某600 MW机组预防凝结水泵汽蚀的措施及分析

2017-04-11文大缀

电站辅机 2017年4期

文大缀

0　概述

在发电机组中，水泵出现汽蚀现象较为普遍。当水泵发生汽蚀后，不仅出力下降，严重时还会造成泵体材料的破坏。凝结水泵是汽轮机系统中的重要辅机，对机组的安全运行起着至关重要的作用。凝结水泵工作在高负压工况下，极易吸入空气，而一旦吸入大量空气，便会造成严重的汽蚀现象，使水泵的流量大幅摆动，产生强烈噪声和剧烈振动，直接影响机组的安全稳定运行［1-5］。在某型机组中，虽然采取双吸式首级叶轮、加装诱导轮，并将水泵安装在零米以下泵坑等措施，但仍时常发生汽蚀现象。现以两起凝结水泵的汽蚀事故为例，分析了发生事故的原因，并提出了防止凝结水泵汽蚀的措施。

1　系统配置及参数

某型机组的4号机为600 MW亚临界纯凝湿冷机组，配置2台立式长轴凝结水泵。水泵的主要参数，如表1所示。每台凝结水泵的参数，均可满足机组BMCR工况下的出力要求。通常工况下，采用一运一备的运行方式。凝结水泵的出、入口管道及阀门布置，如图1所示。为降低厂用电率，对凝结水泵系统进行了变频改造，采用了“一拖二”的设计方案。在系统中，增设了1台高压变频器。运行时，凝结水泵采用变频运行方式，备用凝结水泵则采用工频运行方式。根据设备定期试验和轮换制度的要求，每月进行1次备用凝结水泵的启停试验，每季度进行1次轮换水泵的操作，轮换凝结水泵时，需同时切换水泵的电气控制系统。凝结水泵的电气控制图，如图2所示。

表1　凝结水泵主要参数

图1　凝结水泵的系统布置

图2　凝结水泵的电气控制图

2　事故过程及分析

2.1　检修后凝结水泵发生汽蚀

2.1.1事故过程

当时，4号机组的负荷为300 MW，2号凝结水泵为变频运行。1号凝结水泵检修后，在试运行时，发现在泵体与出口管道连接法兰处，有大量漏水。此时，出口电动门正在联锁开启，需待完全开启后再联锁关闭(开与关的时间均为3 min)。在此期间，机组真空度及2号凝结水泵的入口负压开始下降。2号凝结水泵的入口负压及凝汽器真空度的变化曲线，如图3所示。发现真空度降低后，立即采取了措施，关闭1号凝结水泵入口电动门，并就地关闭了1号凝结水泵入口电动门前的手动门、出口电动门旁路手动门、抽真空的2个手动门。经27 s后，凝结水的流量产生了剧烈波动并下降(流量变化为0～767 t/h)。2号凝结水泵的电流从162 A下降为57A。除氧器水位在快速下降。2号凝结水泵的电流、流量及除氧器水位的变化曲线，如图4所示。因此，只能快速降低机组负荷，但系统真空度仍在持续下降。判断入口电动门及电动门前的手动门未能严密隔绝系统，立即关闭入口电动门后的手动门，机组真空度不再下降，2号凝结水泵也恢复了出力。

图3　2号凝结水泵入口负压及凝汽器真空度的变化曲线

图4　2号凝结水泵电流与流量及除氧器水位的变化曲线

在此过程中，机组负荷最低下降至151 MW。凝汽器高压侧的真空度，降至－80.7 kPa(停机值为－79.7 kPa)，低压侧的真空度，降至－90.1 kPa。除氧器的水位，最低至1 334.7 mm。当水位降至1 450 mm时，触发了保护动作，使2台汽动给水泵跳闸，联锁启动了电动给水泵。事故后，隔绝了1号凝结水泵。检修水泵时发现，拆出的水泵出口法兰垫片，在局部区域已被严重损坏。

2.1.2事故分析

发现1号凝结水泵的出口法兰大量漏水后，立即停泵，泵出口管道的压力快速下降，大量空气通过损坏的法兰垫片漏入凝汽器和1号凝结水泵入口管道，并通过入口联络母管，进入了运行中的2号凝结水泵，导致凝汽器真空度下降，也使2号凝结水泵发生了汽蚀现象。机组最终被迫降负荷，引发2台汽动给水泵跳闸，并险些造成“凝汽器真空低”保护停机的事故。通过该事例，分析了引发事故的原因。

(1)停泵时，凝结水泵出口电动门处于正在打开状态，至完全关闭，约耗时6 min。所以，应待出口电动门完全开启后，再停泵，可减少凝汽器真空度下降以及2号凝结水泵的汽蚀时间，约3 min。

(2)就地手动关闭1号凝结水泵入口电动门前的手动门、出口电动门旁路手动门、抽真空手动门，需要较长时间。最终判断入口电动门及电动门前手动门不能严密隔绝系统后，再关闭入口电动门后的手动门，耗时约10 min。因隔绝故障设备的时间较长，造成机组被迫降负荷。

2.2　备用凝结水泵漏入空气

2.2.1事故过程

事故前，4号机组的负荷为600 MW，2号凝结水泵变频运行。按系统要求，需对凝结水泵进行定期的轮换操作，转换1号凝结水泵为变频运行。停运2号凝结水泵后，发现1号凝结水泵入口负压有波动(幅度为3 kPa)，同时，凝结水流量也发生了变化(幅度为140 t/h)。1号凝结水泵的入口负压与流量的变化曲线，如图5所示。检查发现，2号凝结水泵有泄漏，密封盘根已破损。为防止泄漏增大，决定隔绝2号凝结水泵。首先，关闭了2号凝结水泵抽真空的2个手动门，将2号凝结水泵入口电动门前、后手动门，关至开度的60%(确保快速关闭入口手动门隔绝2号凝结水泵)。2号凝结水泵停运后，出口电动门开始联锁关闭，就地人员快速关闭了入口电动门前、后手动门。此时，2号凝结水泵出口管道有撞击声，并发现入口法兰处漏水，立即开启入口手动门，关闭出口电动门旁路手动门，法兰不再漏水。3 min后，2号凝结水泵出口电动门被完全关闭，再次关闭入口手动门，完成了2号凝结水泵的隔绝操作。经检查，发现2号凝结水泵出口逆止门的阀瓣紧固螺栓已松动、盘根磨损、入口滤网法兰垫片已损坏。

图5　1号凝结水泵入口负压及流量变化曲线

2.2.2事故分析

因2号凝结水泵盘根磨损，空气被吸入泵体，造成1号凝结水泵汽蚀。空气通过连接管道，进入了运行中的1号凝结水泵。但盘根的磨损程度较轻，吸入空气量较少，所以，水泵的汽蚀程度较小，而后续的处置操作不当，导致事故被扩大。

(1)当发现凝结水系统的参数异常并就地检查后，确认了2号凝结水泵盘根漏水，但未能及时判断异常的原因。吸入的空气造成1号凝结水泵汽蚀，不是及时将2号凝结水泵隔绝，而是启动2号凝结水泵，停运1号凝结水泵。2号凝结水泵的运行，升高了凝结水的压力，使漏水量变大。该轮换操作，增加了后续事故处理的风险。

(2)对2号凝结水泵的隔绝操作，在预案上的设想不充分。对事故的防范措施，仅考虑了防止凝汽器真空度的下降和1号凝结水泵的汽蚀。在2号凝结水泵出口电动门未完全关闭时，便快速关闭了入口手动门，未制订阀门关闭不严的防范措施。而2号凝结水泵出口逆止门的阀瓣紧固螺栓松动，造成泵停运后，逆止门未完全关闭，使凝结水倒流，导致2号凝结水泵入口管道压力超过设计值，入口滤网的法兰垫片被损坏。