600MW超臨界機組汽輪機進(jìn)水和進(jìn)冷氣防止措施論文
[摘要]以某臺600MW超臨界機組位例，介紹汽輪機進(jìn)水和進(jìn)冷氣的危害、特征及原因，分析了反措和有關(guān)導則要求，提出了進(jìn)水后的解決方法和詳細的防范措施。
[關(guān)鍵詞]汽輪機 進(jìn)水 防范措施
汽輪機進(jìn)水會(huì )引起汽缸變形、動(dòng)靜間隙消失發(fā)生碰磨、大軸彎曲等，直接表現為葉片的損傷與斷裂、閥門(mén)及汽缸結合面漏汽、動(dòng)靜部分碰磨、推力瓦的燒損、汽輪機的高溫金屬部件產(chǎn)生永久變形、熱應力引起金屬裂紋影響使用壽命。根據事故調查規程有關(guān)規定，對于大型機組，汽輪機進(jìn)水或進(jìn)冷氣后如果產(chǎn)生上述后果均為重大設備事故。因此，對于直流機組，必須制定完善的防范汽輪機進(jìn)水措施。
1 汽輪機進(jìn)水的主要現象
汽輪機進(jìn)水后一般都有比較明顯現象，主要如下：
1.1. 高中壓缸上、下缸溫差明顯增大，或增大趨勢加快。高中壓缸上、下缸溫差在機組啟動(dòng)、停運、正常運行過(guò)程中基本是在小于42℃之內，差值的變化趨勢一般也在5℃/分鐘的范圍，如果超過(guò)這兩個(gè)限制可就必須采取措施。
1.2 主、再熱蒸汽溫度突降，過(guò)熱度減小。主汽溫度要高于汽缸最高金屬溫度50度，蒸汽過(guò)熱度不低于50度，主汽溫度變化率在5℃/分鐘的范圍，機側主汽溫度不得低于爐側10℃等都是運行人員在監盤(pán)中必須牢記。
1.3 汽輪機振動(dòng)增大。汽輪機進(jìn)水或冷蒸汽，使高溫金屬部件突然冷卻而急劇收縮，易產(chǎn)生較大熱應力和熱變形，機組脹差變化，機組強烈振動(dòng)，動(dòng)靜部分軸向和徑向碰磨，因此，機組正常運行時(shí)，軸振異常增大的主要原因為汽輪機進(jìn)水或冷氣。
1.4 抽汽管道發(fā)生振動(dòng)�；責岢闅夤艿肋M(jìn)水或進(jìn)冷氣，飽和蒸汽產(chǎn)生的氣錘效應和金屬材料熱變形都會(huì )產(chǎn)生管道的強烈振動(dòng)，即如高加投運過(guò)快造成的管道振動(dòng)，在損壞設備的同時(shí)有可能造成人身傷害。
1.5盤(pán)車(chē)狀態(tài)下盤(pán)車(chē)電流增大或盤(pán)車(chē)跳閘。機組啟停過(guò)程中，盤(pán)車(chē)電流變化一般3-5A，轉子與汽封摩擦時(shí)容易造成電流異常增大或盤(pán)車(chē)跳閘。
1.6 汽輪機進(jìn)水實(shí)例
某臺600MW超臨界機組為一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機，直流鍋爐。29日滑參數停機，18點(diǎn)30分機組解列投盤(pán)車(chē)，電流29.2A正常。機組解列前，就地打開(kāi)一、二、三段抽汽電動(dòng)門(mén)前疏水手動(dòng)門(mén)、高中壓導汽管疏水手動(dòng)門(mén)、高中壓本體疏水手動(dòng)門(mén)和機側主再熱汽管道疏水手動(dòng)門(mén)；解列后，真空到零就地關(guān)閉軸封減溫水手動(dòng)門(mén)。21：03高排管道上下壁溫度分別由185℃和195℃開(kāi)始下降，下壁溫相對上壁溫下降較快，至21：44下壁溫降至103℃，至23：57上壁溫降至100℃并穩定下來(lái)。30日2：00抄表人員發(fā)現大機高壓外缸上下壁溫差達到34℃（上缸253℃、下缸219℃），分析汽缸可能進(jìn)冷汽，2：30盤(pán)車(chē)跳閘，電流最大至75Ａ，高壓外缸上下壁溫度分別為254℃和190℃（溫差64℃），3：10最低下缸105℃、上缸254℃（溫差149℃）；進(jìn)水后，運行人員對汽輪機及管道系統進(jìn)行疏水后轉入悶缸處理。
2 汽輪機進(jìn)水的主要原因
2.1 鍋爐主、再熱蒸汽溫度失控或主蒸汽流量瞬間突增；啟動(dòng)過(guò)程中升壓過(guò)快，或滑參數停機過(guò)程中降壓降溫速度過(guò)快，使蒸汽過(guò)熱度降低，甚至接近或達到飽和溫度，導致管道內集結凝結水。
2.2 汽輪機回熱系統加熱器水位高、除氧器滿(mǎn)水，且保護裝置失靈，使水經(jīng)抽汽管道返回汽輪機內造成水沖擊。
2.3 啟動(dòng)時(shí)，軸封供汽或回熱抽汽管道疏水不暢或未能充分暖管，積水或疏水進(jìn)入汽缸；停機時(shí)，切換備用軸封汽源，因處理不當使軸封供汽帶水。
2.4 機組滑參數停機后，悶缸措施錯誤，主汽疏水門(mén)不能及時(shí)關(guān)閉，造成汽缸進(jìn)冷氣。
2.5 凝汽器滿(mǎn)水，淹到低壓缸。
2.6由于操作不當或閥門(mén)不嚴，再熱器減溫水不能有效切斷，積存在再熱蒸汽冷段管內或倒流入高壓缸中，當機組啟動(dòng)時(shí)，積水被蒸汽帶入汽輪機內。
2.7 高旁減溫水在高旁關(guān)閉后不能聯(lián)關(guān)，或閥門(mén)泄露，凝結水泵運行的情況下自再熱冷段進(jìn)入汽缸。
上述機組進(jìn)水后分析其原因即為，機組停運后電泵運行，中間抽頭閥門(mén)未關(guān)閉，鍋爐A側再熱減溫一直有4.3噸流量，直到30日3：10停止電泵流量才到零。
3 反措及導則中防止汽輪機進(jìn)水要點(diǎn)
防止火電廠(chǎng)二十五項重大事故的要求、防止汽輪機進(jìn)水或進(jìn)冷氣導則有關(guān)注意事項除上面已敘述外，還應當重視以下幾點(diǎn)。
�。�.1運行中主、再熱蒸汽溫度突降超規定值或下降至極限值，應立即緊急故障停機。
3.2汽輪機盤(pán)車(chē)中發(fā)現進(jìn)水，必須保持盤(pán)車(chē)運行一直到汽輪機上下缸溫差恢復正常。同時(shí)加強汽輪機內部聲音、轉子偏心度、盤(pán)車(chē)電流等的監視。
3.3汽輪機在升速過(guò)程中發(fā)現進(jìn)水，應立即停機進(jìn)行盤(pán)車(chē)。
3.4汽輪機運行中進(jìn)水監測報警時(shí)，應迅速查明原因并消除。若振動(dòng)、脹差、上下缸溫差的變化達到停機值時(shí)應立即停機。
3.5有關(guān)人員應當具備和熟悉掌握以下知識：轉子安裝原始彎曲的最大晃度值、機組正常運行的波特圖和盤(pán)車(chē)電流情況、正常停機惰走曲線(xiàn)、正常停機后汽缸金屬溫度下降曲線(xiàn)、通流部分軸向和徑向間隙。
3.6啟動(dòng)和低負荷時(shí)，不得投入再熱蒸汽減溫器噴水，在鍋爐熄火或機組甩負荷時(shí)，應當及時(shí)切斷減溫水。
4 典型的邏輯
目前設計階段防止汽輪機進(jìn)水和進(jìn)冷氣在疏水門(mén)的設計和測點(diǎn)的配置上都能滿(mǎn)足有關(guān)要求，DCS組態(tài)中一般設置有比較典型的邏輯，主要如下。
4.1 高壓主汽門(mén)前、主蒸汽導汽管側疏水門(mén)：汽機跳閘或負荷<10%聯(lián)鎖開(kāi)，負荷>15%聯(lián)鎖關(guān)
4.2高排逆止門(mén)前后均有一個(gè)疏水門(mén)，每個(gè)門(mén)自帶有兩個(gè)疏水罐（尺寸：高度- 300mm；直徑- 145mm），分別裝設一個(gè)高液位開(kāi)關(guān)和一個(gè)低液位開(kāi)關(guān)。高排逆止門(mén)前疏水門(mén)：汽機跳閘或負荷<10%或高排逆止門(mén)已關(guān)或疏水罐水位高聯(lián)鎖開(kāi)；負荷>15%且疏水罐水位低聯(lián)鎖關(guān)。
4.3再熱蒸汽熱段管道疏水門(mén)：汽機跳閘或負荷<10%聯(lián)鎖開(kāi)；負荷>15%或疏水罐水位低聯(lián)鎖關(guān)；再熱蒸汽導汽管側疏水門(mén)：汽機跳閘或負荷<10%聯(lián)鎖開(kāi)；負荷>15%聯(lián)鎖關(guān)。
4.4 抽汽溫度#1~#6段抽汽管道均有上下壁溫度監視，但只做顯示用，不做報警。
4.5 高、低加水位高保護動(dòng)作聯(lián)關(guān)抽氣逆止門(mén)、抽氣電動(dòng)門(mén)、給水旁路運行，抽氣管道疏水門(mén)邏輯為：汽機跳閘或負荷<15%或逆止門(mén)關(guān)聯(lián)鎖開(kāi)，負荷>15%聯(lián)鎖關(guān)； 5、6段抽氣管道疏水門(mén)邏輯汽機跳閘或負荷<20%或逆止門(mén)關(guān)聯(lián)鎖開(kāi)，負荷>25%聯(lián)鎖關(guān)；
4.6 除氧器水位高高跳給水泵、聯(lián)關(guān)四段抽氣逆止門(mén)和電動(dòng)門(mén)。
4.7 高旁減壓閥開(kāi)允許開(kāi)高旁減溫水調整門(mén)。
4.8 再熱減溫水隔絕門(mén)設計負荷低聯(lián)關(guān)邏輯。
5 完善的防止汽輪機進(jìn)水措施
從眾多汽輪機進(jìn)水實(shí)例看，僅靠上述邏輯和運行人員加強監盤(pán)質(zhì)量還遠遠不夠，必須制定一個(gè)完善的措施，保證不能進(jìn)水進(jìn)冷氣，進(jìn)水后有明顯的提醒手段。
5.1 CRT畫(huà)面上增加主、再熱蒸汽過(guò)熱度報警。當前主蒸汽壓力下對應的飽和溫度與主蒸汽實(shí)際溫度的偏差低于50發(fā)出報警。主蒸汽管道上的疏水門(mén)（包括高壓缸主氣門(mén)前疏水門(mén)和主蒸汽導汽管側疏水門(mén)），建議增加如下聯(lián)鎖：
�。�1）當主蒸汽過(guò)熱度小于35℃時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)疏水門(mén)。
�。�2）當主蒸汽過(guò)熱度大于50℃時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉疏水門(mén)。
�。�3）當任一過(guò)熱度下降速率大于5℃/min時(shí)，聯(lián)開(kāi)相應疏水門(mén)。
5.2 增加凝汽器水位高聯(lián)開(kāi)#5低加出口排水電動(dòng)門(mén)的邏輯，防止凝汽器水位高進(jìn)水。
5.3 增加主汽溫度、再熱汽溫度、高排溫度、高旁后溫度、高壓缸上下缸溫差、中壓缸上下缸溫差的變化率顯示，當達到報警值時(shí)發(fā)軟光字報警。
5.4 增加各抽氣管道、高旁調整門(mén)后管道、高排管道上下壁溫差大于15度的報警；有必要增加聯(lián)鎖開(kāi)對應疏水門(mén)邏輯。
5.5 安裝液位罐測量水位的，設置液位高報警聯(lián)開(kāi)疏水門(mén)邏輯，使液位報警時(shí)罐體顯示紅色；熱控人員需要定期測試液位罐水位測量的可靠性，為防止開(kāi)關(guān)失磁或電接點(diǎn)電極泄露，應當有足夠備件。
5.6 熱控專(zhuān)業(yè)在安裝TSI系統探頭后保存好安裝原始記錄，有必要記錄頂軸油泵單臺和兩臺運行條件下間隙電壓值，為初略分析轉子狀態(tài)做準備。
5.7 應當加工好手動(dòng)盤(pán)車(chē)專(zhuān)用的工具。
5.8 汽機專(zhuān)業(yè)有關(guān)人員應當熟悉汽輪機進(jìn)水現象、危害、處理措施，分析每次機組停用、啟動(dòng)過(guò)程，掌握機組狀態(tài)。
5.9 加強25項反措的學(xué)習，體會(huì )要領(lǐng)，編寫(xiě)符合電廠(chǎng)實(shí)際的實(shí)施導則和防范措施。
5.10 盤(pán)車(chē)裝置的渦輪蝸桿的軸套由于受力集中，材料較特殊，電廠(chǎng)應當有足夠備件。
6 汽輪機進(jìn)水的處理
如果汽輪機運行期間確認水沖擊發(fā)生，應立即破壞真空緊急停機，停機后應立即投人盤(pán)車(chē)，應盡量避免中斷盤(pán)車(chē)。開(kāi)啟主汽導管、調速汽門(mén)座、本體疏水。若由于加熱器滿(mǎn)水或除氧器滿(mǎn)水引起，應立即停用加熱器及除氧器。記錄機組惰走時(shí)間，傾聽(tīng)機內聲音。如果軸位移超限，惰走時(shí)間縮短應停機檢查。如惰走時(shí)間正常，其他無(wú)異常，可重新啟動(dòng)，但要充分疏水，沖轉前應連續盤(pán)車(chē)不小于4小時(shí)。
盤(pán)車(chē)一旦掉閘，可能是因為大軸已經(jīng)發(fā)生彎曲碰磨葉頂汽封造成電機過(guò)流。此時(shí)應當記錄各瓦軸振探頭間隙電壓值，按照探頭0.8V/mm的特性，根據間隙電壓的變化判斷大軸的彎曲程度，也可以作為可以手動(dòng)盤(pán)車(chē)的依據，此時(shí)不建議停頂軸油泵，以免大軸彎曲位置不能判斷。
發(fā)現汽輪機進(jìn)水后要進(jìn)行悶缸處理，即關(guān)閉所有本體疏放水門(mén)。當上下缸溫差變小、能夠手動(dòng)盤(pán)車(chē)后先將轉子反轉180℃，間隔不小于1小時(shí)后再次反轉180℃，確認手動(dòng)盤(pán)車(chē)不費力時(shí)可以投運電動(dòng)盤(pán)車(chē)。
７ 參考文獻
【1】國家電力公司 防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求 2000年
【2】哈爾濱汽輪機廠(chǎng)《600MW超臨界機組汽輪機運行維護說(shuō)明書(shū)》
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