电站汽轮机组回热系统故障特性研究

2015-07-03王辉大连泰山热电有限公司辽宁大连116000

中国科技纵横 2015年12期

王辉（大连泰山热电有限公司，辽宁大连 116000）

电站汽轮机组回热系统故障特性研究

王辉
（大连泰山热电有限公司，辽宁大连 116000）

随着火电厂污染物排放标准的不断提高，进一步降低燃料消耗、提高机组热效率势在必行，这也对火力发电机组的热经济性提出了更高的要求。作为汽轮机的辅助设备，回热系统是火电厂热力系统的一个重要组成部分，电厂热经济性的优劣在很大程度上取决于回热系统的运行状况。它利用汽轮机的各段抽汽对给水进行加热，能够使蒸汽余热得到充分利用，减少了冷源损失，提高了朗肯循环的效率。因此有必要对汽轮机回热系统进行故障特性研究，对回热系统进行优化设计，能够在很大程度上改善电厂各项指标并获得更大的效益。

电力设备运行维护故障

1　电站回热系统的故障特性研究

回热加热系统对全厂热效率有重要影响，给水温度降低将直接增加电厂热耗率，进而降低机组的出力。在火力发电厂中，加热器、除氧器及连接管道和阀门等辅助设施共同组成了回热系统。其中加热器根据水侧压力的高低又可分为高压加热器与低压加热器。由于给水侧的压力和温度都相对较高，导致高加频繁出现故障，而高加解列对机组的安全和经济性都会产生较大影响。

相关数据和资料表明，锅炉爆管是制约火力发电机组等效可用系数提高的关键因素，而高加的运行状况已经成为影响机组等效可用系数的第二大因素。此外给水侧的短路现象也会造成给水温度偏离正常值，更有甚者会威胁到汽轮机设备的安全运行。回热系统的诸多故障需要采用更先进的诊断方法进行诊断，最大程度减小故障造成的损失，提高火力发电机组回热循环的热经济性。

1.1回热系统常见故障及原因剖析

（1）回热加热器自身故障。对导致高加停运的原因进行分析得出，内部管系泄漏的影响最大，并且往往会造成较为严重的后果，甚至引起高加爆炸。当高加内部管系出现泄漏时，如果汽机各级抽汽参数保持正常，将直接导致疏水水位的升高或使疏水调整门的开度增大。这将会使给水温升降低，并且增大给水进口与出口的压力差，威胁高加的安全运行。

由于高加内的隔板及密封垫料受到长期的水冲击作用力，容易发生变形损坏，会造成给水短路。即一部分给水没有经过抽汽的加热而直接进入下一级加热器，导致给水温度降低，回热效果变差。一旦发生高加进出水侧短路现象，如果当前运行参数正常，将会导致给水端差增加，加热器出口水温降低。

在高加的实际运行中，一些异物容易混入给水管道，进而造成管束的堵塞，使通流面积减少。将会导致给水端差增大、进出口给水压差增大的后果。当高加运行一段时间后，在传热面可能会发生结垢现象，使传热效果变差，导致给水端差和疏水均有所增大。

当疏水器产生故障和加热器出现内部管道泄漏时，加热器水位急剧升高，产生加热器满水现象。容易造成以下后果：水温度降低，影响机组效率；若高压加热器水侧泄漏，给水泵转速增大，影响给水泵安全运行；当严重满水时，容易诱发水冲击事故，造成叶片断裂，设备损坏等严重后果。

（2）回热加热器系统的故障。旁路系统故障是较为常见的回热系统故障，在实际运行中，经常因为旁路阀门关闭不严直接造成给水温度降低，影响到机组的热经济性。当疏水阀发生故障时，疏水不能够有效地排出加热器，会导致加热器内水位上升，淹没管束。加热器出口水温及疏水温度会在一定程度降低，端差增大。

如果设备的运行和维护经常处在较低的水平，容易使回热系统的控制设备出现故障。疏水阀门的开度可能出现异常状况，会造成加热器水位过高或无水位运行，增大加热器端差亦或降低蒸汽的能量使用。这都将使回热系统不能稳定高效运行，甚至对设备造成损坏引发更大的事故。注压检漏通常会在停机时的高加汽侧进行，一旦疏水阀门出现问题时，由于加热器内不能保持压力，检漏也将会变得较为困难。

（3）除氧器本体故障。在除氧器本体的故障中，较为常见的主要

有两种：排气带水（跑水）以及自生沸腾现象。排气带水一般是因为进水量或排气量过大造成的，而这种现象产生的根本原因在于除氧器运行工况的突变及操作不当。在没有抽汽加热的情况下，仅依靠来自其它各处汇集而来的汽水的热量已能将水加热到除氧器工作压力下的饱和温度，这种情况称为自生沸腾。自生沸腾会产生如下后果：抽汽管道上的逆止阀关闭，使除氧器的进汽室停滞，破坏了汽水逆向流动，除氧恶化，余汽的工质损失增加。

1.2回热系统故障诊断方法探讨

关于回热系统的故障诊断方法，国内外专家学者进行了大量的研究。在电厂回热系统的故障诊断中，神经网络及模糊判别方法应用地较为广泛。神经网络能在运算速度、联想能力以及大规模并行计算等方面等都有着较大的优势，能够在很大程度上弥补传统的专家系统的不足。对模糊模式识别方法来讲，确立一个合适的隶属函数能够在很大程度上提高故障诊断的准确度。隶属函数的确定要满足如下条件：能够很好地对故障进行分离，灵敏度高，能对系统微小异常变化产生反应，另外还需要避免故障的误判。

目前已经有不少对设备状态进行在线监测的软件投入使用，但由于回热系统单元数较大，故障种类繁多，并不能很好地对设备进行故障诊断。鉴于神经网络及模糊判别等诊断方法需要利用大量样本来进行训练，因此在实际的应用过程中还存在着很多的缺陷和不足。

虽然回热系统包含有众多个单元，但对大多数系统来说，其运行机制较为清晰，可以通过数学建模的方法对该系统进行具体描述，并借助热力学的相关理论，对电厂回热系统进行快速准确的故障诊断。

2　影响回热系统可靠度的因素

在当今的火力发电机组中，回热系统一般以常见的“三高四低一除氧”八级回热系统居多，加热器基本都是采用串联布置。但是串联布置中某一环节出现问题可能就会引发整个回热系统失效，故障率与每个部分运行状况直接相关。

影响回热系统稳定运行的因素主要有以下几个方面：

（1）系统中单元数的多少。在串联系统中，总的可靠度等于各单元可靠度的连乘，对应于汽轮机抽汽回热系统来说，即回热级数越多，系统越复杂，则系统可靠度越低，出现故障的几率也就越大。

（2）系统中单元可靠度。在回热系统中，由于所处的工作环境差异，各级加热器单元的可靠度也不尽相同。像低压加热器由于水侧和汽侧的压力和温度都处在较低的水平，因此它的可靠度较高，能够长时间保持稳定运行。相比较而言，高加的运行工况较为不稳定，其可靠度就较低。因此，保证高加的投入率对回热系统来说是至关重要的。

（3）执行工作任务的时间。随着系统运行时间的增加，其各个部分必然或多或少存在一定的损坏，势必影响整个系统的可靠度，甚至使系统停运崩溃，严重影响到回热系统的安全。因此，回热系统除

……

……了平时进行在线监测状态以为，还要定期对设备进行检修维护，以保证整个系统的安全稳定运行。

（4）运行操作水平。高水平的运行操作人员是电站机组安全高效运行的保证，随着火电机组容量和参数的不断增加，回热系统各单元的体积及也越来越大，工质参数越来越高，对运行人员的操作水平提出了更高的要求。在加热器尤其是高加的启停过程中应严格遵守有关规定，保持温升率和温降率保持在合适的水平。有关资料表明，1.85℃/min以内的温升率及温降率较为合适，当该值大于3.7 ℃/min时，便会加剧加热器的故障发生，缩短设备的使用寿命。

3　提高回热系统可靠度的技术措施

为了保证机组的抽汽回热效果，需要尽可能提高回热系统的可靠度，可从以下几个方面着手进行技术改造：

（1）鉴于高压加热器在回热系统中的重要作用以及较低的可靠度，因此提高高加单元的可靠度，保证高加的安全稳定运行十分有效。首先应对高加本身结构存在的缺陷进行分析，针对不足之处进行优化，其次尽可能选取高强度的材料，但同时还应该保证系统设备的加工制造水平。

（2）运用较为成熟的在线监测软件，对回热系统中可靠度较低的单元进行加强监测，结合实际经验，对当前设备的运行状态进行及时掌握，能够对设备的发展趋势进行预估。一旦发现出设备存在的问题，能及时对设备进行检修和维护，消除事故隐患。

（3）提高运行人员的操作水平。对机组运行人员进行定期培训，不断提高运行人员的操作水平及解决突发问题的能力。对回热系统而言，将加热器关键部件的所受应力值稳定在一定范围内，能够有效延长设备寿命，提高系统稳定性。其中，最关键的是对加热器材料的温升率和温降率进行严格控制，这可以通过对加热器出口的给水温度的变化来进行控制。

（4）设置性能可靠的保护系统。保护系统能够在回热系统出现异常时，及时动作并维持系统的安全运行。例如设置给水旁路系统，当某一级加热器内出现故障时，导致水位异常，便可切断该级的进出水口，经旁路进入下一级加热器。另外安全阀的设置也尤为重要，如果加热器内部管系发生泄漏，汽侧压力急剧增大，当压力超出一定值时，便有爆炸的危险，安全阀能够使汽侧压力迅速减小，保证加热器的安全。