汽轮机排汽装置低真空测点取样可靠性研究

吴永波

（山西大唐国际临汾热电有限责任公司，山西 临汾 041000）

0 引言

山西大唐国际临汾热电有限责任公司2×300MW 单元机组，为亚临界、一次中间再热、燃煤、脱硫、空冷、抽汽凝汽式发电机组。三大主机分别由哈尔滨锅炉有限责任公司、上海电气集团股份有限公司和上海电机集团股份有限公司制造。DCS 系统为北京日立控制系统有限公司生产的HICAS-5000M 控制系统。机组单元控制部分共有机柜40 个、CPU 22 对，分别控制本台机组的MCS、FSSS、SCS、DAS、ECS、ETS、DEH、MEH 等功能。ETS 即危急遮断系统，接受DEH 系统、TSI 系统或其它系统来的停机信号，动作停机电磁阀AST1-AST4。ETS 系统也是日立控制系统有限公司的HICAS-5000M 控制系统，由一对冗余配置的控制器进行运算和控制。

1 汽轮机排汽装置低真空测点取样可靠性研究

1.1 排汽装置真空度对汽轮机运行的影响

汽轮机排汽装置真空度直接对机组的经济、安全、可靠运行有着重大影响，汽轮机真空过低将带来以下影响：

1）汽轮机内热焓降减少，从而使出力降低，降低了汽轮机的效率，减少了经济效益。

图1 汽轮机低真空测点取样管路坡度图Fig.1 Slope map of the low vacuum point sampling line of the turbine

2）低压缸内蒸汽密度增大，使尾部叶片过负荷，造成叶片断裂。

3）增大级反动度，使轴向推力增大，推力轴承过负荷，严重时使推力轴承钨金熔化。

4）排汽温度升高，造成低压缸热膨胀变形，低压缸轴承上抬，破坏机组的中心产生振动，还会造成轴承径向间隙变化，产生摩擦而损坏设备。

因此，确保汽轮机低真空取样可靠，机组汽轮机低真空保护、自动信号准确测量，对机组的经济、安全、可靠运行至关重要。

1.2 汽轮机低真空测点取样独立性分析

该机组汽轮机低真空主保护信号取样装置、取样管路敷设、检测仪表、DCS 系统逻辑设计、安装如下：

1）在排汽装置顶部取出一根取样管，引至汽轮机前箱低真空试验块处，由低真空试验块取出两根仪表管，并分别接两个真空开关（一通道接LV1、LV3；二通道接LV2、LV4）[1]。

2）真空压力开关设计为接常开点，逻辑信号取反。正常运行时，真空值低于-31KPa，逻辑中低真空保护信号为0，当真空高于-31KPa 时，真空开关由常闭变为常开，逻辑中低真空保护信号变为1。经ETS 四取二判断后（LV1或LV3 动作与上LV2 或LV4 动作），触发汽轮机低真空保护动作，遮断汽轮机[2]。

该方案在运行中虽未发现异常，但由于从排汽装置到低真空试验块之间的取样管为单一取样管，属于单点保护[3]。另据现场观察，从设计上来说该取样管的坡度也不符合真空管道施工设计要求，极易出现水塞现象，如果出现水塞现象，当实际运行中真空降低时，真空开关可能延迟动作或拒动，导致机组产生严重损坏。故现有低真空保护设计存在较大的保护误动或拒动的可能性。

1.3 取样管路敷设及安装分析

查阅机组运行维护数据及机组检修记录，存有汽轮机低真空压力显示测量失准、汽轮机低真空相关保护误动、低真空保护信号拒动。典型事件如下：

图2 汽轮机低压缸内低真空测点取样装置断裂图Fig.2 Fracture of low vacuum point sampling device in the low-pressure cylinder of a turbine turbine

1）机组频繁发生汽轮机低压缸左右侧真空压力显示异常，将取样管路对空排放后，显示恢复正常。综合判断原因为，汽轮机低真空管路较长，管路敷设坡度较小，管路积水导致汽轮机低真空测量失准，如图1 所示。

2）机组投产初期发生过两次机组背压RB 保护误动异常事件，异常事件为取样管路坡度设计不足，导致取样口引出管路部位积灰，机组排汽背压测量信号突变，触发机组背压过速率保护。

3）梳理机组历次停机记录，分析机组汽轮机、小汽轮机停机过程真空保护开关动作曲线，发现机组汽轮机、小汽轮机停机过程真空保护开关动作异常，开关定值正确，综合分析为管路坡度设计不足，导致汽轮机、小汽轮机低真空保护、监视信号测量失准，造成汽轮机、小汽轮机停机过程真空保护开关动作异常。

1.4 取样装置可靠性分析

查阅机组历次检修记录，多次发现机组低真空取样装置在低压缸内断裂，如图2 所示。

针对汽轮机低真空取样装置损坏事件，分析原因如下：

1）汽轮机低压缸内汽轮机低真空取样装置未设计支撑，导致机组正常运行及启停时，低真空主保护测点取样装置晃动较大，取样装置焊口最终断裂，导致测点测量失真。

2）低真空保护取样装置取样管径小、壁厚薄，导致取样装置断裂。

2 汽轮机排汽装置低真空测点取样可靠性改进

2.1 取样管路独立性改进

依据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中9.4.3 要求，“所有重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则，确因系统原因测点数量不够，应有防保护误动措施”[4]。需重新在汽轮机低压缸开孔，实现汽轮机低真空主保护信号独立性取样，取消低真空试验模块或在汽轮机低真空取样管路独立取样后的低真空管路上设置独立的低真空试验模块，确保汽轮机低真空主保护信号取样可靠。

图3 改进后的汽轮机低真空取样装置Fig.3 Improved steam turbine low vacuum sampling device

2.2 取样管路敷设改进

针对汽轮机低真空取样管及管路敷设、安装不可靠，导致机组发生的典型事件，制定如下优化建议：

1）汽轮机低真空作为机组重要的压力保护、自动信号，取样管路直径应大于20mm，以防止取样管管径小导致水、杂质积存，影响机组汽轮机低真空保护、自动信号测量。

2）汽轮机低真空管路敷设路线应尽可能短，大于3m小于50m，防止取样管路敷设太长导致管路变形、压力信号传输受损，影响机组汽轮机低真空保护、自动信号测量。

3）汽轮机低真空管路敷设时，坡度应一直保持倾斜向上，与低压缸夹角小于90°（建议夹角为45°～80°），压力开关置于取样点的上方，距离不宜远离汽轮机[5]。

经改进，汽轮机低真空取样管路敷设路线、坡度、管径设计、安装符合现行相关标准及技术规范，满足机组实际运行环境需求。

2.3 测点取样装置改进

针对汽轮机低真空主保护取样装置无支撑，取样管径小、壁厚薄等缺陷，设计一种汽轮机低真空取样装置，使该汽轮机低真空取样装置满足以下要求：

1）加强汽轮机低真空主保护取样装置支撑设计，确保机组正常运行时，汽轮机低压缸内汽轮机低真空主保护取样装置不发生大幅度晃动。

2）加大汽轮机低真空主保护取样装置取样管经、壁厚，管经设计30mm ～50mm、壁厚4mm ～5mm，长度600mm，采用四基座焊接，如图3 所示。

3 改造后的效果

利用机组停备及检修机会，先后完成“汽轮机低真空取样管路独立性改造”“ 取样管路敷设路线、坡度、管径重新设计、安装”“汽轮机低真空取样装置优化”技术改造，综合改进完成后，有效提升了机组汽轮机排汽装置真空测点取样的可靠性，运行3 年来，汽轮机低真空保护、自动信号测量准确，再无汽轮机低真空相关异常事件发生。

4 结束语

机组运行参数测量准确，对机组安全、经济运行十分重要，作为火电厂热控专业从业人员，应综合分析热工信号取样装置、传输管线及路线、检测仪表、二次仪表及DCS 系统逻辑设计、安装合理性，并进一步结合机组运行维护数据、检修记录，充分分析热工信号摄取、应用可靠性，针对存在严重影响热工信号摄取、应用可靠性的安全隐患，积极推进、完成热工信号摄取、应用可靠性提升优化，确保机组安全、经济运行[3]。