660MW機組低壓加熱器異常振動分析與解決方案

摘 要：某電廠#7低壓加熱器自投產(chǎn)以來在運行過程中間歇出現(xiàn)異常振動，鑒于此，對加熱器異常振動原因進行了分析，并提出相應(yīng)的解決方案，以及時消除振動，保證設(shè)備長周期安全運行。

關(guān)鍵詞：低壓加熱器;異常振動;疏水泵

0 ? ?引言

某電廠自投產(chǎn)以來，2臺660 MW機組#7低壓加熱器（以下簡稱“低加”）在疏水泵再循環(huán)電動門開啟時間歇出現(xiàn)異常振動，若不能及時解決加熱器異常振動現(xiàn)象，長時間運行必然會影響設(shè)備的使用壽命和機組的安全性。為保證設(shè)備運行安全，針對加熱器異常振動進行了分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 ? ?系統(tǒng)概況

某電廠采用北重阿爾斯通（北京）電氣裝備有限公司生產(chǎn)的DKY4-4N37C超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、濕冷凝汽式汽輪機，配置#5、#6、#7、#8、#9低加，除#7低加外均設(shè)有內(nèi)置式疏水冷卻段，#5低加疏水進入#6低加，#6低加疏水進入#7低加，#7低加疏水經(jīng)2臺變頻疏水泵進入#6低加進口凝結(jié)水管道，疏水泵再循環(huán)管道接入#7低加汽側(cè)底部[1]，通過增加疏水泵改善機組低負荷運行時低加疏水的可靠性，降低機組運行熱耗。

低加為臥式U型管換熱器，設(shè)置有凝結(jié)段和內(nèi)置式疏水冷卻段，給水流經(jīng)換熱管管內(nèi)，汽輪機抽汽及其疏水流經(jīng)換熱管管外。汽輪機抽汽在低加凝結(jié)段凝結(jié)成飽和水，接著經(jīng)疏水冷卻段進一步冷卻成過冷水，最后經(jīng)疏水出口管流出低加。給水首先進入水室，然后進入管系的疏水冷卻段與管外的疏水進行熱交換，吸收熱量溫度升高，再進入凝結(jié)段與管外的蒸汽進行凝結(jié)傳熱，給水在該段吸收大部分熱量，溫度得到較大提高，這是低加的主要工作段，然后給水離開管系進入水室，最后由給水出口管離開這級低加到上一級低加。

2 ? ?常見問題及分析

該電廠自投產(chǎn)以來，2臺機組#7低加在機組運行過程中的某些負荷段，再循環(huán)管道及低加本體產(chǎn)生振動，其會對加熱器本體及附屬管道、設(shè)備等造成不同程度的危害，威脅機組安全運行。經(jīng)過仔細對比發(fā)現(xiàn)，通常當負荷降至400 MW以下時會產(chǎn)生此種現(xiàn)象。

原因分析如下：

（1）加熱器水位過低。根據(jù)加熱器運行說明書，加熱器水平中心線以下600 mm為加熱器水位零位。若水位太低，會導(dǎo)致加熱器內(nèi)部的U型管暴露于蒸汽中，加熱器換熱效果變差，蒸汽通過疏水冷卻段的折向擋板漏入疏冷段中，導(dǎo)致疏冷段冷卻效果不足，疏水溫度升高，疏水管內(nèi)出現(xiàn)汽蝕振動[2]。按照說明書要求，加熱器水位一般控制在-10 mm左右，且與就地磁翻板液位計偏差不大，在合理范圍內(nèi)。為了驗證水位對加熱器振動的影響，將水位由-10 mm提高至+20 mm，加熱器上端差由6 ℃下降至2 ℃，滿足加熱器說明書中要求的小于5.7 ℃，經(jīng)過一段時間的觀察，加熱器振動并無減小，仍然較明顯。

（2）加熱器內(nèi)部金屬部件松動。由加熱器說明書可知，加熱器的凝結(jié)水、加熱蒸汽、疏水進/出口管伸出加熱器表面至少300 mm，所有加熱器的疏水、蒸汽進口設(shè)有保護管子的不銹鋼緩沖擋板。若因為加工工藝不合格，導(dǎo)致內(nèi)部部件固定不穩(wěn)定[2]，應(yīng)該表現(xiàn)為抽汽壓力越高、疏水壓力越高、疏水量越大時，振動越厲害，而實際是低負荷時表現(xiàn)出加熱器振動和異響，該因素可以排除。

（3）加熱器內(nèi)部存在兩相流。通過就地對比低加各個接口，發(fā)現(xiàn)#7低加再循環(huán)管道從加熱器底部接入，且再循環(huán)管道與上一級疏水直接正對，由于#7低加抽汽口布置在低壓缸，抽汽壓力較低，#7低加的疏水溫度較低，如表1所示。不論是660 MW還是300 MW，不同負荷下抽汽壓力對應(yīng)的飽和溫度僅略高于疏水溫度，溫差都很小，正常情況下，當負荷在400 MW以上時，#7低加疏水量高于疏水泵再循環(huán)聯(lián)鎖開啟值，再循環(huán)閥不會開啟。

當負荷下降至400 MW以下時，#7低加疏水量會達到再循環(huán)聯(lián)鎖開啟值，當?shù)图邮杷迷傺h(huán)管道開啟時，經(jīng)疏水泵升壓后的疏水回到低加殼側(cè)，此時需要克服管道的阻力和疏水高度差，大約7 m高。從現(xiàn)場來看，低加疏水泵再循環(huán)回水至#7低加本體共設(shè)置7個彎頭，進一步增大了疏水阻力，導(dǎo)致壓降和溫降變大，經(jīng)過再循環(huán)管道進入加熱器疏水口部分的疏水變成飽和水，甚至是汽化，在加熱器內(nèi)部產(chǎn)生兩相流，在疏水口附近引起振動，導(dǎo)致加熱器和再循環(huán)管道出現(xiàn)振動。

3 ? ?解決方案

由于系統(tǒng)已經(jīng)成型，各個負荷段對應(yīng)的加熱器內(nèi)部疏水溫度已經(jīng)無法改變，因此改變進入加熱器的疏水成為突破口，從現(xiàn)有的系統(tǒng)來看，減少再循環(huán)管道進入加熱器的疏水量成為關(guān)鍵。

方案1：目前機組低加疏水泵最小流量閥邏輯為低加疏水泵運行且流量低于70 t/h自動開，低加疏水泵運行且流量高于90 t/h自動關(guān)。如圖1所示，運行中當?shù)图邮杷昧髁窟_到70 t/h時（負荷400 MW左右），低加疏水泵出口壓力為0.95 MPa。若最小流量閥全開，如圖2所示，流量會瞬間降低至46 t/h，再逐漸回升至70 t/h左右，壓力為0.93 MPa（流量計裝于母管上，最小流量閥開啟后流量會瞬間降低，隨后變頻自動增加，流量逐漸回升），根據(jù)再循環(huán)開關(guān)前后疏水泵流量的變化，可判斷再循環(huán)的流量大致在24 t/h。同時，由于最小流量閥開啟，水位大幅度波動，最小流量閥在10 min內(nèi)反復(fù)開關(guān)8次。

根據(jù)技術(shù)協(xié)議，經(jīng)查詢疏水泵性能參數(shù)如表2所示，低加疏水泵可在最小流量36 t/h情況下長期運行，且此流量為額定轉(zhuǎn)速下泵的最小流量。在變頻運行時，最小流量可比該值更小。

經(jīng)詢問泵廠家，答復(fù)泵最小運行流量至少為額定流量的20%（36 t/h，不區(qū)分工頻、變頻）。而低加疏水泵說明書中對于啟動（Starting）描述如下：（1）達到正常轉(zhuǎn)速后，略微打開吐出管路閘閥，并檢查所有儀表及填料函工作情況，水泵在出口閘閥關(guān)閉的情況下工作的時間不準太長，一般不超過2 min。（2）達到正常轉(zhuǎn)速后，在設(shè)計有再循環(huán)管路開啟情況下，可以長時間運行。因此，對于最小流量保護也可適當加入延時[3]。

經(jīng)對比同類型機組關(guān)于變頻低加疏水泵設(shè)計參數(shù)，疏水泵最小流量閥開啟條件均在額定流量的20%左右甚至更低，所以降低泵聯(lián)鎖開啟泵流量有較大空間。

經(jīng)核查各個負荷段對應(yīng)的流量，疏水泵出口流量36 t/h大約對應(yīng)220 MW，綜合技術(shù)協(xié)議及廠家要求，更改最小流量閥自動開邏輯為“低加疏水泵運行且低加疏水泵母管出口流量<36 t/h，延時10 s”。

方案2：將再循環(huán)管道出口接至疏水泵入口。如表2所示，泵的必需汽蝕裕量小于等于2 m，由于疏水泵已采取低位布置（汽機房0 m），有一定的汽蝕裕量，將再循環(huán)管道出口接到泵的入口也不會出現(xiàn)泵入口汽蝕現(xiàn)象;而且將再循環(huán)管道出口接至疏水泵入口，還可以大大降低沿程阻力，使低加疏水泵出現(xiàn)汽蝕的可能性進一步降低;還可以避免#7低加疏水返回加熱器，在加熱器內(nèi)部汽化產(chǎn)生兩相流，在疏水口附近引起加熱器和再循環(huán)管道振動。

對比兩種方案，方案1僅僅需要更改低加疏水泵再循環(huán)閥聯(lián)鎖開啟邏輯定值;方案2則需要對低加疏水口及管道進行切割、焊接、打堵板以及后續(xù)的打壓、探傷等工作，工作量較大且復(fù)雜，同時還必須在機組停運時來解決，在這一段機組低負荷運行期間，加熱器振動仍然無法避免。經(jīng)過綜合考慮，方案1更加經(jīng)濟有效。

因此，經(jīng)過探討后按照方案1更改邏輯，目前機組運行過程中幾乎不會開啟再循環(huán)電動門（超低負荷除外，如250 MW及以下），#7低加和再循環(huán)管道再未出現(xiàn)振動。此外，由于再循環(huán)閥沒有開啟，低加疏水泵的電流也較開啟時降低了5 A，在解決機組正常運行時加熱器振動問題的同時帶來了意想不到的經(jīng)濟效益。

4 ? ?結(jié)語

本文針對某電廠660 MW機組#7低加振動現(xiàn)象，就加熱器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、系統(tǒng)工藝等進行了充分分析，找出了加熱器異常振動的原因，在不對系統(tǒng)進行改造的情況下，通過修改再循環(huán)管道電動門邏輯，解決了加熱器振動問題，保證了設(shè)備能長期安全穩(wěn)定運行。

[參考文獻]

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[2] 劉延太，聶保軍.平圩電廠低壓加熱器振動解決方案[J].電力科學(xué)與工程，2010，26（3）：49-53.

[3] 羅偉.低加疏水泵說明書[Z]，2016.

收稿日期：2021-08-13

作者簡介：李陽（1992—），男，湖北當陽人，助理工程師，研究方向：集控運行。