閉冷泵逆止閥破裂原因分析及處理

葛 鵬,封 帆,王 婷

(1、2.西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所,陜西 西安,710032;3.延長(zhǎng)石油延安煉油廠,延安)

1 概 述

印度尼西亞2×(300～400 MW)火電機(jī)組中,配置了2臺(tái)100%容量的閉式冷卻水泵。由2臺(tái)閉式循環(huán)冷卻水泵,1個(gè)膨脹水箱,2臺(tái)閉式水-海水熱交換器,供水母管及閥門和控制裝置等。系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)100%容量的閉式循環(huán)冷卻水泵,互為備用;2臺(tái)閉式水-水熱交換器,互為備用。

系統(tǒng)中的出口逆止閥為機(jī)械式鑄鐵門。全開、全關(guān)時(shí)間分別為23s和25s。系統(tǒng)布置方式如圖1所示。

圖1 機(jī)械式出口逆止閥布置圖

鑄鐵逆止閥以其造價(jià)低,安裝快、耐腐蝕而被大量采用,常作為發(fā)電、化工、石油等行業(yè)輸送泵的出口逆止閥。但由于鑄鐵材料本身的耐沖擊力較差,所以在實(shí)際應(yīng)用中,鑄鐵逆止閥常常因?yàn)橥１盟查g產(chǎn)生的水錘沖擊力而破裂。

2 設(shè)備運(yùn)行情況

印度尼西亞位于亞洲東南部,當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)建設(shè)較為滯后,電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性不能與我國(guó)相比,電網(wǎng)電壓的波動(dòng)較大。

在機(jī)組系統(tǒng)的試運(yùn)階段中,由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)造成兩次廠用電全失。第一次廠用電全失,閉冷水泵瞬間停運(yùn),停運(yùn)前最大壓力0.6MPa,停運(yùn)中發(fā)生出口逆止閥破裂。由于在國(guó)內(nèi)很少遇見電網(wǎng)電壓波動(dòng)造成廠用電全失的現(xiàn)象,所以閥門廠家分析認(rèn)為是閥門制造有缺陷。更換備件后繼續(xù)運(yùn)行,未進(jìn)行進(jìn)一步仔細(xì)分析。時(shí)隔兩星期后,再次因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓波動(dòng)造成廠用電全失,運(yùn)行泵瞬間停運(yùn)的過程中,出口逆止閥再次破裂。兩次發(fā)生了同一事故現(xiàn)象,故而引起技術(shù)人員的高度關(guān)注。

3 故障原因分析

由于出口逆止閥的兩次破裂現(xiàn)象都發(fā)生在廠用電全失后,且對(duì)比兩次事故后的出口逆止閥斷裂面圖片,發(fā)現(xiàn)兩次斷口位置及形狀相似,調(diào)閱DCS運(yùn)行記錄發(fā)現(xiàn),兩次事故發(fā)生時(shí),出口電動(dòng)門均因廠用電全失,未能及時(shí)關(guān)閉。故判斷造成事故連續(xù)兩次發(fā)生的主要原因,是由于廠用電全失使閉式冷卻水泵在瞬間停運(yùn),出口電動(dòng)門動(dòng)力電喪失,使電動(dòng)門未能關(guān)閉。但出口逆止閥為機(jī)械式,不受斷電影響可以快速關(guān)閉。出口逆止閥快速關(guān)閉前的停運(yùn)瞬間,由于閉冷水泵進(jìn)出口壓差和大流量的反流作用,會(huì)瞬間產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的垂直沖擊力。即發(fā)生了通常所說的水錘。這個(gè)力在逆止閥快速關(guān)閉后達(dá)到最大,而且這種反沖力會(huì)全部作用在逆止閥上。

同時(shí)還檢查了出口水管道的支吊架,發(fā)現(xiàn)管道的支吊系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中也存在缺陷。設(shè)計(jì)中僅在閉冷水泵出口逆止閥下方的管道彎頭處有一剛性支撐,在閉式冷卻水泵出口到冷卻器之間的長(zhǎng)距離管段中,沒有任何承受水平力的吊架。而出口逆止閥恰好布置在冷卻水泵出口彎頭的上方約1米位置,見圖2所示。所以出口逆止閥下方的剛性支撐,可視為閉式冷卻水泵出口管段的受力死點(diǎn)。在停運(yùn)瞬間,強(qiáng)烈的水錘沖擊力作用下使出口逆止閥瞬間受到很大的擠壓,超過了逆止閥耐壓的強(qiáng)度極限而使其破裂。從兩次破裂及豎向裂紋的破壞形式,可明顯觀察到閥體被超強(qiáng)度壓力破壞的現(xiàn)象。

圖2 出口逆止閥管道的支吊系統(tǒng)

具有較長(zhǎng)輸水管的水泵正在輸水時(shí),由于電動(dòng)機(jī)的電源被切斷,從這瞬間開始,管道內(nèi)的平均流速開始變化,同時(shí)伴隨管內(nèi)壓力的變化,即形成了所謂的水錘現(xiàn)象。由此可見水錘現(xiàn)象是離心泵停泵時(shí)必然發(fā)生的一種現(xiàn)象。對(duì)比正常狀態(tài)時(shí)停泵和瞬間廠用電全失時(shí)停泵,兩者不同點(diǎn)在于出口電動(dòng)閥在廠用電瞬間全失時(shí)不能及時(shí)關(guān)閉,從而不能有效減小停泵瞬間的水錘沖擊力,造成出口逆止閥破裂。

4 處理方案及效果

查閱國(guó)內(nèi)相關(guān)事故報(bào)告,發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)發(fā)生此類事故大都由于出口電動(dòng)門關(guān)閉時(shí)間過長(zhǎng),在停泵瞬間,不能有效減小水錘作用在出口逆止閥上的沖擊力,造成出口逆止閥破裂。所以國(guó)內(nèi)此類事故的解決方案,常采用調(diào)整出口電動(dòng)門關(guān)閉時(shí)間以達(dá)到快速關(guān)閉出口電動(dòng)門,從而有效減小作用在逆止閥上的沖擊力,避免出口逆止閥破裂。但該國(guó)外機(jī)組的故障起因是因當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電壓不穩(wěn)定,造成廠用電全失引起,這意味著在廠用電全失的瞬間,出口電動(dòng)門也將同時(shí)失去動(dòng)力電源而無(wú)法動(dòng)作。所以不能通過縮短出口電動(dòng)門關(guān)閉時(shí)間來防止此類事故再次發(fā)生。

針對(duì)國(guó)外機(jī)組當(dāng)?shù)厍闆r,經(jīng)設(shè)計(jì)單位和設(shè)備廠家商討后決定,將設(shè)計(jì)中的鑄鐵逆止閥更換為碳鋼逆止閥。同時(shí)將閉冷水泵出口彎頭的剛性支撐換為彈簧支撐,并在閉冷水泵出口管水平部位增設(shè)2個(gè)剛性吊架從而改變逆止閥的受力。減小停泵瞬間產(chǎn)生的水錘對(duì)逆止閥的沖擊力,見圖3所示。在改造后的試運(yùn)階段中,又曾多次出現(xiàn)因電網(wǎng)原因使廠用電全失狀況,造成閉式冷卻水泵瞬間停止,出口電動(dòng)門未能關(guān)閉,但閉式冷卻水泵的出口逆止閥均經(jīng)受住了考驗(yàn),未再出現(xiàn)閥體破裂的現(xiàn)象。

圖3 改進(jìn)后的出口逆止閥管道的支吊系統(tǒng)

對(duì)比國(guó)內(nèi)機(jī)組常用處理方法和國(guó)外機(jī)組采用的處理方法,前者在不更換增加設(shè)備的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)達(dá)到了預(yù)防治理的目的,經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。而在國(guó)外機(jī)組的處理方案中則更換了設(shè)備,增加了成本,經(jīng)濟(jì)性明顯不如前者。但考慮到國(guó)外機(jī)組的特殊性,從機(jī)組安全運(yùn)行的角度考慮。此方法不失為較穩(wěn)妥較安全的處理方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,東南亞經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)國(guó)家,諸如印度尼西亞、越南、印度等國(guó)家出現(xiàn)了很大的電力供應(yīng)缺口。我國(guó)火電設(shè)備供應(yīng)商、電力建設(shè)和電力調(diào)試等企業(yè)已快速進(jìn)入這一市場(chǎng),由于對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)及電網(wǎng)發(fā)展了解不足,供應(yīng)設(shè)備的選型及安裝調(diào)試均按照國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,而實(shí)際上這些國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)水平遠(yuǎn)落后于中國(guó),因此,設(shè)備運(yùn)行的基本工況與國(guó)內(nèi)機(jī)組運(yùn)行的情況不盡相同,在涉外工程設(shè)備選型及設(shè)計(jì)安裝時(shí),應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐幕厩闆r加深了解,才能避免這一類故障的重復(fù)出現(xiàn)。

[1]東方電氣集團(tuán)中爪哇項(xiàng)目機(jī)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明[D].

[2]范欽珊,殷雅俊.材料力學(xué)(第2版)[M].清華大學(xué)出版社.

[3]張杰.停泵水錘壓力計(jì)算及預(yù)防措施[J].北京:中國(guó)電子期刊出版社.