摘要 闡述了水沖擊事故產(chǎn)生的機理及其危害性,并著重分析了橫門電廠300MW機組再熱器冷段發(fā)生水沖擊的原因,同時提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞 再熱器冷段 水沖擊 原因分析 防范措施
水沖擊事故在發(fā)電廠時有發(fā)生,而橫門電廠2臺300MW機組就曾發(fā)生過較為嚴(yán)重的水沖擊事故,為了避免類似水沖擊事故發(fā)生,筆者認(rèn)為必須了解水沖擊產(chǎn)生的原因機理,認(rèn)識它的嚴(yán)重危害性,才能采取相應(yīng)在的預(yù)防措施。
1水沖擊產(chǎn)生的機理
水沖擊又稱水錘,是由于蒸汽或水突然產(chǎn)生的沖擊力,使承載其流動的管道或容器發(fā)生不暢的情況下產(chǎn)生的。電廠中的水沖擊大多是由于蒸汽管道積水或疏水不暢而形成空氣塞、水塞障礙,以致高速蒸汽不能順暢通過,于是蒸汽沖擊這些水塞,從而發(fā)出巨響和強烈的震動,甚至造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。
2水沖擊的危害性
2.1水沖事故實例及其危害性
水沖擊事故是電廠的大敵,輕則引起管道的強裂震動,重則破壞管道的支吊架,拉裂管道彎頭焊接口,若水沖擊事故發(fā)生在汽輪機內(nèi)部,其造成的危害將更大:損傷汽輪機葉片,冷水沖擊熱態(tài)汽輪機會使汽缸、大軸產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力,直接導(dǎo)致汽缸和轉(zhuǎn)子發(fā)生變形、彎曲,出現(xiàn)或擴展裂紋,嚴(yán)重?fù)p害汽輪機,甚至導(dǎo)致整臺機組報廢。如:
1996年,美國西屋公司生產(chǎn)的機組有7臺汽輪機發(fā)生12次水沖擊事故,6次造成嚴(yán)重?fù)p壞,需整體返修;
1991年,我廠6號機再熱器進口處發(fā)生水沖擊事故,支吊架損壞,再熱器進口管與進口聯(lián)箱焊接處完全斷裂,停機搶修一周;
1994-12-25,我廠5號機大修后,首次啟動,因再熱器冷段積水未疏盡,開啟205閥送汽暖管過程中,當(dāng)高旁開度由10%開大到15%時,再熱器冷段發(fā)生劇烈的水沖吉,導(dǎo)致高壓缸A側(cè)排汽管某焊口斷裂,再熱器冷段管道部分支吊架拉斷,承吊鋼梁變形,停機搶修一周。
2.2我廠發(fā)生的水沖擊事礦特點
水沖擊事故的相同點是:
(1)都是發(fā)生在啟動或重新啟動過程中;
(2)都是發(fā)生在再熱器冷段;
(3)都是發(fā)生在300MW機組;
(4)都造成再熱器管道支吊架不同程度的損傷,管道焊接處裂斷。
水沖擊事故的不同點是:5號機水沖擊點發(fā)生在再熱器冷段靠近高壓缸排汽口處,而6號機水沖擊點發(fā)生在低溫再熱器進口聯(lián)箱附近。
3 300MW直流爐再熱器冷段發(fā)生水沖擊的成因分析
3.1積水源
根據(jù)前面所述,蒸汽管道發(fā)生水沖擊的前提條件是管道形成水塞——積水,那么積水又來自何處:
(1)積水來自再熱器的事故噴水;
(2)積水來自過熱器減溫水,積于主蒸汽管道經(jīng)高旁減壓閥后積于再熱器冷段;
(3)主再熱器蒸汽管道在暖管過程中,暖管不充分,操作過快,大量蒸汽遇冷凝結(jié)成水積于管道中;
(4)高壓旁路減溫水門關(guān)不嚴(yán)或誤開;
(5)鍋爐200或201等閥門關(guān)不嚴(yán),爐水經(jīng)這些閥門泄漏到主蒸汽管。
3.2積水原因
蒸汽管道形成水塞的另一原因是疏水不暢,疏水不暢的因素有:
(1)疏水管道堵塞或疏水閥故障(如閥芯脫落);
(2)疏水口安裝過高,未安裝在管道的最低點;
(3)疏水管徑過??;
(4)疏水閥前后壓差過??;
(5)疏水管出口與其他高壓疏水管連接時高壓疏水倒灌至低壓疏水管。
3.3 5號機再熱器冷段水沖擊事故的原因分析
1994-12-25,5號機發(fā)生的水沖擊事故的可能因素有:3.1(1)、3.1(2)、3.1(3)、3.1(4)、3.1(5)、3.2(1)、3.2(3)。
因水沖擊發(fā)生在開啟高旁之時,說明水沖擊事故與操作不無關(guān)系,有關(guān)記錄顯示,操作符合3.1(3)的情況。再者,事故后發(fā)現(xiàn)再熱器冷段疏水袋疏水電磁閥燒壞了,所以3.2(1)也是這起水沖擊事故的主要原因之一。
另外,再熱器冷段疏水袋水位調(diào)節(jié)閥一般投自動運行方式,只有當(dāng)疏水袋水位高時才自動打開疏水電磁閥,這對啟動初期的疏水狀況極為不利。再者,該疏水袋的旁路管過細(xì)(外徑約28mm),大大小于該處的防腐管徑(外徑約62mm),而且疏水袋的旁路門在關(guān)閉狀態(tài)。于是在啟動初期快速開大一級旁路時,高壓飽和蒸汽夾帶著凝結(jié)水沖至再熱器冷段,因疏水不通致水袋水位快速升高,形成水塞,于是就發(fā)生了水沖擊事故。
4再熱器冷段水沖擊事故的預(yù)防措施
4.1從設(shè)計安裝方面預(yù)防水沖擊
正是由于水沖擊事故是電廠的常見事故,且它的危害性比較大,故而國內(nèi)外的專家都十分重視水沖擊事故,特別是對預(yù)防汽輪機水沖擊尤為重視。美國西層公司為此對設(shè)計安裝、運行維護等方面作了十分詳細(xì)的指導(dǎo)性建議,我國有關(guān)調(diào)試和設(shè)計安裝部門也為此結(jié)合國產(chǎn)機組作了若干規(guī)定。1975年“中間再熱機組技術(shù)經(jīng)驗交流會”汽輪機專業(yè)小組就曾提出了以下建議:
(1)接到疏水聯(lián)箱和疏水膨脹箱的疏水管應(yīng)按壓力等級分開,聯(lián)箱上壓力高的管道應(yīng)放在最外側(cè);
(2)疏水管應(yīng)有足夠的通流面積,而再熱器系統(tǒng)設(shè)備龐大,壓力較低,為此,其冷、熱段的疏水管徑應(yīng)大些;
(3)疏水聯(lián)箱和疏水膨脹箱應(yīng)有足夠的容積和排泄能力;
(4)疏水節(jié)流孔板的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于防止堵塞和檢查;
(5)裝設(shè)溫度測點,借助溫差預(yù)報積水情況。
4.2從運行維護方面預(yù)防水沖擊
(1)杜絕一切能夠流積于主、再熱蒸汽管道的水源。機組啟動前的系統(tǒng)檢查尤為重要,應(yīng)核實各減溫水門在關(guān)閉狀態(tài);
(2)確保疏水暢通,消除水塞,檢查確認(rèn)各疏水門在應(yīng)開的位置;
(3)操作緩慢,暖管充分,為防止蒸汽在管道內(nèi)大量凝結(jié)而積水,開啟205閥時應(yīng)緩慢進行,并確認(rèn)高旁減壓閥開度不大于10%,注意高壓旁路后溫度變化速度,同時注意管道的震動,當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道有撞擊聲,應(yīng)減慢操作速度,必要時關(guān)小或關(guān)閉高壓旁路減壓閥,直至撞擊聲消除后才可繼續(xù)操作。
(4)增設(shè)疏水管道,及時疏盡積水
由于205閥前的管道與分離器直接相通,且有一段長達數(shù)十米的水平管段。然而205閥前沒有裝設(shè)疏水管及疏水管及疏水門,不便疏水排放,因此若在205閥前增設(shè)一疏水門,不僅可及時將積水疏盡,同時也使得205閥前的一段管道得到充分的暖管。
(5)增設(shè)旁路門,便于控制暖管速度
分離器出汽閥205是一個電動門,而非調(diào)整門,雖可點動調(diào)節(jié),但它的實際開度難于掌握和監(jiān)視,也就增加了暖管過程中升溫升壓速度的控制難度。一旦操作不細(xì)心,205閥將全開,1MPa的壓力蒸汽夾帶積水經(jīng)過再熱器在主蒸汽管道大量地、迅速地凝結(jié)成水。若在此加設(shè)旁路門,在開啟205閥之前,先開旁路門,一則可降低205閥前后的壓差,二則可達到控制蒸汽量之目的。
(6)增大疏水管徑,保證疏水暢通
基于3.2(3)的原因和4.1(2)要求,將再熱器冷段疏水袋旁路的管徑改成與防腐管一樣大小的管子,同時在啟動初期將疏水袋電磁閥切至手動(全開)位置,與旁路門并列運行,這樣大大增加了再熱器冷段的疏水通流面積,從而加快了疏水速度。
5結(jié)束語
再好的設(shè)備,若忽視主觀因素的影響,亦難完全避免水沖擊事故的發(fā)生。只有做好以上幾點,并進行認(rèn)真負(fù)責(zé)的運行管理,才可以將水沖擊事故及其損傷降低到最低程度。