機組啟動過程中高旁管道震蕩分析

華電朔州熱電廠 管海坡

華電朔州熱電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、直接空冷、單軸（采暖抽汽）、雙缸雙排汽式汽輪機。機組采用高、低壓二級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。其中高壓旁路容量為40%BMCR，低旁總?cè)萘繛?0%BMCR+高旁噴水量。旁路容量不僅能滿足機組啟動和甩負荷的要求，還能滿足空冷器冬季啟動及低負荷時的防凍要求。

1 設(shè)備與系統(tǒng)概況

高、低壓旁路系統(tǒng)母管低位處各設(shè)有一路母管疏水管路，在機組啟停過程中用于排除管道內(nèi)積水。高、低壓旁路還各設(shè)一組減溫減壓器，用于控制高低旁閥后溫度。高旁減溫水取自給水泵后出口母管，低旁減溫水取自凝結(jié)水。汽輪機高、中壓缸聯(lián)合啟動時采用該旁路運行方式，當鍋爐點火后，鍋爐主蒸汽壓力達到0.15MPa時開啟高、低旁爐系統(tǒng)，通過調(diào)整高、低壓旁路閥開度，盡快提高主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度以滿足沖轉(zhuǎn)的要求?？刂浦髌麎毫?.92MPa，控制再熱汽壓1.0MPa以內(nèi)。機組并網(wǎng)后逐漸關(guān)閉高、低旁控制調(diào)閥。高旁減溫水調(diào)整門控制高旁后汽溫＜350℃，低旁減溫水調(diào)整門控制低旁后汽溫＜180℃。當機組跳閘停機后，背壓超過55kPa時不準投入低旁運行。

鍋爐為上海鍋爐廠制造的350MW超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，循環(huán)流化床燃燒方式，一次中間再熱、平衡通風、全鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)；過熱器采用兩級噴水調(diào)節(jié)蒸汽溫度（直流負荷后以調(diào)節(jié)煤水比來調(diào)節(jié)溫度）、再熱器采用以煙氣擋板調(diào)節(jié)蒸汽溫度為主，同時設(shè)置微量噴水和事故噴水調(diào)溫為輔的調(diào)溫方式。

2 旁路系統(tǒng)的主要功能

在機組啟動、停運和故障時協(xié)調(diào)機、爐間蒸汽流量的平衡，回收剩余工質(zhì)，減少排汽產(chǎn)生的噪音。在汽輪機沖車和打閘后，汽輪機進汽調(diào)門主汽門全部關(guān)閉，蒸汽流量為零，而鍋爐的熱負荷卻還有存余，使得這部分蒸汽無法消耗，如果排向大氣會造成這部分工質(zhì)和熱量損失，且這部分蒸汽通過安全閥排向大氣會產(chǎn)生嚴重的噪音。設(shè)置高壓蒸汽旁路系統(tǒng)不僅可回收這部分蒸汽，并降低了排汽造成的環(huán)境污染。同時在機組發(fā)生故障甩負荷時，高壓蒸汽旁路系統(tǒng)可將多余蒸汽排出鍋爐，減少安全閥的動作次數(shù)，增加安全閥的嚴密性且延長使用壽命。

保護鍋爐再熱蒸汽系統(tǒng)。對于存在蒸汽進行一、二次再熱系統(tǒng)的機組，在鍋爐點火啟動后，由于汽輪機未沖轉(zhuǎn)，爐側(cè)再熱蒸汽管道無蒸汽流入，使得再熱蒸汽管道處于干燒狀態(tài)，當投入高壓蒸汽旁路系統(tǒng)時，可使高溫高壓蒸汽經(jīng)過高旁減溫減壓閥進行降溫降壓后再進入爐側(cè)再熱蒸汽管道對其冷卻，防止了干燒和超溫現(xiàn)象發(fā)生。投入低壓蒸汽旁路，在機組解列和跳閘甩負荷時也可防止再熱蒸汽系統(tǒng)超壓。

協(xié)助控制鍋爐側(cè)蒸汽參數(shù)，使其符合汽輪機在沖車、并網(wǎng)、接帶負荷時對蒸汽溫度、壓力和流量的參數(shù)要求。汽輪機在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)條件下啟動時，其金屬溫度是不同的，對沖轉(zhuǎn)時的主蒸汽溫度、壓力、再熱蒸汽溫度、壓力的要求也是不一樣的，要求其最少有50℃的過熱度，并保證主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度分別高于汽輪機高、中壓缸最高金屬溫度50℃。而機組啟動過程中爐側(cè)蒸汽流通受限，蒸發(fā)量和蒸汽溫度無法達到?jīng)_轉(zhuǎn)要求，所以就需通過高、低壓蒸汽旁路系統(tǒng)來增加鍋爐熱負荷，使其具有一定的蒸發(fā)量和一定品質(zhì)的蒸汽來滿足蒸汽參數(shù)達到?jīng)_轉(zhuǎn)要求。且在汽輪機升速、并網(wǎng)和接帶負荷過程中，通過調(diào)整旁路系統(tǒng)控制鍋爐側(cè)蒸汽參數(shù)，避免參數(shù)大幅波動引起汽缸金屬溫度和轉(zhuǎn)子脹差的變化。

3 事故經(jīng)過

3.1 機組啟動時的管道震蕩

該公司在機組啟動過程時提前將高、低壓旁管道疏水門打開，爐側(cè)鍋爐熱負荷不斷提高，蒸汽參數(shù)的逐步提升，當爐側(cè)主蒸汽壓力達到0.1MPa時，逐漸打開低壓、高壓旁控制閥，投入高、低壓旁路系統(tǒng)，隨著蒸汽參數(shù)的提高，汽機側(cè)管道逐漸進蒸汽，高旁管道及冷再管道開始振動，參數(shù)越高，提升越快，管道振動越大。汽機側(cè)根據(jù)管道振動大、小開始逐漸開啟和關(guān)小高、低壓旁路控制閥，當主汽壓力升到1.0MPa時，聽到爐側(cè)有異響，巡檢員對爐側(cè)系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現(xiàn)冷再管道的支吊架有變形和斷裂情況。開始增加暖管時間和鍋爐側(cè)升溫升壓參數(shù)緩慢要求，為了保證設(shè)備安全，此次機組啟動由于高旁及再熱器冷段管道振動大，大大延長了高旁管路暖管時間和機組啟動時間，高旁暖管要40min左右、冬季時更長。在機組啟動過程中，管道振蕩使得冷再管道支吊架脫落和變形。

3.2 機組停運時的管道震蕩

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求對該廠機組停運。由于運行時#2、#4高調(diào)門故障，為了控制檢修時間，機組停運方式采用滑參數(shù)停機。按照汽輪機維護停機曲線要求減負荷，降溫降壓。根據(jù)設(shè)計滑壓曲線設(shè)置目標壓力，參照滑停曲線降低主、再熱蒸汽溫度，為了控制主、再熱蒸汽汽溫，投運鍋爐側(cè)主、再熱蒸汽一、二級減溫水系統(tǒng)，根據(jù)降溫速率嚴格控制主、再熱蒸汽溫度降溫速率。當主汽溫度降至420℃左右時機組打閘停運，整個滑停時間將近4小時。

鍋爐停運后，由于爐內(nèi)仍有高溫物料，為保證鍋爐冷卻及為檢修爭取時間，仍采取對鍋爐繼續(xù)微量補水的方式進行冷卻，機組打閘后盤車都已投運，高旁及冷再管道出現(xiàn)振蕩，在停運電動給水泵，鍋爐停止上水后振蕩慢慢消除。為保證鍋爐補水冷卻，再次啟動電泵上水，不久高旁及再熱器管道再次振蕩，等補水完畢后停運電動給水泵，再熱器管道振動消失。此時通過間斷的啟動電泵給鍋爐儲水箱補水補至液位8m左右，來保證爐內(nèi)存水和鍋爐不干燒。

隨著現(xiàn)貨交易的開展，新能源裝機容量的增加，使得火電機組的調(diào)峰作用尤為凸顯，機組啟動、停運次數(shù)越來越多，而機組頻繁啟、停會對設(shè)備、管道損傷很大，為了保證機組運行期間的安全性及檢修任務(wù)時間緊的現(xiàn)狀，鍋爐要進行冷卻，而鍋爐冷卻就很容易使得管道受熱面受熱不均，熱應(yīng)力分配不均勻，使得管道焊口拉裂（存在安裝及設(shè)計因素）。為了保證機組四管的可靠運行，該廠采取了一項措施就是停機后利用正常水壓試驗檢驗四管的可靠性，這項措施不能每次都檢查出問題、但有時會檢查出多處漏點，大大降低了因四管泄露造成的機組非停事故發(fā)生，該公司也保持著兩年機組零非停記錄。

4 原因分析及危害

4.1 從形成原理分析

管道震蕩主要是因為水塞的形成，汽水共通。水塞一般發(fā)生在蒸汽管道上，蒸汽閥門關(guān)閉后，管道內(nèi)殘留的蒸汽會凝結(jié)成水，當管道安裝不合理時凝結(jié)水在管道低點容易積聚無法排出，當管道內(nèi)再次送汽時，高流速的蒸汽會推動凝結(jié)水從而形成水塞，水塞被高速的蒸汽推動就會發(fā)生水擊現(xiàn)象。從形成原因可看出水塞形成條件一是需管道內(nèi)積水，二是高流速蒸汽。

機組旁路或冷再管道內(nèi)積水形成原因分析：機組啟動時，汽輪機沖轉(zhuǎn)前高、低旁路控制閥開度過小，沒有達到足夠的蒸發(fā)量，進入高旁管道后冷卻凝結(jié)成水。同時由于高、低壓旁路管道較粗、管壁很厚,在機組啟機過程中暖管所需的時間就長；高旁管道溫度控制器母管減溫水調(diào)整閥不嚴，鍋爐上水期間通過減溫水管道流入高旁管路，形成積水；爐側(cè)冷再入口減溫水調(diào)整門不嚴，冷再入口管道水平位置較低再入口聯(lián)箱段水平位置低，使得減溫水倒流至機側(cè)再熱器管道，使得冷再管道發(fā)生水塞引起振動；鍋爐進行水壓試驗后，由于電網(wǎng)調(diào)度調(diào)啟，再熱系統(tǒng)管道放水未放空，堵板拆除時，使得部分存水倒流至機側(cè)高旁管道；機組啟動初期，高旁控制閥內(nèi)漏，冷再管道有源源不斷的蒸汽流入并冷卻凝結(jié)成水。機組停運時間較短時，再次啟機時隨著蒸汽通入管道、管道內(nèi)的壓力隨之增加，再加上積水所形成的阻力使管道振動加劇，以上都是能使管道內(nèi)出現(xiàn)積水的原因。

高流速蒸汽形成原因：正常啟動時，由于爐側(cè)熱負荷逐漸升高，為了提高蒸汽參數(shù)，逐漸開啟高、低壓旁路控制閥，形成通路。由于較高的汽壓差，使得高壓蒸汽流入汽機側(cè)再熱器管道及高旁管道內(nèi)；高、低壓旁路控制調(diào)節(jié)閥存在內(nèi)漏的情況，在機組打閘后，鍋爐冷卻降溫降壓的過程中，高壓旁路控制閥內(nèi)漏，使得高壓旁路系統(tǒng)及冷再管道內(nèi)通入高溫、高壓蒸汽。這里也可解釋在機組停運后冷再管道震蕩的原因：一是高旁閥內(nèi)漏使得管道內(nèi)介質(zhì)流動，二是高旁管道內(nèi)積水排不盡，管道堵塞造成水塞。

4.2 從設(shè)備及運行調(diào)整上分析

啟動操作引起的振動。在機組溫、熱態(tài)啟動過程中升溫、升壓參數(shù)較快，暖管時間短，開、關(guān)高低壓旁路控制閥較為頻繁，管道疏水門開啟過晚或未開，使得管道內(nèi)凝結(jié)水不能及時的隨蒸汽排走，形成水塞，加劇了管道震蕩的形成；疏水管道不暢或設(shè)計出力不合理，機組啟動過程中，管道內(nèi)凝結(jié)的水不能及時排出。高旁及冷再管道上的殘留蒸汽凝結(jié)后的水及高旁減溫水門內(nèi)漏流入的水在此處積聚，使得管道堵塞。

4.3 現(xiàn)象分析

這種震蕩現(xiàn)象也是從2020年度開始的，機組從15年底投產(chǎn)，只是在近一年里啟動過程中出現(xiàn)的次數(shù)越來越頻繁，加之現(xiàn)貨交易期間機組啟停頻繁，大多數(shù)都是機組在溫態(tài)、熱態(tài)下的啟動；鍋爐水壓試驗時或鍋爐上水時出現(xiàn)高旁閥后壓力升高的現(xiàn)象，隨著上水時間的增加，管道內(nèi)會進行充水充壓，壓力逐漸升高至0.2MPa，說明高旁溫度控制器母管減溫水閥門內(nèi)漏不嚴；機組停運后高旁閥后溫度快速下降，說明高旁閥不嚴、一直是流動狀態(tài)，與鍋爐相通，流至爐側(cè)冷再管道內(nèi)。

通過以上原因分析，首先可確定#1機組停運引起的管道震蕩是由于高旁閥內(nèi)漏及高旁后減溫水控制閥內(nèi)漏引起的。機組啟動過程中引起的管道震蕩原因是多方面共同影響。但通過現(xiàn)象分析主要是高旁溫度控制器減溫水控制閥內(nèi)漏形成積水較大，以及水壓試驗后系統(tǒng)放水不完全使得管道內(nèi)積水較多、而管道疏水排水能力限制的原因居高。

4.4 管道震蕩的危害

頻繁的管道振動會造成管道上的閥門、管件和焊縫的松動損壞，產(chǎn)生的應(yīng)力變化頻繁，造成管道應(yīng)力疲勞。強烈的管道振動甚至會引發(fā)連接的設(shè)備振動和損壞、管道的開裂、支吊架變形和脫落等危害，造成有高溫高壓蒸汽泄漏，影響了管道的安全運行和操作人員的人身安全。

該廠機組啟動階段，爐側(cè)冷再管道及高旁管道振動嚴重，造成了爐側(cè)再熱蒸汽冷段管道支吊架大面積脫落和變形，管道嚴重下沉，與冷再管道進汽聯(lián)箱連接處應(yīng)力集中，在機組停運時發(fā)現(xiàn)連接處變形嚴重，對其進行了重新校正和補焊，造成檢修工作量增加及對變形和脫落支吊架進行高空修復校核。在停爐冷卻階段，由于管道震蕩使得鍋爐無法正常上水冷卻，增加鍋爐冷卻時間、增加檢修工期。

5 防范措施

利用機組大小修對高旁溫度控制器母管減溫水氣動閥、調(diào)閥進行解體檢查，必要時進行更換?；蛟趩訒r將高旁母管減溫水管道的放水手動門打開，使母管內(nèi)噴入的水量減少，機組運行正常后，再關(guān)閉放水手動門，當機組停運時，再打開高旁母管減溫水管道的放水手動門，控制母管內(nèi)的進水量。也可增設(shè)減溫水母管閥后手動門，用于此類情況的最后保障；利用檢修機會聯(lián)系廠家對高旁路控制閥進行檢修，保證高、低壓旁路控制閥的嚴密性。

機組啟動過程中完善操作流程，制定標準化操作票，加強可行性的操作技能培訓，使暖管過程充分且均勻來減少管道振動現(xiàn)象的發(fā)生；利用檢修機會對高壓旁路母管疏水管道進行內(nèi)窺檢查，查找是否有存在結(jié)垢堵管等現(xiàn)象；或根據(jù)實際情況重新計算其管道通流能力，進行管道整改；檢查鍋爐系統(tǒng)放水管道，保證放水系統(tǒng)暢通，了解鍋爐放水所用時間，然后再根據(jù)檢修時間安排機組是否進行水壓檢查試驗，短時間內(nèi)停機嚴禁強冷鍋爐進行水壓試驗；鍋爐升溫升壓應(yīng)根據(jù)情況進行延緩升參，保證設(shè)備充分預暖。

6 結(jié)語

經(jīng)過一系列措施的實施,#1機組在啟動過程中，高旁、冷再熱器管道只發(fā)生輕微的震蕩，節(jié)約啟動時間30min，可減少啟動暖管期間的油耗2噸。在機組停運后，通知設(shè)備廠家對高旁控制閥進行嚴密性檢修及內(nèi)漏閥門研磨，在機組停運期間未發(fā)生管道振動現(xiàn)象，鍋爐冷卻時間縮短、鍋爐熱放水提前。