚴格控制好相關參數。

給水泵泵體注水前就應保證密封水投運正常，注水時保持除氧器溫度與給水泵筒體溫度一致，手動微開汽動泵前置泵入口電動門注水，加強給水泵上下筒體溫差的監(jiān)視，溫差應始終控制在8℃以內。放氣門見連續(xù)水流后才可投入電動盤車，嚴禁手動低速盤車。盡量縮短軸封投入到給水泵汽輪機沖轉的時間，從而控制給水泵汽輪機轉子在軸封處的熱彎程度，以改善沖轉時軸系振動情況，盤車時間應不小于2 h。沖轉后盡快將轉速升至低速暖機轉速，暖機時間不低于30 min，待各個軸承振動穩(wěn)定后直接提速越過共振區(qū)至高速暖機轉速。在給水泵進行暖機時方可逐步投入除氧器加熱至鍋爐上水溫度，保持除氧器溫升率不高于1.5℃／min，給水泵上下筒體溫升率不高于0.5℃／min，以減少筒體金屬應力。

汽動給水泵停運后，需要將其隔離放水進行保養(yǎng)。為了防止放水后軸封余熱加熱筒體，汽動泵上下筒體溫降率不大于0.5℃／min，筒體溫度降低到低于冷態(tài)溫度10℃以上才允許汽動泵消壓放水。為防止芯包以及上下筒體冷卻不均，嚴禁上下筒體溫度在熱應力變化較大的溫度范圍（60～120℃）之間放水。

2.3.2 把控進入泵體水質

調試初期凝結水管路、給水管路應嚴格進行堿洗、鈍化，確保消除管路在制造、運輸、安裝過程中產生的油污、焊渣、氧化皮和腐蝕產物，并在金屬表面形成良好的保護膜。機組啟動前應對凝結水系統(tǒng)進行全面的水沖洗，當除氧器入口水中鐵離子Fe＋＜500 μg／L 時進行凝結水循環(huán)沖洗，凝結水精處理裝置投運； 當除氧器出口水中 Fe＋＜200 μg／L時打開汽動泵前置泵入口門向前置泵及汽動泵注水，通過給水泵本體、出口管道、中間抽頭疏水等位置放水，以沖洗汽動泵。泵組運行過程中應監(jiān)視好汽動泵前置泵、汽動泵入口濾網差壓以及各個軸承振動，實時監(jiān)控濾網的清潔程度，濾網差壓過大應立即打閘以免設備損壞。

3 結語

防止超超臨界機組汽動給水泵組泵軸抱死的關鍵是防止給水泵汽輪機軸承損壞、動靜碰磨以及給水泵芯包動靜間隙不均等現象發(fā)生，并應該嚴格把控調試期間凝結水、給水系統(tǒng)的水質。本文分析了汽動給水泵組卡澀的原因，針對某電廠1 000 MW二次再熱機組制定了相應的防止汽動給水泵組泵軸卡澀的措施，實現了給水泵組在調試及正常運行期間未出現異常的目標，保證了兩臺機組順利投產，為后續(xù)其他單位100%BMCR容量給水泵組的調試、安全穩(wěn)定運行提供了經驗。