停機(jī)狀態(tài)下汽輪機(jī)汽缸進(jìn)水問題分析及應(yīng)對(duì)措施

吳 桐

（中節(jié)能（齊齊哈爾）環(huán)保能源有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161031）

目前國(guó)內(nèi)發(fā)電廠安裝使用的汽輪發(fā)電機(jī)組主要分為國(guó)產(chǎn)機(jī)組和進(jìn)口機(jī)組2大類，國(guó)內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電公司因受城市區(qū)域內(nèi)人口規(guī)模和燃料熱值等方面因素影響，故設(shè)計(jì)建造的發(fā)電機(jī)組規(guī)模偏小，普遍使用國(guó)產(chǎn)機(jī)組，主要是由南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、青島捷能汽輪機(jī)集團(tuán)股份有限公司和北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司等生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組，本文適用于保證某汽輪電機(jī)集團(tuán)公司生產(chǎn)的N15-3.8-9型15 MW冷凝式汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行管理，作為參考借鑒。

1 某公司汽輪機(jī)抽汽形式

該型汽輪機(jī)具有三級(jí)非調(diào)整抽汽。其中一級(jí)抽汽用于供給蒸汽-空氣預(yù)熱器（每臺(tái)爐用汽量5 t/h，2臺(tái)爐共計(jì)10 t/h，蒸汽壓力約為1.21 MPa，溫度約為280℃）、暖風(fēng)加熱器（冬季使用，每臺(tái)爐用汽量5 t/h，2臺(tái)爐共計(jì)10 t/h）和垃圾濕解系統(tǒng)（濕解平均用汽消耗為5 t/h，蒸汽參數(shù)：壓力約為0.8 MPa，溫度約為180℃）。二級(jí)非調(diào)整抽汽供給除氧器（用汽量約5 t/h；除氧器工作參數(shù)：壓力約0.27 MPa，溫度約為130℃）、全廠采暖系統(tǒng)（冬季使用。本項(xiàng)目采暖季平均熱負(fù)荷為9 356 kW，折合汽機(jī)抽汽為10～15 t/h。）及廠內(nèi)部分其他用汽。三級(jí)非調(diào)整抽汽供給低壓加熱器（常規(guī)用汽量為3～5 t/h），不設(shè)高壓加熱器。

2 案例詳情

某垃圾焚燒發(fā)電公司因外供電網(wǎng)原因?qū)е聫S內(nèi)35 kV配電間B相高壓熔斷器燒損，汽輪發(fā)電機(jī)組緊急停機(jī)，停機(jī)后廠內(nèi)運(yùn)行人員按照運(yùn)行規(guī)程檢查操作后，緊急啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組作為廠內(nèi)保安電源，繼續(xù)維持停機(jī)過程中必要設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，其中可保證汽機(jī)專業(yè)除鹽水泵、鍋爐給水泵、汽輪機(jī)電動(dòng)盤車和部分電動(dòng)閥門等設(shè)備的正常供電。保安電源的供給確保除鹽水泵可以源源不斷地向除氧器補(bǔ)水，保證除氧器的正常水位；還可以繼續(xù)維持鍋爐給水泵的運(yùn)行，將除氧器內(nèi)的凝結(jié)水（除鹽水）通過低壓給水管道和高壓給水管道向鍋爐汽包供水，確保鍋爐在停機(jī)過程中安全穩(wěn)定運(yùn)行，直至機(jī)組平穩(wěn)停運(yùn)；有了保安電源的供給汽輪機(jī)電動(dòng)盤車則可以在汽輪機(jī)主打閘后（主汽閥、調(diào)速汽閥關(guān)閉后）轉(zhuǎn)子惰走至完全停轉(zhuǎn)后立即投入，并連續(xù)盤車直至轉(zhuǎn)子冷卻。在連續(xù)盤車階段，汽輪發(fā)電機(jī)組軸承必須連續(xù)供油，這時(shí)主油箱上的直流潤(rùn)滑油泵則由UPS不間斷電源持續(xù)供電，從而確保汽輪發(fā)電機(jī)組安全平穩(wěn)地度過停運(yùn)階段。

2.1 緊急停機(jī)過程中出現(xiàn)的問題

（1）主蒸汽管道超壓，導(dǎo)致鍋爐安全閥動(dòng)作。

（2）汽輪機(jī)汽缸下壁缸溫度驟降，上下缸溫差急劇增大。

（3）汽輪機(jī)汽缸下壁缸溫度驟降后，汽輪機(jī)電動(dòng)盤車電機(jī)跳閘。

2.2 案列詳細(xì)經(jīng)過

18點(diǎn)45分值長(zhǎng)接運(yùn)行人員A匯報(bào)，35 kV母線報(bào)警，聯(lián)系技術(shù)部值班負(fù)責(zé)人到電子間進(jìn)行檢查。NCS盤面顯示A、C兩相相電壓22 kV，B相電壓18 kV，故障錄波屏顯示外網(wǎng)B項(xiàng)故障，初步判斷B電源接地或PT保險(xiǎn)斷路。

18點(diǎn)50分左右技術(shù)部值班負(fù)責(zé)人與當(dāng)班值長(zhǎng)及運(yùn)行人員到35 kV配電室進(jìn)行檢查。350隔離開關(guān)二次儀表顯示三相電壓平衡、準(zhǔn)備對(duì)PT柜二次線路進(jìn)行檢查。

18點(diǎn)54分技術(shù)部值班負(fù)責(zé)人察覺主變運(yùn)行聲音消失、二次儀表顯示三相電壓歸零，于是立即與運(yùn)行人員回到中控室。機(jī)組因外網(wǎng)故障帶14.5 MW甩負(fù)荷跳機(jī)，汽機(jī)最高轉(zhuǎn)速升高至3 130 r/min，值長(zhǎng)調(diào)派運(yùn)行人員進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)急操作、各部門專業(yè)人員協(xié)助處理。

18點(diǎn)55分值長(zhǎng)安排運(yùn)行人員H開啟汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)手動(dòng)閥。1號(hào)爐過熱器集汽集箱壓力升至4.08 MPa，安全閥尚未自動(dòng)開啟排汽。值長(zhǎng)又安排運(yùn)行人員B、運(yùn)行人員C趕往故障地點(diǎn)就地手動(dòng)開啟1號(hào)爐生火排汽電動(dòng)閥泄壓（該系統(tǒng)電動(dòng)閥門不在保安供電范圍），因過熱器集汽集箱壓力偏高，但還需考慮保水方面原因，同時(shí)還安排開啟1、2號(hào)爐過熱器有壓疏水手動(dòng)閥。

18點(diǎn)56分值長(zhǎng)安排到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員E執(zhí)行啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)的相關(guān)操作。

18點(diǎn)59分值長(zhǎng)安排到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員F斷開主變高壓側(cè)開關(guān)351（已得到調(diào)度允許）。

19點(diǎn)05分1號(hào)爐生火排汽電動(dòng)閥和1、2號(hào)爐過熱器有壓疏水手動(dòng)閥被打開，但1號(hào)爐過熱器集汽集箱安全閥已動(dòng)作自動(dòng)開啟，開啟壓力4.27 MPa。鍋爐已經(jīng)開始泄壓。

19點(diǎn)09分柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)恢復(fù)保安段電源。安排運(yùn)行人員F負(fù)責(zé)汽機(jī)事宜，開啟汽機(jī)間3.5 m層主蒸汽管道電動(dòng)閘閥前后的手動(dòng)疏水閥，控制汽輪機(jī)自動(dòng)主汽閥前的主蒸汽管道壓力；運(yùn)行人員A負(fù)責(zé)鍋爐事宜；運(yùn)行人員G協(xié)助，并監(jiān)督電氣事宜。

19點(diǎn)15分1號(hào)爐過熱器集汽集箱壓力降至3.58 MPa。值長(zhǎng)考慮到鍋爐運(yùn)行安全需要保水，故安排運(yùn)行人員B、運(yùn)行人員C就地關(guān)閉1號(hào)爐生火排汽電動(dòng)閥，1、2號(hào)爐過熱器有壓疏水手動(dòng)閥保持開啟狀態(tài)，控制鍋爐壓力。此時(shí)1號(hào)爐過熱器集汽集箱壓力為3.54MPa，2號(hào)爐過熱器集汽集箱壓力3.53 MPa。

19點(diǎn)31分機(jī)組轉(zhuǎn)速到零，安排人員投入電動(dòng)盤車，關(guān)閉汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)手動(dòng)閥，進(jìn)行悶缸。

19點(diǎn)32分啟動(dòng)1號(hào)給水泵向鍋爐省煤器補(bǔ)水。安排運(yùn)行人員B關(guān)閉1號(hào)爐并爐閥與系統(tǒng)解列。此時(shí)除氧器液位342 mm。

19點(diǎn)37分運(yùn)行人員F匯報(bào)汽輪機(jī)下汽缸溫度下降過快，下汽缸溫度301℃，上汽缸溫度321℃。安排運(yùn)行人員H開啟汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)手動(dòng)閥。同時(shí)發(fā)現(xiàn)1號(hào)爐過熱器集汽集箱壓力快速上升，并聯(lián)系運(yùn)行人員B手動(dòng)緊急開啟1號(hào)爐生火排汽電動(dòng)閥，隨后1號(hào)爐過熱器集汽集箱壓力上升至4.19 MPa。

19點(diǎn)41分盤車跳閘，安排人員就地檢查盤車電機(jī)，并嘗試性進(jìn)行手動(dòng)盤車。1號(hào)爐過熱器集汽集箱安全閥再次動(dòng)作自動(dòng)開啟，開啟壓力4.27 MPa。隨后1號(hào)爐過熱器集汽集箱安全閥自動(dòng)關(guān)閉，關(guān)閉壓力3.85 MPa。

19點(diǎn)52分汽輪機(jī)上汽缸溫度321℃，下汽缸溫度下降到227℃后開始回升，熱井水位1 049 mm，超液位計(jì)量程，懷疑凝汽器滿水，值長(zhǎng)安排運(yùn)行人員E開啟熱井手動(dòng)放水閥。

20點(diǎn)02分熱井水位下降到可見水位950 mm。

20點(diǎn)22分汽輪機(jī)上汽缸溫度318℃，下汽缸溫度正?；厣?33℃，關(guān)閉汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)手動(dòng)閥。

20點(diǎn)32分一號(hào)除鹽水泵切換電源故障處理完成，向除氧器補(bǔ)水，除氧器液位-368 mm。

20點(diǎn)46分外網(wǎng)送電，但35 kV母線B相電壓為14 kV還是過低，A、C兩相21 kV，聯(lián)系調(diào)度詢問情況。

20點(diǎn)56分調(diào)度回復(fù)外線正常。通知技術(shù)部值班負(fù)責(zé)人進(jìn)行廠內(nèi)檢查。

21點(diǎn)02分發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)上汽缸溫度313℃，下汽缸溫度187℃，再次不正常下降。并發(fā)現(xiàn)1段抽汽管道溫度明顯下降，懷疑1段抽汽管道進(jìn)水。

21點(diǎn)03分值長(zhǎng)再次安排人員開啟汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)手動(dòng)閥，關(guān)閉各段抽汽電動(dòng)閥，打開1段抽汽逆止閥后無壓疏水手動(dòng)閥，并關(guān)閉1、2號(hào)爐過熱器有壓疏水手動(dòng)閥。

21點(diǎn)12分熱井液位982 mm，再次過高，安排人員間斷開啟熱井放水手動(dòng)閥，控制熱井液位。手動(dòng)緊固一段抽汽電動(dòng)閥。

21點(diǎn)25分汽輪機(jī)上汽缸溫度307℃，下汽缸溫度189.3℃，開始回升。

22點(diǎn)00分廠用電恢復(fù)。

01點(diǎn)40分汽輪機(jī)上汽缸溫度266℃，下汽缸溫度206℃，熱井液位正常，關(guān)閉汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)手動(dòng)閥，期間連續(xù)間斷開啟熱井放水手動(dòng)閥，控制熱井液位，手動(dòng)嘗試小幅度盤車，轉(zhuǎn)子盤動(dòng)正常即停止盤動(dòng)。

03點(diǎn)30分汽輪機(jī)上汽缸溫度258℃，下汽缸溫度209℃，熱井液位正常，啟動(dòng)電動(dòng)盤車，運(yùn)行正常。

3 案例分析

3.1 鍋爐超壓，導(dǎo)致過熱器集汽集箱安全閥自動(dòng)開啟

在上述緊急停機(jī)狀態(tài)下，廠用電中斷，全廠帶電設(shè)備、閥門全部斷電停運(yùn)，作為保安段電源的柴油發(fā)電機(jī)按規(guī)程啟動(dòng)。但該廠鍋爐的生火排汽電動(dòng)閥均未納入保安電源供電范圍，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方立即打開生火排汽閥進(jìn)行排汽降壓，運(yùn)行人員迅速派人趕往鍋爐36 m平臺(tái)手動(dòng)打開，同時(shí)打開過熱器疏水閥門和汽機(jī)間主蒸汽管道疏水閥門對(duì)主蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行降壓，但仍因反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致在汽輪機(jī)打閘、主汽閥關(guān)閉后，主蒸汽管道壓力逐漸升高，直至超壓、安全閥動(dòng)作，系統(tǒng)壓力才逐漸下降,直至穩(wěn)定。

3.2 汽輪機(jī)汽缸下缸溫度驟降，上下缸溫差急劇增大

在上述緊急停機(jī)狀態(tài)下，汽輪機(jī)打閘、主汽閥關(guān)閉和調(diào)速汽閥關(guān)閉，1抽、2抽、3抽逆止閥自動(dòng)關(guān)閉，汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)入停機(jī)惰走階段，待轉(zhuǎn)子惰走至停轉(zhuǎn)后立即投入電動(dòng)盤車。原計(jì)劃進(jìn)行悶缸處理，關(guān)嚴(yán)進(jìn)入汽輪機(jī)的各路汽源閥門，保持汽缸熱態(tài)狀態(tài)以待再次啟動(dòng)；但是沒過多久主控室盤上顯示汽輪機(jī)下汽缸壁溫逐漸下降，而且速度較快。且反復(fù)出現(xiàn)2次之后才分析出，1段抽汽管道溫度下降明顯，確定汽缸存在經(jīng)1段抽汽管道進(jìn)水的情況，于是取消悶缸操作，迅速開啟汽缸本體疏水系統(tǒng)手動(dòng)閥門向凝汽器疏水，同時(shí)開啟熱井排水防止凝汽器水位過高進(jìn)入汽缸；開啟1段抽汽逆止閥后無壓疏水，向汽機(jī)間地溝進(jìn)行緊急排水，在此一系列操作之后汽缸下壁溫仍有下降趨勢(shì)。經(jīng)對(duì)汽輪機(jī)1段抽汽系統(tǒng)進(jìn)行檢查和分析，懷疑1段抽汽管道系統(tǒng)的水來源于有壓疏水系統(tǒng)（疏水閥門內(nèi)漏或未關(guān)嚴(yán)）且抽汽逆止閥關(guān)閉不嚴(yán)密：1段抽汽管道有壓疏水接至汽機(jī)間有壓疏水母管后排至汽機(jī)間0 m疏水箱集管，而疏水?dāng)U容器疏水母管也同時(shí)接至疏水箱集管（如圖1所示）。

而之前運(yùn)行人員大量開啟過熱器疏水閥門和汽機(jī)間主蒸汽管道疏水閥門對(duì)主蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行降壓，導(dǎo)致疏水箱集管滿水帶壓，返水至有壓疏水母管內(nèi)，1段抽汽逆止閥后的有壓疏水管道未設(shè)計(jì)疏水閥，每一路有壓疏水管上只是設(shè)計(jì)了2臺(tái)手動(dòng)截止閥，而該截止閥存在內(nèi)漏或未關(guān)閉嚴(yán)密的問題，從而大量的過熱器、主汽疏水進(jìn)入1段抽汽管道系統(tǒng)內(nèi)，倒入汽缸。于是運(yùn)行人員迅速關(guān)閉過熱器疏水閥門和汽機(jī)間主蒸汽管道疏水閥門（此時(shí)鍋爐安全閥已動(dòng)作泄壓，主蒸汽管道壓力下降恢復(fù)平穩(wěn)），經(jīng)過汽輪機(jī)本體疏水系統(tǒng)和1段抽汽無壓疏水至地溝系統(tǒng)迅速排水后，上下汽缸壁溫逐漸回升。事后經(jīng)咨詢汽輪機(jī)廠家，該機(jī)組配備的抽汽逆止閥在停機(jī)時(shí)會(huì)斷油迅速關(guān)閉，從設(shè)計(jì)上該類型逆止閥只需確保蒸汽不會(huì)大量倒流至汽缸內(nèi)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，但是對(duì)介質(zhì)的完全阻斷效果不會(huì)很嚴(yán)密，會(huì)有少量蒸汽倒回汽缸（正常情況下也不會(huì)有水倒入抽汽系統(tǒng)管道，故阻水效果較差）。

另外還有一個(gè)間接原因就是除鹽水泵雖被納入保安電源范圍內(nèi)，卻在切換電源時(shí)出現(xiàn)故障，檢修人員到達(dá)就地處理之后，方才成功送電，并啟動(dòng)除鹽水泵向除氧器正常補(bǔ)水。延長(zhǎng)了鍋爐通過過熱器有壓疏水控制鍋爐壓力的時(shí)間，如果除鹽水量充足，則使鍋爐停爐期間的安全運(yùn)行得到保障，增加生火排汽電動(dòng)閥排汽降壓時(shí)長(zhǎng)，減少通過過熱器有壓疏水降壓的時(shí)長(zhǎng)。

3.3 下缸溫度驟降后，汽輪機(jī)電動(dòng)盤車電機(jī)跳閘

此問題比較好分析，下汽進(jìn)水后下缸壁溫下降導(dǎo)致下汽缸及內(nèi)部套收縮，隔板汽封和圍帶汽封間隙縮?。欢D(zhuǎn)子溫度變化較汽缸溫度變化而言相對(duì)較小，收縮變化也較小，導(dǎo)致汽輪機(jī)動(dòng)靜部件之間相互接觸摩擦，甚至抱死（經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)少量手動(dòng)盤車測(cè)試后，確定上述問題后停止盤車），最終導(dǎo)致盤車電機(jī)超電流保護(hù)后電機(jī)跳閘。直至汽缸上下壁溫差值縮小至50℃以下后，電動(dòng)盤車重新投入。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及技改措施

（1）該廠針對(duì)本次主蒸汽管道超壓，導(dǎo)致鍋爐安全閥動(dòng)作的問題，將鍋爐生火排汽電動(dòng)閥納入保安段電源，并做好日常維護(hù)、保養(yǎng)及試驗(yàn)等工作，很好地解決了緊急停機(jī)時(shí)，運(yùn)行人員無法第一時(shí)間打開鍋爐生火排汽電動(dòng)閥對(duì)主蒸汽管道壓力進(jìn)行控制的問題；另外重新對(duì)鍋爐安全閥重新整定值4.16 MPa，并嚴(yán)格執(zhí)行特種設(shè)備定期報(bào)檢流程。

（2）該廠還針對(duì)汽輪機(jī)1段抽汽管道進(jìn)水倒至汽缸，使汽缸下缸溫度驟降，上下缸溫差急劇增大的問題進(jìn)行了以下整改和技改措施：

解決上述主汽管道超壓?jiǎn)栴}后，會(huì)大大降低緊急停機(jī)疏水過程中出現(xiàn)疏水系統(tǒng)飽和超壓倒灌的幾率；

認(rèn)真排查各汽水系統(tǒng)閥門的內(nèi)漏情況，并對(duì)其進(jìn)行檢修治理；對(duì)存在汽缸進(jìn)水隱患的有壓疏水系統(tǒng)管道，加裝了性能可靠，具有止回功能的自動(dòng)疏水閥；

廠內(nèi)增加了閥門水壓試驗(yàn)設(shè)備，定期或檢修期間對(duì)重點(diǎn)部位閥門進(jìn)行水壓試驗(yàn)，不合格的閥門由專業(yè)檢修人員對(duì)其進(jìn)行研磨處理直至合格，對(duì)內(nèi)漏嚴(yán)重的重點(diǎn)部位閥門及時(shí)進(jìn)行了更換，增加閥門備品庫存數(shù)量，并做好相關(guān)臺(tái)賬管理，以此加強(qiáng)疏水閥門內(nèi)漏的全面治理；

運(yùn)行人員綜合素質(zhì)較差，對(duì)疏水系統(tǒng)不熟悉，發(fā)現(xiàn)問題后不能第一時(shí)間判斷問題根源所在，造成處理問題時(shí)間較長(zhǎng)，并出現(xiàn)反復(fù)。對(duì)廠內(nèi)運(yùn)行人員加強(qiáng)了系統(tǒng)培訓(xùn)，要求各崗位人員熟練掌握廠內(nèi)各系統(tǒng)流程圖，熟練掌握各種情況下啟、停機(jī)操作流程，加強(qiáng)了廠內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域的日常巡檢頻次和巡檢質(zhì)量，確保各應(yīng)關(guān)閥門處于嚴(yán)密關(guān)閉狀態(tài)。制定了系統(tǒng)性的應(yīng)急演練方案，加強(qiáng)了處理應(yīng)急演練頻率，讓員工熟能生巧，在問題發(fā)生時(shí)思路清晰，能夠第一時(shí)間做出正確的處置措施，將危害和損失降至最低。

（3）上述問題的良好預(yù)防控制，能夠有效防止因汽缸進(jìn)水導(dǎo)致的下缸溫度驟降后，汽輪機(jī)電動(dòng)盤車電機(jī)跳閘的問題。