兩臺凝泵并列運行時汽蝕分析及預防措施

官小文

（福建省鴻山熱電有限責任公司，石獅 362700）

福建省鴻山熱電有限責任公司汽輪機為東方汽輪機廠引進日立技術生產(chǎn)制造的超臨界抽凝供熱汽輪機，型號為：C600/476-24.2/1.0/566/566，額定出力600 MW，單臺機組額定工業(yè)抽汽量為600t/h，抽汽參數(shù)P=1.0MPa、T=350℃。每臺機配置2臺100%容量的凝結水泵，以#1機為例，1A凝泵變頻運行，1B凝泵工頻備用。

我公司每月4日定期進行1B凝泵工頻試轉(zhuǎn)工作，在嚴格按照《#1機1B凝泵工頻試轉(zhuǎn)操作卡》進行兩臺凝泵并列運行時，發(fā)現(xiàn)兩臺泵并列不久即發(fā)生汽蝕，而有時卻沒有發(fā)生，原因究竟在哪？有必要觀察和分析發(fā)生汽蝕的情況。

1 凝結水系統(tǒng)汽蝕現(xiàn)象分析

2013年6月4日，兩泵并列運行后發(fā)生汽蝕，當時#1機負荷450MW，供熱量540t/h。兩臺泵并列之初，凝結水泵母管壓力達到3.9MPa，不久即驟降到2.54MPa，兩臺泵電流也同時驟降；隨后，凝結水母管壓力更是降至1.348MPa，當1B凝泵停運后，汽蝕現(xiàn)象很快消失。圖1為凝結水系統(tǒng)發(fā)生汽蝕時的廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）曲線。

同樣的汽蝕現(xiàn)象出現(xiàn)在7月4日，當時#1機負荷520MW，對外供熱220t/h。與6月4日不同的是，在1B凝泵停運后壓力才由2.5MPa驟降至1.33MPa

而9月4日1B凝泵試轉(zhuǎn)時卻沒有發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，當時#1機負荷450WM，供熱320t/h。

圖1 凝結水系統(tǒng)發(fā)生汽蝕時的廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）曲線（6月4日）

圖2 凝結水系統(tǒng)發(fā)生汽蝕時的廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）曲線（7月4日）

由SIS曲線可以清楚發(fā)現(xiàn)，凡是兩泵并列運行時發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，凝結水泵入口母管負壓都偏高。具體什么原因造成入口負壓偏高，而且使短時間內(nèi)負壓從正常值變大呢？并列過程中工況穩(wěn)定，凝汽器真空、水溫基本無變化，對凝泵入口負壓無影響，也未有諸如凝泵入口濾網(wǎng)壓差高、泵體內(nèi)聚集空氣等影響因素。所以，筆者認為，主要原因是并泵過程中凝汽器水位持續(xù)降低，導致泵入口負壓增加，入口汽蝕余量不足。

并泵的整個過程中SIS上凝汽器水位均達到設定值800mm。但有一個比較反常的現(xiàn)象，即操作時，當凝泵母管壓力達到3.45MPa時，為減小并泵時凝結水母管壓力過高的問題，需開啟凝結水最小流量調(diào)節(jié)閥，而一旦開啟最小流量調(diào)節(jié)閥，凝汽器水位即受到擾動持續(xù)攀升，超過水位設定值800mm，導致凝汽器三路補水調(diào)門迅速自動關閉至零，補水因此中斷。由于機組在供熱運行，每小時供熱量可達540t，而此時凝汽器三個補水調(diào)門都已經(jīng)自動關閉至零，水位應該快速下降才符合實際情況。基于此，判斷#1機凝汽器水位不準。

此外，6月17日，#1機凝泵也發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，當時#1機600MW純凝工況運行，其凝汽器只有一路補水調(diào)門在自動補水，水位設定值800mm（水位500mm為低報警、1000mm為高報警）。當時，#1機汽水損耗有汽水管道疏水、輔汽至氨氣汽化器用汽、吹灰用汽等，其中吹灰耗用汽量最多。隨著吹灰系統(tǒng)暖管及空預器吹灰投入，在補水調(diào)門幾乎沒有開啟情況下，SIS上凝汽器水位依然能維持不變，而凝泵入口負壓緩慢增加，在90min內(nèi)由-67kPa增加到-72kPa；此時凝泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。當運行員發(fā)現(xiàn)凝泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象后，手動開啟凝汽器補水調(diào)門至12%開度，很快凝泵入口負壓數(shù)值下降，凝泵汽蝕現(xiàn)象消失，隨后一直保持補水門6%左右開度，而SIS上水位依舊毫無變化。

理論上，當凝汽器無補水時，由于汽水損耗，凝汽器水位會逐步下降，導致泵入口負壓增加，兩者成正比關系。按照一個標準大氣壓為101.3kPa（對應水位高度為10336mm）；若負壓從-67kPa下降至-72kPa，從曲線上看，這段時間凝汽器真空無變化，根據(jù)式（1）計算可得，水位應當相應下降510.2mm。

圖3 凝結水系統(tǒng)未發(fā)生汽蝕時的廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）曲線（9月4日）

圖2 凝結水系統(tǒng)發(fā)生汽蝕時的廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）曲線（6月17日）

假設當入口負壓為-67kPa時，SIS上凝汽器真實水位為800mm，那么入口負壓為-72kPa時，凝汽器真實水位應該是800-510.2=289.8mm。我廠凝泵保護跳閘條件中有一項是凝汽器水位低于200mm延時1s跳泵，此時的實際水位已接近保護跳泵條件。當凝泵汽蝕后，立即派人去現(xiàn)場查看凝汽器就地水位計，發(fā)現(xiàn)就地水位計在315mm，接近理論計算值289.8mm，正常運行時凝汽器SIS上和就地水位計顯示都在800mm，這就驗證了SIS水位計不準確。

2 凝泵汽蝕危害的預防措施

凝泵汽蝕的危害這里不做具體論述，運行上直接導致除氧器上水壓力和流量驟降，嚴重影響機組的安全穩(wěn)定運行。因此，從技術上提出切實可行的預防措施顯得尤為重要，對此，筆者提出以下建議。

（1）在機組檢修時對凝汽器水位測點進行改造，使之能夠真實反映實際水位，尤其是在開啟凝結水最小流量再循環(huán)調(diào)門的時候不發(fā)生大的擾動。理論上，再循環(huán)流量從凝汽器回流到凝汽器，凝汽器水位不會因此上升，但實際上，一旦開啟凝結水最小流量再循環(huán)調(diào)門，凝汽器水位立即變大且不會降回到原水位。

（2）在并泵運行前，將凝汽器三路補水調(diào)門切手動控制，保持并列操作前的正常開度值，防止切換過程中需水位上升引起補水調(diào)門關閉而中斷補水。并泵過程操作上緩慢進行，避免突然大幅度增加凝結水流量，并嚴密監(jiān)視凝結水母管總流量不超限。

（3）1A凝泵升頻率操作中嚴密監(jiān)視凝泵入口負壓，防止啟動1B凝泵前負壓就偏大。觀察相關曲線發(fā)現(xiàn)，最小流量再循環(huán)調(diào)門開得越早，1A凝泵流量增加，則凝泵入口負壓很快變大，啟動1B凝泵后即有可能發(fā)生汽蝕。因此，在保證凝結水母管不超壓下，遲開最小流量再循環(huán)調(diào)門，既能減少對水位的擾動，又能有效防止汽蝕產(chǎn)生。

（4）提高凝汽器水位設定值，凝汽器水位越高，凝泵入口負壓越小，能夠有效防止凝泵汽蝕。

3 結語

當數(shù)次發(fā)生凝泵汽蝕現(xiàn)象后，運行部門高度重視并提出技術解決方案，一是將凝汽器SIS上水位設定值由800mm提升至850mm；二是要求在執(zhí)行凝泵并列運行前將凝汽器三路補水調(diào)門切手動控制，嚴防凝汽器實際水位偏低現(xiàn)象出現(xiàn)。通過這兩項技術預防措施，在正常運行中和凝泵并列切換時均未再發(fā)生凝泵汽蝕現(xiàn)象。