關鍵詞： 低壓加熱器    異常振動    疏水泵  

引言

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

a:系統概況

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低加外均設有內置式疏水冷卻段,#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2臺變頻疏水泵進入#6低加進口凝結水管道,疏水泵再循環管道接入#7低加汽側底部,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,設置有凝結段和內置式疏水冷卻段,給水流經換熱管管內,汽輪機抽汽及其疏水流經換熱管管外。汽輪機抽汽在低加凝結段凝結成飽和水,接著經疏水冷卻段進一步冷卻成過冷水,最后經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,再進入凝結段與管外的蒸汽進行凝結傳熱,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。

b:常見問題及分析

該電廠自投產以來,2臺機組#7低加在機組運行過程中的某些負荷段,再循環管道及低加本體產生振動,其會對加熱器本體及附屬管道、設備等造成不同程度的危害,威脅機組安全運行。經過仔細對比發現,通常當負荷降至400mw以下時會產生此種現象。

原因分析如下:

(1)加熱器水位過低。根據加熱器運行說明書,加熱器水平中心線以下600mm為加熱器水位零位。若水位太低,會導致加熱器內部的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,導致疏冷段冷卻效果不足,疏水溫度升高,疏水管內出現汽蝕振動。按照說明書要求,加熱器水位一般控制在-10mm左右,且與就地磁翻板液位計偏差不大,在合理范圍內。為了驗證水位對加熱器振動的影響,將水位由-10mm提高至＋20mm,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)加熱器內部金屬部件松動。由加熱器說明書可知,加熱器的凝結水、加熱蒸汽、疏水進/出口管伸出加熱器表面至少300mm,所有加熱器的疏水、蒸汽進口設有保護管子的不銹鋼緩沖擋板。若因為加工工藝不合格,導致內部部件固定不穩定,應該表現為抽汽壓力越高、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出加熱器振動和異響,該因素可以排除。

(3)加熱器內部存在兩相流。通過就地對比低加各個接口,發現#7低加再循環管道從加熱器底部接入,且再循環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660mw還是300mw,不同負荷下抽汽壓力對應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400mw以上時,#7低加疏水量高于疏水泵再循環聯鎖開啟值,再循環閥不會開啟。

當負荷下降至400mw以下時,#7低加疏水量會達到再循環聯鎖開啟值,當低加疏水泵再循環管道開啟時,經疏水泵升壓后的疏水回到低加殼側,此時需要克服管道的阻力和疏水高度差,大約7m高。從現場來看,低加疏水泵再循環回水至#7低加本體共設置7個彎頭,進一步增大了疏水阻力,導致壓降和溫降變大,經過再循環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

器內部產生兩相流,在疏水口附近引起振動,導致加熱器和再循環管道出現振動。

c:解決方案

由于系統已經成型,各個負荷段對應的加熱器內部疏水溫度已經無法改變,因此改變進入加熱器的疏水成為突破口,從現有的系統來看,減少再循環管道進入加熱器的疏水量成為關鍵。

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70t/h自動開,低加疏水泵運行且流量高于90t/h自動關。如圖1所示,運行中當低加疏水泵流量達到70t/h時（負荷400mw左右）,低加疏水泵出口壓力為0.95mpa。若最小流量閥全開,如圖2所示,流量會瞬間降低至46t/h,再逐漸回升至70t/h左右,壓力為0.93mpa（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）,根據再循環開關前后疏水泵流量的變化,可判斷再循環的流量大致在24t/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10min內反復開關8次。

660mw機組低壓加熱器異常振動分析與解決方案

根據技術協議,經查詢疏水泵性能參數如表2所示,低加疏水泵可在最小流量36t/h情況下長期運行,且此流量為額定轉速下泵的最小流量。在變頻運行時,最小流量可比該值更小。

經詢問泵廠家,答復泵最小運行流量至少為額定流量的20%（36t/h,不區分工頻、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,水泵在出口閘閥關閉的情況下工作的時間不準太長,一般不超過2min。

（2）達到正常轉速后,在設計有再循環管路開啟情況下,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。

經對比同類型機組關于變頻低加疏水泵設計參數,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,所以降低泵聯鎖開啟泵流量有較大空間。

經核查各個負荷段對應的流量,疏水泵出口流量36t/h大約對應220mw,綜合技術協議及廠家要求,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<36t/h,延時10s"。

方案:

將再循環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2m,由于疏水泵已采取低位布置（汽機房0m）,有一定的汽蝕裕量,將再循環管道出口接到泵的入口也不會出現泵入口汽蝕現象:而且將再循環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,在加熱器內部汽化產生兩相流,在疏水口附近引起加熱器和再循環管道振動。

對比兩種方案,方案1僅僅需要更改低加疏水泵再循環閥聯鎖開啟邏輯定值:方案2則需要對低加疏水口及管道進行切割、焊接、打堵板以及后續的打壓、探傷等工作,工作量較大且復雜,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。經過綜合考慮,方案1更加經濟有效。

因此,經過探討后按照方案1更改邏輯,目前機組運行過程中幾乎不會開啟再循環電動門(超低負荷除外,如250mw及以下）,#7低加和再循環管道再未出現振動。此外,由于再循環閥沒有開啟,低加疏水泵的電流也較開啟時降低了5a,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濟效益。

總結語：

本文針對某電廠660mw機組#7低加振動現象,就加熱器的結構、參數、系統工藝等進行了充分分析,找出了加熱器異常振動的原因,在不對系統進行改造的情況下,通過修改再循環管道電動門邏輯,解決了加熱器振動問題,保證了設備能長期安全穩定運行。

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