330MW机组启动疏水扩容器损坏的原因分析及处理

【摘要】分析了330MW机组整套启动试运行过程中，启动疏水扩容器损坏的原因，给出了处理方案。

【关键词】330MW机组；启动疏水扩容器；损坏原因；处理方案

1、330MW汽轮机及启动疏水扩容器的概况

某发电厂330MW#2汽轮机，是亚临界、冲动式、中间一次再热、单轴三缸、双排汽的凝汽式汽轮机。#2汽轮机配备的启动疏水扩容器，设计压力4.0Mpa，設计温度365℃，容积1.5m3，安全阀开启压力3.8Mpa。启动疏水扩容器的主要汽源有：1主蒸汽管道启动疏水；2再热热段管道的启动疏水；3再热冷段管道的启动疏水；4一段抽汽管道启动疏水。启动疏水扩容器的减温喷水水源是工业水来。其系统简图如图1：

2、故障情况介绍

2004年#2机组首次冲转进入整套试运行阶段后，启动疏水扩容器一直存在响声大、振动大的问题，尤其在机组甩负荷或跳级后更为突出。由于机组多次因各种原因动作跳机，机组频繁经历从270MW负荷以上高负荷甩至0MW的情况，曾经多次利用停机时间对启动疏水扩容器进行维修，仍无法制止跳级后高压高温的“疏水”对其内部构件的致命损坏。2006年7月19日下午，由于炉膛压力低Ⅲ值，锅炉MFT（主燃料跳闸）动作导致机组跳机，当时机组从300MW负荷甩至0MW。7月31日，锅炉再次MFT动作，机组从255MW甩至0MW。经过上述几次高负荷跳机后，启动疏水扩容器出现了更为严重的异常状况：有金属碎片从启动疏水扩容器的排气管中飞出，此时只停留在机械的修复“原状”，已不再是所有人员的目标，必须彻底找出原因，长远之计，必须从根本上消除类似事件的发生。

3、故障情况检查及分析

8月16日由该厂各相关部门会同设计厂家等相关单位组成的调查组共同到现场进行检查：发现扩容器的内部构件中用于固定扩容管的下圆环脱落，上圆环变形，下部疏水口被破碎的铁块封住，内部结构已遭到严重损坏。从检查情况可判断是由于高温高压蒸汽直接进入扩容器，使扩容器内部构件所承受的压力、温度超过设计压力及设计温度，造成扩容器内部金属部件的损坏。

造成扩容器部件超温超压导致损坏的原因分析从三个方面分析：一是启动疏水扩容器的管路阀门系统；二是减温喷水系统；三是进入启动疏水扩容器的相关疏水阀的DCS（分散控制系统）控制逻辑问题。

3.1 该机组的相关疏水阀设计均采用全开、全关的气动阀，疏水阀不能维持在中间开度。所以，在机组热态、极热态开机过程，尽管蒸汽温度和管壁金属温度较高，只需要对管道进行少量疏水即可，但由于气动疏水门只能全开，势必造成过多高温、高压蒸汽进入扩容器，不利于扩容器的安全运行。因此有必要对管道阀门系统进行改进。

3.2 从扩容器减温喷水系统分析。试运行中常发现有启动疏水扩容器的减温喷水压力过低、水量过小现象。为了保证机组进行疏水时，高温高压蒸汽进入启动疏水扩容器后得到充分的冷却减温使扩容器不超温不超压，应采取措施提高减温水压、增加减温水量：如增加管径；改用水源稳定、水压较高的减温喷水水源。同时，为了达到良好的减温冷却效果，应使减温喷水在扩容器内部达到喷淋状态，但设备厂家原设计中并没有采取专门的雾化措施。因此，应采取有效措施加强减温喷水在扩容器内的雾化程度，增强其冷却效果，进一步保护启动疏水扩容器。

3.3 从气动疏水阀的DCS控制逻辑分析。目前，进入启动疏水扩容器的气动疏水阀控制逻辑如下：

a.机组负荷<20%额定负荷，联开主汽管至启动疏水扩容器疏水门、再热冷段管道至启动疏水扩容器疏水门、再热热段管道至启动疏水扩容器疏水门、一段抽汽管道至启动疏水扩容器疏水门。负荷>22%额定负荷，联关疏水门。

b.当再热热段管道启动疏水罐、再热冷段管道启动疏水罐、一段抽汽管道疏水罐，任一疏水罐水位高或高高，则打开相应的疏水门，无液位高后15秒，联关。

从上述控制逻辑中可看出控制逻辑还存在以下问题：（1）主汽管道启动疏水门的动作仅以机组负荷为控制条件，这是不够合理的。除了机组负荷外，还应引进蒸汽温度、管壁温度或者温度变化速率为疏水阀动作的控制依据。（2）从机组跳闸过程分析结果可知，在机组跳闸过程中“机组负荷<20%额定负荷”并不是必要的疏水条件。因此，“机组负荷<22%额定负荷”应只是机组非跳闸状态下联开疏水阀的条件。（3）控制逻辑要求“机组负荷<20%额定负荷，联开进入启动疏扩的疏水门”，并未考虑到启动疏水扩容器在此工况下的承受能力。实际运行中，在保证汽轮机本体的可靠安全疏水的基础上，应该通过计算分析后，适当下调起始疏水的负荷值，既要保证低负荷时的疏水效果，又要兼顾启动疏水扩容器的承受能力。

4、处理方案

经过以上原因分析并征得厂家、设计院等相关单位同意后，该机组启动疏水扩容器做了如下改进：

（1）在管路及阀门系统上，对主蒸汽管道至启动疏水扩容器气动疏水门、再热热段管道至启动疏水扩容器气动疏水门、再热冷段管道至启动疏水扩容器气动疏水门、一段抽汽管道至启动疏水扩容器气动疏水门分别加装了ф28×3.5的旁路管道及旁路手动一、二次门，改造后系统简图如图2。

这样，在机组运行中可根据实际情况控制进入启动疏水扩容器的疏水量，必要时适当开启疏水气动阀旁路一、二次门进行疏水，既可以保证疏水效果，又可以防止启动疏水扩容器超温超压损坏。

（2）增加启动疏水扩容器的减温喷水管管径，由原来的φ45×2.5改为φ57×3，以增加冷却水量；将减温喷水水源由工业水改为压力更高、水源更稳的凝结水，运行中凝结水母管压力可达3.0Mpa左右；为了加强减温喷水在扩容器内的冷却效果，还采取了如下措施：将φ57×3的减温喷水管道伸入启动疏水扩容器内部，伸入部分采用强度足够高的#20锅炉钢（20G），在伸入管道四周上开孔，共4排孔，沿周向相邻两排开孔采用交错方式，使伸入管道周向8个方向都有喷水，从而使减温喷水在扩容器内达到喷淋效果。

（3）对疏水门控制逻辑进行了合理改进：

a.汽机挂闸状态下（即非跳闸状态），机组负荷<10%额定负荷时，联开主蒸汽管至启动疏水扩容器气动疏水阀、再热冷段管道至启动疏水扩容器气动疏水阀、再热热段管道至启动疏水扩容器气动疏水阀、一段抽汽管道至启动疏水扩容器的气动疏水阀，负荷>11%，联关气动疏水阀。

b.机组在非挂闸状态（即跳闸状态），且主汽门前蒸汽温度≤450℃时，联开联开主蒸汽管至启动疏水扩容器气动疏水阀、再热冷段管道至启动疏水扩容器气动疏水阀、再热热段管道至启动疏水扩容器气动疏水阀、一段抽汽管道至启动疏水扩容器的气动疏水阀。

c.再热冷段管道、再热热段管道、一段抽汽管道的疏水罐液位高或高高时，联开其相应的气动疏水阀，无液位高后15秒，联关。

d.汽机挂闸状态下，主汽门前蒸汽温度<450℃，且温度下降率>5℃/min时，联开主蒸汽管道至启动疏水扩容器的气动疏水阀。

e.当主蒸汽管或再热热段管道至启动疏水扩容器的气动疏水阀开启时，联开启动疏水扩容器喷水阀，气动疏水阀关后延时10S后，联关喷水阀。

f.汽机挂闸时，进入启动疏水扩容器的蒸汽温度>338℃，联开启动疏水扩容器喷水阀。

5、结语

经过了对管路进行优化改造并从逻辑关系上结合机组实际疏水量加以控制后，该机组启动疏水扩容器的运行特性得到了很大改进，运行中扩容器噪声大、振动大的问题得到了明显改善，而且从技改完成后运行至今，启动疏水扩容器再也没有出现过以往异常现象。实践证明，经过以上改进方案是行之有效的，此事件也进一步说明理论与实际必须互相指导才能确保机组设备的安全可靠。

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