汽輪機疏水系統(tǒng)的常見故障及其對策研究

薛利峰 姚潤賢 左一

摘要：在汽輪機運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)汽缸溫差較大、中壓調(diào)門擴散器有裂紋、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速失控以及閥體產(chǎn)生裂紋等故障?，F(xiàn)通過分析汽輪機疏水系統(tǒng)的設計要求，研究其常見故障產(chǎn)生的原因，提出了相應對策，旨在進一步保障汽輪機設備的安全運行。

關鍵詞：汽輪機;疏水系統(tǒng);常見故障;對策

0 引言

在汽輪機系統(tǒng)設計中，疏水系統(tǒng)是其重要的組成部分，通過設置疏水管可以在汽輪機的啟停、負荷變動和運行過程中，有效控制疏水閥，將汽輪機內(nèi)部積水排出，避免汽輪機設備和相關管道等出現(xiàn)冷蒸汽回流問題，造成設備損傷。因此，相關人員在對汽輪機設備進行管理時，需要掌握疏水系統(tǒng)的常見故障，并采取有效對策，保證汽輪機的安全、穩(wěn)定運行。

1 汽輪機疏水系統(tǒng)的設計要求

通常情況下，汽輪機疏水系統(tǒng)設計要遵循一定的原則，即汽輪機在啟停、運行以及變負荷運行、故障、熱備用等狀態(tài)下，可以及時地將設備內(nèi)部和管道內(nèi)存在的積水有效排出，從而在很大程度上避免出現(xiàn)進水和冷蒸汽回流等情況。實際上，汽輪機內(nèi)部出現(xiàn)積水是因為其在冷態(tài)下啟動，內(nèi)部蒸汽冷凝產(chǎn)生積水。管道中出現(xiàn)積水是由于汽輪機跳閘使積水汽化[1]?；诖?，汽輪機疏水系統(tǒng)設計應當滿足以下要求：

（1）在可能存在積水的設備和相關管道部位設計具有一定通流能力的疏水管閥。

（2）在適當?shù)脑O備及管道部位安裝監(jiān)測和控制積水、進水和冷蒸汽回流的儀器。

（3）合理設計聯(lián)鎖保護邏輯控制程序，實現(xiàn)疏水閥的自動開關控制，避免出現(xiàn)積水、進水及冷蒸汽回流等情況。

（4）在確保汽輪機安全穩(wěn)定運行的前提下，盡量減少運行成本。

2 汽輪機疏水系統(tǒng)的常見故障

2.1? ? 冷蒸汽回流造成汽缸溫差大

汽輪機疏水系統(tǒng)的常見故障是汽缸的上下溫差較大，是由冷蒸汽回流導致的一種常見故障。一般汽輪機在空轉(zhuǎn)或停機后，中壓缸的上下溫差在50～60 ℃，最大不會超過86 ℃，在汽輪機首次啟停時，高壓缸內(nèi)的上下溫差可以達到110 ℃左右，而在高壓外缸和中壓缸內(nèi)，其上下溫差可以高達150 ℃。這種情況已經(jīng)嚴重超出了汽輪機的運行標準，會導致汽輪機出現(xiàn)運行故障[2]。

2.2? ? 疏水回流造成中壓調(diào)門擴散器出現(xiàn)裂紋

中壓調(diào)門擴散器在底部疏水位置，經(jīng)常會出現(xiàn)一些縱向裂紋，很容易形成熱蒸汽泄漏進中壓內(nèi)外缸的夾層中，對機組運行經(jīng)濟性和安全性產(chǎn)生巨大影響。比較常見的故障現(xiàn)象是汽輪機運行負荷在20%以下時，此時高壓缸內(nèi)的壓力相對較高，在排放疏水時會促使疏水集管內(nèi)的壓力快速升高，而一旦中壓缸與低壓缸的凝汽器相通，就會導致壓力下降到真空狀態(tài)。中壓調(diào)門后的疏水閥如果被打開，疏水管中的壓力升高，導致管道內(nèi)的凝結(jié)水倒流，可能會引起部分底部材料的溫度發(fā)生驟變，在相對較高的溫度應力影響下，中壓調(diào)門擴散器就會產(chǎn)生裂紋[3]。

2.3? ? 抽汽管道積水導致轉(zhuǎn)速失控

汽輪機疏水系統(tǒng)在運行過程中，比較容易出現(xiàn)抽汽管道內(nèi)積水現(xiàn)象，導致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速失控，甚至可能會導致轉(zhuǎn)子的葉片損傷等。這是因為抽汽管道內(nèi)在汽輪機組跳閘后發(fā)生飽和水汽化現(xiàn)象，并回流到了汽缸中，在一定程度上會對轉(zhuǎn)子的葉片產(chǎn)生較大的沖擊力，嚴重時可能會造成轉(zhuǎn)子葉片脫落。另外，當汽輪機運行負荷達到25%以上時，根據(jù)邏輯控制會將抽汽逆止閥前的疏水閥自動關閉，如果回熱抽汽系統(tǒng)沒有投入運行，此時抽汽逆止閥處于關閉狀態(tài)，可能會導致蒸汽管道中出現(xiàn)大量積水，在此基礎上，機組跳閘后飽和水汽化并回流到汽輪機設備內(nèi)部，導致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速失控。

2.4? ? 疏水管合并導致閥體出現(xiàn)裂紋

在對汽輪機疏水系統(tǒng)進行管理和檢查時，相關人員發(fā)現(xiàn)在其兩側(cè)調(diào)門處的閥座疏水口周圍均出現(xiàn)了一定的裂紋，部分裂紋已經(jīng)擴展延伸到了閥座的密封面，對疏水系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。這種問題大多是疏水管合并造成的，在汽輪機組正常運行狀態(tài)下，旁路閥和疏水閥均會出現(xiàn)關閉狀態(tài)。同時，在疏水管自身的散熱作用下，疏水管內(nèi)部蒸汽就會形成少量的凝結(jié)水，經(jīng)過調(diào)門濾網(wǎng)的壓差作用后，其會在調(diào)門閥座前的疏水口溢出。此時凝結(jié)水會因高溫而被快速蒸干，時間長后就會導致附近的金屬受到溫度交變的影響而出現(xiàn)龜狀裂紋[4]。

3 汽輪機疏水系統(tǒng)故障的對策研究

3.1? ? 對冷蒸汽及積水進行回流監(jiān)控

針對當前汽輪機疏水系統(tǒng)存在的故障，發(fā)現(xiàn)其主要原因是冷蒸汽和積水回流。因此，首先要對汽輪機設備及相關管道內(nèi)的冷蒸汽和積水進行回流監(jiān)控。其中，對冷蒸汽的監(jiān)測可根據(jù)疏水閥的開啟狀態(tài)、疏水管的進出口壓力、溫度變化等進行判斷。如果在檢查中發(fā)現(xiàn)疏水管出現(xiàn)壓力倒掛現(xiàn)象，有可能會發(fā)生蒸汽回流。如果疏水閥處于關閉狀態(tài)，則不會出現(xiàn)冷蒸汽回流問題。一旦冷蒸汽回流會導致相應部位的溫度明顯下降，相關人員可以通過監(jiān)控上下對稱部位的溫度來監(jiān)控冷蒸汽是否回流[5]。對于汽輪機管道積水的監(jiān)測，在相應管道的最低點設置疏水罐等設備，借助液位開關進行控制。另外，可以在管道的頂端和低端位置安裝溫度傳感器，根據(jù)實時溫度變化監(jiān)控積水的回流狀態(tài)。

3.2? ? 疏水閥自動化控制

汽輪機在啟停過程中，對疏水閥的控制是按照機組負荷進行的，當機組負荷小于20%時，疏水閥會自動打開，并根據(jù)疏水罐的液位以及管道的上下溫差等進行控制。當汽輪機組處于冷態(tài)被啟動時，由于金屬溫度較低，蒸汽在冷卻后會產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，此時需要疏水。汽輪機組在熱態(tài)下啟?；蛱l時，汽缸、汽門的金屬溫度會逐漸升高，此時汽輪機的本體設備與凝汽器相通后，就會處于一種相對真空的狀態(tài)，并不會在內(nèi)部生成凝結(jié)水，但會對疏水集管、疏水擴容器等產(chǎn)生較大的壓力，在很大概率上會促使冷蒸汽回流到汽輪機內(nèi)。因此，要保障疏水閥在汽輪機冷態(tài)啟動的情況下，按照實際負荷進行控制，在內(nèi)部不存在積水的狀態(tài)下保持關閉狀態(tài)，避免出現(xiàn)冷蒸汽和積水回流現(xiàn)象。

3.3? ? 控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流

在汽輪機啟停和運行過程中，抽汽管道中如果存在積水，會在機組跳閘時出現(xiàn)汽化水回流到設備中，導致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速失控?；诖?，必須要將抽汽管道中的內(nèi)部積水排出，可以在隔離閥前和管道的低點位置上安裝疏水管，或者可以借助疏水管的液位開關、管道的頂部和底部的溫度監(jiān)控等判斷管道內(nèi)是否存在積水，同時能夠聯(lián)鎖控制疏水閥，保障內(nèi)部積水能夠徹底排空。

3.4? ? 優(yōu)化汽輪機的疏水管合并

在汽輪機疏水管合并過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)管道泄漏等問題，往往是由于疏水閥有質(zhì)量缺陷、管道施工質(zhì)量不佳等，也不利于疏水系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。因此，要對汽輪機的疏水管合并進行優(yōu)化，對同一機組的同類疏水管在不同工況下保持相同，且疏水口的標高也要保持一致。在優(yōu)化疏水管合并時，要將不同疏水接入同一個疏水集管中，保障其壓力等級完全相等，并要綜合考慮疏水閥開啟和關閉時，各個疏水口的壓力一致，避免管道內(nèi)凝結(jié)水竄流，以降低沖擊力，防止管道泄漏。

4 結(jié)語

綜上所述，汽輪機疏水系統(tǒng)的常見故障包括冷蒸汽回流造成汽缸溫差大、疏水回流造成中壓調(diào)門擴散器出現(xiàn)裂紋、抽汽管道積水導致轉(zhuǎn)速失控、疏水管合并導致閥體出現(xiàn)裂紋等，相關人員可采取對冷蒸汽以及積水進行回流監(jiān)控、疏水閥自動化控制、控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流以及優(yōu)化汽輪機的疏水管合并等對策，充分保障汽輪機疏水系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行。

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[5] 蔣杰，王奉巖，劉世強，等.300 MW汽輪機軸封及疏水系統(tǒng)異常引起真空嚴密性差研究[J].機械工程師，2018（6）：99-100.

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：薛利峰（1987—），男，山西臨縣人，工程師，研究方向：汽輪機設計。