某發(fā)電廠300MW機組高壓疏水擴容器超壓運行原因與對策

楊俊廣

摘 要：某發(fā)電廠300MW機組高壓疏水擴容器運行中反復出現(xiàn)的超壓運行的情況，經(jīng)現(xiàn)場勘察及分析，確定擴容器超壓的原因：內(nèi)擋板原設(shè)計存在缺陷及選材不當，造成疏水擴容器至凝汽器熱水井的通道堵塞疏水不暢引起。通過對疏水擴容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造以及材質(zhì)的改良，保證疏水擴容器系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提高機組的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：疏水擴容器 超壓 原因 對策

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0041-02

疏水擴容器是汽輪機的附屬部件，屬壓力容器，其主要作用是回收汽輪機本體及蒸汽管道的疏水。按接入疏水的壓力不同，某電廠將疏水擴容器分成高、中、低壓三個壓力容器。其中，高壓擴容器主要收集主蒸汽系統(tǒng)的疏水。機組在啟停、低負荷運行及事故處理操作中的疏水（汽）經(jīng)疏水擴容器擴容后，蒸汽回收至凝汽器的喉部，疏水減溫減壓后回收到凝汽器的熱水井，從而達到提高機組熱循環(huán)的經(jīng)濟性的目的。擴容器超壓運行，嚴重會影響凝汽器真空度，直接威脅機組的安全性、經(jīng)濟運行。為此，從檢修維護的角度出發(fā)，對疏水擴容器出現(xiàn)超壓的現(xiàn)象進行剖析，找出超壓原因：疏水擴容器在設(shè)計，制造和安裝存在的問題，并制定設(shè)備改造方案，從根本上消除超壓的根源。

1 設(shè)備概況”在我標注的位置

1.1 設(shè)備規(guī)范

容積：1m3。

工作壓力：0.049MPa。

注：設(shè)備規(guī)范摘自該電廠運行規(guī)程。

1.2 系統(tǒng)簡圖

見圖1。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

為尋找機高壓疏水擴容器超壓的原因，研究者深入生產(chǎn)現(xiàn)場，查閱機組監(jiān)控電腦歷史趨勢，及運行記錄，對高壓疏水擴容器發(fā)生的故障現(xiàn)象及數(shù)據(jù)進行收集。從2014年1月～2014年12月僅一年時間，發(fā)生超壓運行的次數(shù)高達7次。調(diào)查汽機專業(yè)的檢修記錄了解到，2014年4月7日、9月22日，在高變熱應力的反復作用下，擴容器內(nèi)的擋板破裂、脫落至凝汽器熱水井的管道，造成管道堵塞，擴容器無法正常疏水，造成高壓擴容器的超壓運行，直接影響到人身安全及機組的安全可靠運行。

3 檢查及原因分析

針對該高壓擴容器運行壓力高的缺陷，對壓擴容器及其系統(tǒng)進行系統(tǒng)檢查，從設(shè)備本身、設(shè)備運行二個因素入手，分析找出超壓的主要原因。

3.1 超壓的設(shè)備本身因素

3.1.1 使用壽命

該機組投產(chǎn)于20世紀90年代，未達30年的設(shè)計使用壽命。

3.1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

高壓擴容器為圓筒形的結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)直形擋板。該擋板的作用是增強筒體剛度，隔擋對應兩端疏水的水（汽）沖撞，防止疏水直接沖刷筒體，使疏水母管排出的水（汽）在疏水擴容器中間迅速向四周擴散冷卻降壓。如圖2。

解剖設(shè)備發(fā)現(xiàn)，中間的擋水板厚度為4 mm的A3鋼管，結(jié)構(gòu)上略顯單薄，且焊接質(zhì)量差。另外，高壓疏水擴容器在機組啟停、低負荷運行及事故操作中，大量的高溫、高壓疏水排入疏水擴容器，使疏水擴容器內(nèi)部溫度、壓力產(chǎn)生驟變，高壓擴容器外殼筒體與直形擋板因受熱的不均勻產(chǎn)生膨脹值不一致。而且，直形擋板自身的變形補償能力差，在熱應力的作用下，很容易發(fā)生脆化出現(xiàn)裂紋。因此，高壓疏水擴容器在結(jié)構(gòu)的設(shè)計上存在缺陷。

3.1.3 設(shè)備的選材

根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場金檢的光譜分析，高壓擴容器的擋水板使用的是A3號鋼（Q235）材料制造，其抗拉性、抗剪切性、抗扭性能遠達不到它的使用條件的要求。因機主蒸汽系統(tǒng)疏水溫度有可能高達400℃以上，在高溫下，A3號鋼金屬晶體很容易發(fā)生蠕變，從而破壞金屬結(jié)構(gòu)。擋板在疏水母管排出的高溫、高壓水（汽）的沖刷下，產(chǎn)生交變應力。在交變熱應力的作用下，直形擋板（A3鋼材Q235）與殼體的連接焊口（未經(jīng)熱處理）產(chǎn)生裂紋，造成直形擋板破裂、脫落，碎片堵塞了疏水擴容器至凝汽器熱水井的管道。

3.2 超壓的設(shè)備運行分析

3.2.1 運行狀態(tài)

受地區(qū)電網(wǎng)負荷限制，機組停機備用次數(shù)增多。自2014年1月至2014年12月一年時間內(nèi)，機組的啟動次數(shù)為5次，停運次數(shù)為4次，啟停次數(shù)相對頻繁，對擴容器及其系統(tǒng)的沖擊影響大。但這是客觀條件所致，屬地區(qū)調(diào)度因素。

3.2.2 人員操作

機組正常運行時，主蒸汽系統(tǒng)的疏水均為關(guān)閉狀態(tài)，對高壓擴容器不存在影響。僅在機組啟停、低負荷及事故處理的情況下才開啟疏水。在調(diào)查的一年時間內(nèi)，機組沒發(fā)生異常運行的情況，且負荷均在60%額定負荷以上，未開啟疏水至高壓擴容器。機組啟停操作方面，運行人員嚴格執(zhí)行操作票制度，并有相應的規(guī)程、制度控制，應不存在人為的操作不當。

3.2.3 運行環(huán)境

高壓擴容器運行時，內(nèi)部為汽水共存的狀態(tài)，運行環(huán)境較為惡劣，汽蝕現(xiàn)象隨時發(fā)生，對擴容器內(nèi)部的金屬部件是嚴峻的考驗。顯然，對于耐腐蝕性較差的A3號鋼（Q235）材料制造的擋水板，在長期汽水的沖刷下，很容易腐蝕。但高壓擴容器運行環(huán)境，是上接凝汽器喉部，下接凝汽器熱水井的工作性質(zhì)決定，屬不可改變的因素。

綜上分析，設(shè)備的結(jié)構(gòu)及選材是造成高壓擴容器超壓運行的主要原因。

4 處理對策

根據(jù)高壓擴容器超壓的主要原因，相應地制定以下措施。

4.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進

為改善直形擋板自身的變形補償能力差的缺點，對直形板的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。由直形改為弧形結(jié)構(gòu)；且由一面直形擋板，增加到二面弧形擋板。采用弧形擋板取代原設(shè)計的直形擋板，其優(yōu)點是：在疏水擴容器受熱時，弧形擋板能膨脹自如，有充足的補償值。其溫度變形的補償能力能滿足疏水擴容器殼體與弧形擋板各自膨脹需求。同時，在疏水擴容器筒體內(nèi)還起到加強筋的作用，提高疏水擴容器的殼體剛度。如圖3所示。

4.2 改良疏水擋板的材質(zhì)

因高壓疏水擴容器工作環(huán)境為汽水共存的狀態(tài)。而且，機組疏水時溫度相對較高，普通的碳素鋼不能滿足使用要求，因此對擋板的選材進行改良。選用了具有良好的抗拉性、抗剪性、抗扭性、抗氧化性、抗腐蝕性的16MnR錳鋼鋼材。并在擋板焊接完成后，對整個容器進行熱處理，從而達到穩(wěn)固金相組織目的。

5 結(jié)語

2015年2月，利用機組停運期間，對某電廠的高壓擴容器經(jīng)改造。為檢查改造效果， 2015年3月～2015年8月，對機組監(jiān)控電腦歷史趨勢，及運行記錄進行檢查專訪。半年時間，機組的啟動2次、停機1次、低壓負荷運行及事故操作中，均未再出現(xiàn)高壓擴容超壓運行的現(xiàn)象。從而有效地根除高壓擴容器超壓運行的不安全因素，保證人身安全和機組的安全、經(jīng)濟運行。

參考文獻

[1] 戴起勛.金屬材料學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012.

[2] 某發(fā)電廠300MW機組運行系統(tǒng)圖冊[Z].2008.

[3] 某發(fā)電廠300MW機組運行規(guī)程[Z].2008.