汽轮机疏水系统问题分析及对策研究王福宽

汽轮机疏水系统问题分析及对策研究王福宽

王福宽

王福宽

（内蒙古大板发电有限责任公司内蒙古赤峰市025150）

摘要：本文介绍了汽轮机疏水系统可能出现的相关问题，并就疏水系统设计及运行操作时应注意的问题，又对疏水系统问题对策进行了探讨。

关键词：汽轮机；疏水系统；问题；对策

一、汽轮机疏水系统存在问题及原因分析

1.1冷蒸汽

回流导致汽缸上下温差大某电厂1号、2号机组系300MW引进型亚临界机组，机组空转或停机后中压缸上下温差一般在50℃~60℃，最大达到86℃；另一电厂1号机组为300MW机组，首次启动停机后高压内缸上下温差达110℃，高压外缸上下以及中压缸上下温差均达到150℃，严重超出运行规范要求，影响机组再次启动。分析原因为：高压缸、中压缸的疏水与其它高压管道的疏水连接到同一疏水集管，在停机后或机组空转时汽缸处于真空状态，而疏水集管内因其它高压管道疏水形成压力，造成冷蒸汽通过汽缸疏水管回流到汽缸，引起汽缸上下温差大。

1.2疏水回流导致

中压调门后扩散器裂纹采用西门子技术的超超临界汽轮机，中压调门后的扩散器在底部疏水孔位置普遍出现纵向裂纹，造成再热蒸汽泄漏到中压内外缸夹层，影响机组经济性和安全性。检查某电厂1000MW汽轮机中压调门后扩散器的疏水管设计，左右两根疏水管各自从中压调门后扩散器的底部疏水孔引出，向下布置后合并到一起，再通过一个靠近疏水集管的疏水阀连接到疏水集管，同时，高压缸系统的6路疏水管也连接到该疏水集管。按照疏水控制逻辑，在机组负荷低于20％或者跳闸时，汽轮机疏水阀自动打开，其它工况运行时，这些疏水阀关闭，也可以手动打开。由于中压调门后的疏水管较长，在疏水阀关闭时，疏水管内部蒸汽因冷却而积有凝结水，此时若机组跳闸，因高压缸内部压力较高，6路疏水同时排放会使疏水集管内的压力迅速升高，而中压缸与低压缸（凝汽器）相通，压力快速下降到真空，当中压调门后的疏水阀打开时，因疏水集管内的压力高于中压缸内压力，造成疏水管内的凝结水倒流，直接回流到中压调门后扩散器底部的疏水孔，引起底部材料温度激变，造成极高的温度应力。如果机组经常发生高负荷跳闸，极易造成扩散器底部材料应力疲劳而产生裂纹。

1.3暖管内部冷凝水回流导致管接座泄漏

某电厂3号机组系600MW亚临界汽轮机，设计有50％容量高压和低压2级旁路。为了给低压旁路暖管，从再热热段上游引出一根小管连接到低压旁路阀前，高温蒸汽经这根小管流到低压旁路阀前，再经低压旁路进口管返回到再热热段。机组投运半年后发现再热热段上的管接座焊缝发生泄漏，出现多条裂纹。经分析，由于再热热段管径大，从暖管引出点至低旁叉管处压差很小，造成暖管内部的蒸汽流量非常小，由于暖管本身的散热作用，管内蒸汽会冷却形成少量凝结水。由于暖管布置在主管道上方，凝结水倒流回再热热段上的管接座后被蒸干，引起管接座焊缝温度交变，产生应力疲劳。现场测量暖管外壁温度，发现低于相应蒸汽压力下的饱和温度，证实了管道内部存在冷凝水。

1.4疏水罐底部积水引起简体泄漏

某电厂2号机组系1000MW超超临界汽轮机，左右两侧再热热段管道的底部设置有疏水罐，其筒体直径担03×15．09mm，长度920mm，每个疏水罐配有2个浮球式液位开关。机组运行1年半后B侧管道的疏水罐筒体下部发生泄漏，泄漏点位于液位开关下引出管正下方约l00mm处。

二、汽轮机疏水系统设计应注意的问题

2.1疏水合并

对于汽轮机疏水系统，安全性重于经济性。以往由于疏水阀质量、管道施工质量等原因，经常发生疏水阀泄漏，为了减少漏汽提高经济性，对同类管道的疏水进行优化合并，合并的原则是：必须是同一台机组的同类疏水，疏水压力在不同工况下要求一致，疏水口标高要求一致等。对于疏水合并，不但要考虑疏水阀开启时的疏水情况，更要考虑在疏水阀关闭时，各疏水口的压力是否一致，否则管内凝结水会窜流到压力较低的一侧，造成该侧疏水口周围金属出现交变应力。对于不同疏水接入同一疏水集管，也必须是同一压力等级，最好是完全相等，即使这样，还要考虑一些特殊运行工况，如汽轮机跳闸、热态启动等，这时设备及管道内部可能处于真空状态，当疏水排放口存在压力时，一旦打开疏水阀就会引起积水回流及冷蒸汽回流。不管是疏水阀前的疏水合并，或者是在疏水阀后合并到同一疏水集管，都应仔细研究，以防止疏水窜流、积水回流及冷蒸汽回流。疏水不合并或少合并，是防止疏水窜流及冷蒸汽回流的有效措施。疏水转注是管内疏水合并的一种形式，由于疏水温度一般低于被注入管道的金属温度，少量转注过来的疏水会被蒸干，容易造成疏水口附近金属产生温度交变应力，设计时应尽量避免。

2.2疏水阀控制逻辑

汽轮机启停阶段疏水阀一般是按机组负荷来控制，当机组负荷小于一定值（如20％）时疏水阀自动打开，其它工况下还根据疏水罐液位、管道上下温差等来控制。当汽轮机在冷态启动时，因金属温度低，蒸汽被冷却而产生凝结水，需要进行疏水；但在热态启动、停机或者跳闸时，汽缸、汽门的金属温度较高，且汽轮机本体与凝汽器相通，处于真空状态，内部不会产生凝结水，而疏水集管及疏水扩容器因为其它管道的疏水往往会形成一定压力，从而存在冷蒸汽回流到汽轮机的风险。因此，汽轮机疏水阀不能简单地由机组负荷来控制，对不同地点的疏水应分不同工况进行控制。建议疏水阀仅在冷态启动时按负荷来控制，其它工况下不按负荷控制，内部无积水时不需要开启；汽缸的疏水阀在确认排放口无压力后才能打开；对于能检测到疏水口温度和压力的地方，可以按温度是否低于相应蒸汽压力下饱和温度+10℃，来控制疏水阀开关。

2.3积水及冷蒸汽回流监测

监测管道积水常用的方法有：在管道低点设置疏水罐，通过液位开关或筒壁上下温度来监测；在管道顶部和底部布置温度测点，根据温差来监测。对于汽缸底部、主汽阀阀座、管道疏水罐及其他蒸汽管道可能积水的部位，也可仅根据这些部位已有的温度测点或增加温度测点，结合内部蒸汽压力，根据温度是否达到相应蒸汽压力下的饱和温度来判断内部有无积水。监测有无冷蒸汽通过疏水管回流，可以根据相应疏水阀是否开启，疏水管进出口压力、温度及温度变化情况来判断。如果疏水管存在压力倒挂，则会引起蒸汽回流；如果疏水阀关闭，肯定不存在蒸汽回流；如果存在冷蒸汽回流，会使这些部位的温度下降，且下降速度明显快于其它部位，布置在管道底部、疏水集管、设备疏水口附近、管道和设备上下对称部位的温度测点均可用来监测有无冷蒸汽回流。

2.4汽轮机疏水或冷蒸汽回流控制

汽轮机停机后如果冷蒸汽回流到汽缸，会造成汽缸上下温差高，出现汽缸变形，严重时影响汽轮机盘车和再次启动。由于汽轮机停机后内部与凝汽器相通，处于真空状态，当汽轮机内部温度还较高（大于150℃）时，内部不会出现凝结水，可以隔离汽轮机疏水阀，防止冷蒸汽回流。对于汽轮机本体疏水管的布置，不应与其它疏水管合并，应独立地排放到凝汽器，确保排放口处压力最低。对于汽轮机本体疏水阀的布置，还可考虑尽量接近于疏水口，以便通过高温热传导，使疏水阀前的疏水管温度高于相应蒸汽压力下的饱和温度，避免出现蒸汽冷凝积水，杜绝积水回流风险。

结论

综上所述，针对电厂汽轮机疏水系统的对策，可从多方面来着手实施，从根本上消除事故隐患，延长了机组的寿命，同时简化了系统、节省了成本、减少了厂用电消耗和检修、运行维护工作量，以此保证了机组的安全可靠性和经济性。

参考文献：

[1]李庆功.135MW机组启动调试中暴露问题的分析及处理[J].江苏电机工程，2013（2）.

[2]吴唯质，肖凌涛，妈湾电厂2号汽轮机热力系统综合改造[J].中国电力，2014（10）.

[3]王连成，张文忠.妈湾发电厂300MW汽轮机疏水系统的改造[J].广东电力，2016（3）.