淺析大型超超臨界機(jī)組低加疏水問題

蘇文杰

（中國(guó)電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450000）

對(duì)于超臨界或超超臨界火力發(fā)電機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng)，特別是末級(jí)和次末級(jí)疏水，由于其抽汽壓力低，且末級(jí)和次末級(jí)的抽汽壓差不大，其對(duì)應(yīng)的低加疏水管道合并后疏至疏水冷卻器，運(yùn)行參數(shù)高低變化對(duì)疏水狀態(tài)影響大，同時(shí)，疏水管道線路若較長(zhǎng)、轉(zhuǎn)彎過多、疏水匯合點(diǎn)位置選擇不合理，容易出現(xiàn)汽液兩相流，造成疏水管道振動(dòng)、疏水不暢等問題，不但降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，還影響機(jī)組的安全性，甚至對(duì)設(shè)備造成損壞引起事故。

1.低壓加熱器疏水系統(tǒng)概述

目前大容量燃煤發(fā)電機(jī)組加熱器多采用臥式，布置于除氧間，加熱器疏水系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)采用逐級(jí)串聯(lián)疏水方式，即從較高壓力的加熱器疏水至較低壓力的加熱器。各臺(tái)加熱器的緊急疏水管道在緊急疏水閥之后也不再合并成一根管道，而是各自引至凝汽器背包式疏水?dāng)U容器?，F(xiàn)通常1000MW高效超超臨界機(jī)組5、6號(hào)低加疏水逐級(jí)自流至7號(hào)低加，7號(hào)低加疏水經(jīng)2×100%容量的低加疏水泵（帶一拖二變頻裝置）升壓后送至7號(hào)低加凝結(jié)水出口管道；8號(hào)、9號(hào)低加通常布置于凝汽器喉部，疏水各自引出后合并為一根母管，然后分成兩路：一路正常運(yùn)行時(shí)疏水進(jìn)入疏水冷卻器，然后經(jīng)疏水冷卻器冷卻后通過疏水立管自流至凝汽器；一路危急工況時(shí)疏水直接疏至凝汽器。每臺(tái)低壓加熱器（8號(hào)、9號(hào)低加除外）均設(shè)有單獨(dú)的事故疏水接口，其疏水管道單獨(dú)接至凝汽器疏水?dāng)U容器。

每臺(tái)加熱器的疏水管路上均設(shè)有疏水調(diào)節(jié)閥，用于控制加熱器正常水位。危急疏水管道上均設(shè)有低負(fù)荷/事故疏水調(diào)節(jié)閥，低負(fù)荷時(shí)，用于調(diào)節(jié)低加水位，事故時(shí)能快速打開將疏水排至凝汽器。疏水調(diào)節(jié)閥布置位置盡量靠近下一級(jí)接收疏水的加熱器或疏水?dāng)U容器，以減少兩相流動(dòng)的管道長(zhǎng)度，避免引起疏水管道的振動(dòng)。

2.低壓加熱器疏水系統(tǒng)常見問題

低壓加熱器疏水一般為飽和水或過冷水（過冷度一般不大），如果低加疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，或管道布置不合理，疏水閥門位置距離下一級(jí)設(shè)備入口較遠(yuǎn)，末兩級(jí)低加疏水管道匯合點(diǎn)位置選擇不合理等原因，易造成低加疏水管道振動(dòng)、疏水不暢、低加水位難以控制等問題。大型火電機(jī)組末兩級(jí)低加一般布置在凝汽器喉部，且其抽汽管道上未配置逆止閥和截止閥，當(dāng)?shù)图痈咚粫r(shí)，危急疏水閥一旦動(dòng)作出現(xiàn)卡澀或故障，容易造成低壓缸進(jìn)水；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，對(duì)管道中疏水流動(dòng)狀態(tài)影響很大，可能產(chǎn)生汽液兩相流，造成管道振動(dòng)、沖刷、疏水不暢，降低機(jī)組安全性。低加危急疏水閥開啟，疏水未經(jīng)下一級(jí)冷卻器冷卻直接排入凝汽器，造成額外的冷源損失，增加凝汽器的熱負(fù)荷，同時(shí)也會(huì)增大下一級(jí)抽汽量來加熱凝結(jié)水，抽汽量的增加減少了做功量，造成機(jī)組熱耗增加，降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

3.低壓加熱器疏水系統(tǒng)問題分析

3.1 疏水管道振動(dòng)原因分析

發(fā)電廠疏水管道振動(dòng)的原因復(fù)雜，從運(yùn)行、設(shè)計(jì)和安裝等方面考慮，分析其振動(dòng)原因可能有機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，管道疏水可能產(chǎn)生汽液兩相流，造成管道通流能力減弱、沖刷，引起管道振動(dòng)，同時(shí)造成疏水不暢。疏水管道施工安裝不規(guī)范，如彈簧支吊架調(diào)整方法不科學(xué)，銷子拆除方法不規(guī)范，造成管道系統(tǒng)安裝工藝達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而引起管道振動(dòng)。 末兩級(jí)低加疏水管道疏水匯合點(diǎn)位置選擇不合理，造成疏水匯合點(diǎn)附近有汽液兩相流，引起管道振動(dòng)，同時(shí)造成疏水不暢。疏水管道上閥門的設(shè)置位置距離凝汽器或下一級(jí)加熱器較遠(yuǎn)，疏水閥后管道距離較長(zhǎng)，在疏水閥后易產(chǎn)生汽液兩相流，引起管道振動(dòng)。低加管束泄漏、破管，疏水流量增大，引起管道振動(dòng)。 疏水閥門卡澀，引起閥后管道內(nèi)汽液兩相流動(dòng)產(chǎn)生汽蝕和沖擊，引起管道振動(dòng)。

3.2 疏水不暢原因分析

疏水管道系統(tǒng)真空嚴(yán)密性不好，可能空氣漏入使疏水存在氣堵，造成疏水不暢。調(diào)節(jié)閥特性不良或通流能力不足，出現(xiàn)汽液兩相流時(shí)基本失去調(diào)節(jié)功能，造成疏水不暢。 因低加抽汽壓力小，造成低加疏水壓差小，且隨著負(fù)荷的降低壓差更小，壓頭不足，極易造成疏水不暢。疏水管路布置不合理造成疏水流動(dòng)阻力大，或閥門布置位置距離凝汽器或下一級(jí)加熱器較遠(yuǎn)，疏水閥后管道距離較長(zhǎng)，在疏水閥后易產(chǎn)生汽液兩相流，引起疏水不暢。

4.低壓加熱器疏水系統(tǒng)問題治理措施

針對(duì)某1000MW大型超超臨界機(jī)組低加疏水系統(tǒng)中出現(xiàn)的疏水不暢、管道振動(dòng)、沖刷等問題進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，具體治理措施可歸納為以下幾種方法。

4.1 疏水管道和閥門改進(jìn)措施

疏水管道改進(jìn)的方法首先是降低從管道始端至終端的流動(dòng)總阻力，同時(shí)在管路布置上盡量降低負(fù)高差或不出現(xiàn)負(fù)高差，并保證疏水壓力始終大于疏水溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力并有一定的余量不引起疏水在管道中汽化，否則會(huì)產(chǎn)生汽液兩相流，引起管道通流阻塞、疏水不暢。另外，疏水閥后管道易汽蝕沖刷破損，可選用耐磨材質(zhì)，如選用12Cr1MoVG管材，同時(shí)閥后管徑設(shè)計(jì)時(shí)增大1～2級(jí)。對(duì)于疏水管道上閥門閥芯通流能力不足，可以通過改造增大閥籠通流面積，緩解低加疏水不暢；或者采用阻力系數(shù)小的閥門，并把閥門布置在靠近下一級(jí)加熱器的位置，盡量減小閥后管道的長(zhǎng)度。另外，疏水管路布置盡量簡(jiǎn)化，距離短，少轉(zhuǎn)彎，避免出現(xiàn)U型彎或倒U型彎布置結(jié)構(gòu)。

4.2 低加疏水系統(tǒng)改進(jìn)措施

低加疏水系統(tǒng)在采用逐級(jí)自流傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，正常疏水時(shí)，由傳統(tǒng)逐級(jí)自流進(jìn)入凝汽器，優(yōu)化為5#低加疏水，自流經(jīng)6#低加進(jìn)入7#低加，7#低加疏水通過2×100%容量的低加疏水泵（帶一拖二變頻裝置）升壓后送至7號(hào)低加凝結(jié)水出口管道。

每臺(tái)低加（8號(hào)、9號(hào)低加除外）均設(shè)有單獨(dú)的事故疏水接口，其疏水管道單獨(dú)接至凝汽器疏水?dāng)U容器。8號(hào)、9號(hào)低加疏水匯合后共用一路事故疏水至凝汽器。

圖1 改造前 低加疏水系統(tǒng)

圖2 改造后 低加疏水系統(tǒng)

8#低加疏水管道設(shè)置U型水封的高度要能使得在各種工況下U型水封內(nèi)保持合理水位高度，使得8#低加疏水不阻塞影響9#低加正常疏水。8號(hào)、9號(hào)低壓加熱器通常布置于凝汽器喉部，疏水各自引出后合并為一根母管，然后分成兩路：一路正常運(yùn)行時(shí)疏水進(jìn)入疏水冷卻器，改造前經(jīng)疏水冷卻器冷卻后通過單機(jī)水封自流至凝汽器，改造后經(jīng)疏水冷卻器冷卻后通過低加疏水立管自流至凝汽器；一路危急工況時(shí)疏水直接疏至凝汽器。

4.3 末兩級(jí)低加疏水布置改進(jìn)措施

圖3 改造前 末兩級(jí)低加疏水系統(tǒng)及管路

改造前，8#低加疏水管道為了設(shè)置U型水封，在空間布置上直接由8#低加疏水接口9.45 m引管至－2.0 m，9#低加疏水接口9.45 m也引管道至-2.0 m匯合后合并成一根母管，匯合點(diǎn)距離疏水冷卻器入口距離較遠(yuǎn)，約50 m，然后流至布置在0 m地面的疏水冷卻器，經(jīng)冷卻后疏至單級(jí)水封，疏水冷卻器至單級(jí)水封的管道最高點(diǎn)為6.5 m。機(jī)組運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)8#、9#低加疏水不暢，低加水位高，需打開危急疏水管路才能保持低加水位在合理范圍。

圖4 改造后 末兩級(jí)低加疏水系統(tǒng)及管路

經(jīng)過分析優(yōu)化后，對(duì)8#和9#低加疏水管道進(jìn)行改造，改造后8#、9#低加疏水管道單獨(dú)引至疏水冷卻器附近再匯合，匯合點(diǎn)標(biāo)高為0.8364米，匯合點(diǎn)距離疏水冷卻器入口僅2.5米左右。疏水經(jīng)過疏水冷卻器冷卻后流至低加疏水立管，低加疏水立管入口標(biāo)高定在8.50米，低加疏水立管上部設(shè)置排汽管（管徑為?168mm）與凝汽器上部汽側(cè)相連，下部管道（管徑為?273mm）與凝汽器熱井相連。改造后，末兩級(jí)低加疏水效果很好，問題得到完善解決。

4.4 管道振動(dòng)改進(jìn)措施

低加疏水管道振動(dòng)原因可以從安裝、運(yùn)行、設(shè)計(jì)等方面去排查。如果管道振動(dòng)時(shí)其附近的吊架也振動(dòng)，甚至吊架振幅比管道振幅還大，可以通過調(diào)整支吊架松緊度來抑制管道的振動(dòng)，有的情況甚至可以通過調(diào)整達(dá)到消除管道振動(dòng)的目的。運(yùn)行中可能出現(xiàn)低加設(shè)備爆管、破損等情況，使得輸水量急劇增加引起管道振動(dòng)，此時(shí)可在管路轉(zhuǎn)彎處附近增設(shè)限位支架，以此來消除或預(yù)防管道振動(dòng)。危急疏水閥后管道因?yàn)榻?jīng)常出現(xiàn)兩相流情況，出現(xiàn)危急疏水工況時(shí)，管道振動(dòng)不可避免，在管路轉(zhuǎn)彎處附近可增設(shè)阻尼支架、限位支架來預(yù)防管道振動(dòng)。

5.結(jié)語(yǔ)

針對(duì)大型火力發(fā)電機(jī)組低加疏水系統(tǒng)以及低加疏水管道常見問題，在對(duì)其原因歸納分析研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)多方面的改進(jìn)措施，并依托某1000MW大型超超臨界機(jī)組成功對(duì)其低加疏水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，且對(duì)低加疏水管道進(jìn)行了治理改造。改造后，低加疏水系統(tǒng)省去單級(jí)水封，增設(shè)低加疏水立管，并合理設(shè)定疏水進(jìn)入疏水立管入口標(biāo)高，同時(shí)優(yōu)化了末兩級(jí)低加疏水管路布置和匯合點(diǎn)位置，徹底消除了低加疏水不暢、管道振動(dòng)等問題，取得了很好的成效，提高了機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。