凝汽器低真空保护动作原因分析

2020-12-07卢伟明陈筱松

今日自动化 2020年4期

卢伟明陈筱松

[摘要 ]汽轮机凝汽器的真空度对于机组的运行安全和经济性具有很大影响，在机组运行过程中，凝汽器运行状态的恶化将会直接导致汽轮机热耗、汽耗增大和出力的降低;此外，真空降低会引起汽轮机的排汽缸温度升高以及汽机轴承的中心偏移，进一步还会引起汽轮机组的振动。某电厂2020年4月30日#2机启动过程中凝汽器真空变送器显示数据正常，却发生凝汽器真空低开关保护动作机组跳闸的事件，通过分析变送器数据、测点位置、压力开关动作值等各方面因素，找到本次跳闸事件的原因，提出解决办法。

[关键词]凝汽器低真空保护动作;凝汽器;真空低;跳闸;原因分析

[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）04–00–03

[Abstract]The vacuum degree of the steam turbine condenser has a great influence on the safety and economy of the unit operation.During the operation of the unit， the deterioration of the operating state of the condenser will directly lead to the increase of the heat consumption and steam consumption of the steam turbine and the reduction of the output; in addition， the decrease of the vacuum will cause the temperature of the exhaust cylinder of the steam turbine and the center deviation of the turbine bearing， and further cause the steam Vibration of wheel set.On April 30， 2020， during the start-up of No.2 unit in a power plant， the data displayed by the vacuum transmitter of the condenser was normal， but the protection action of the low vacuum switch of the condenser occurred.By analyzing the data of the transmitter， the position of the measuring point， the action value of the pressure switch and other factors， the causes of the trip event were found out， and the solutions were put forward.

[Keywords]condenser low vacuum protection action; condenser; low vacuum; trip; cause analysis

1 概述

汽輪机的凝汽器内部设置了有冷却水管，循环水不断在冷却水管内流过，此时汽轮机排汽进入凝汽器，排汽遇冷后立刻凝结成水，放出的汽化潜热被冷却水管内冷却水带走，使凝汽器内的蒸汽接近冷却水温度。蒸汽饱和压力跟其饱和温度是相对应的，排汽被凝结成水后引起比容急剧缩小，体积也跟着大大缩小，使凝汽器内部形成高度真空，接着利用抽气机不断将凝汽器内的空气等其它不凝结气体抽走，以保持凝汽器的真空状态。

在汽轮机的正常运行过程中，凝汽器的真空度下降会对凝汽器产生诸多不利的影响，因此，一般火力发电机组保护都带有低真空度跳机保护，来保护汽轮机以及凝汽器的设备设施安全。传统低真空保护一般是在真空度低于某一设定值后直接动作跳机。

某电厂配置两套型号为STAG109FAMS的“一拖一多轴”型燃气—蒸汽联合循环发电机组，每套发电机组主要由PG9351FA型燃气轮机、HG-9FA-361-10.1/539.6-2P型余热锅炉、LNC/N115-9.88/539/1.9抽凝汽轮机组成。抽凝汽轮机为高压、单轴、双抽、凝汽式、轴向排汽机组。轴向排汽至N-3000-13型凝汽器，为单壳体、单背压、单流程、表面式结构，主要部件有凝汽器本体、排汽过渡段、冷却水进出口、除氧器。在排汽过渡段内设有旁路蒸汽管道及水幕喷淋装置，汽流下游位置设有四个网笼式测量管如图1所示。

2 事件经过

2020年4月30日6：02：36，#2汽机压力3.0 MPa，主汽温度398 ℃，蒸汽品质合格，高压旁路调节阀开度在85%，汽机开始冲转。06：22：08和06：23：17，汽机转速为2100r/min，凝汽器真空低保护压力开关63-4/LV、63-3/LV分别先后动作（保护动作定值为：-75 kPa），汽机跳闸发讯，06：23：17，汽机主汽门关闭。当时三个真空变送器测量值显示分别为-75 kPa、-87 kPa、-87 kPa，操作员站显示真空为-87 kPa。

3 事件分析

3.1 真空测量、保护配置情况

本厂凝汽器真空测量，配置3个压力变送器（PT101、PT102、PT103），4个压力开关（63-1/LV、63-2/LV、63-3/LV、63-4/LV）。压力开关与压力变送器各在凝汽器的一侧。如图1所示，沿汽流方向右侧，点1单独一根引压管，引压至压力变送器PT101，点2共用一根引压管，引压至压力变送器PT102和PT103，3个模拟量采用的是三取中输出显示和报警。沿汽流方向左侧，点3装有压力开关63-1/LV和63-3/LV，组成#1通道;点4装有压力开关63-2/LV和63-4/LV，组成#2通道。#1通道的任意一个以上压力开关与#2通道的任意一个以上压力开关组合跳汽机。点5为高压旁路接口，点6为中压旁路接口。

3.2 原因分析

图2显示了4月30日#2机启动过程中真空相关参数的趋势。随着高压旁路调节阀开度的逐渐开启，凝汽器真空变送器PT101逐渐向上，走势与排汽压力测点基本一致;但另外2个真空变送器PT102、PT103趋势基本走平，3个压力变送器之间存在偏差，并随着蒸汽量的增加偏差越来越大。6：23，3个真空变送器测量值分别为-75 kPa、-87 kPa、-87 kPa，保护动作值为-75 kPa的真空低保护压力开关63-4/LV、63-3/LV动作，机组跳闸，转速下降。

从整个启动过程的相关参数趋势分析，可得出#2机真空低跳机的原因：

（1）布置于点2的变送器PT102、PT103未能真实反映凝汽器内部的真空。汽机排汽压力、凝汽器之间通过排汽过渡段连接，排汽压力与凝汽器真空的数值非常接近，在进入凝汽器的蒸汽量逐步增加的过程中，位于凝汽器下部的点2变送器PT102、PT103的测量值仅下降了3 kPa，而排汽压力、布置于点1的变送器PT101均下降了12 kPa。

对比#1机和#2机测点布置，#1机点1布置了PT101、PT102，点2布置了PT103测点，虽然二台机组的真空变送器接口有所不同，但#1机的真空测量同样存在点1测点的真空测量值与点2测点的真空存在偏差，且点1测点的真空测量能随着排汽压力的变化而变化，而点2测点的真空变化很小如图3所示。

从而可以猜测，在点2位置布置的真空点并不能真实反映出凝汽器内部真空。利用停机机会检查凝汽器内部真空探头的安装方式符合规范要求，只是点2布置于凝汽器下部，取压管段比点1长了2.5m。分析认为：虽然采用了符合规范要求的真空测量探头，但汽机采用轴向排汽方式，由于凝汽器测量取样点在饱和蒸汽区，真空中带水严重，且取压管的内径小（28×3）mm，取压管段从凝汽器引出到测压表计路径太长，尽管坡度足够，但在实际测量过程中，水蒸气仍有可能在其中凝结成水塞。真空测量管路积水后，水在管路中形成的水柱有一重力，往往会出现测量值比实际值大的现象。当机组真空度实際降低时，由于测量值偏大，会导致机组在高背压下运行，造成运行人员误判断和保护拒动。

（2）凝汽器容量偏小，真空偏低，在机组启动或工况剧烈变化时易发生低真空保护动作。

通过查看2019年1月到2020年5月的运行曲线，可以看出由于循环水系统采用闭式循环，凝汽器容量偏小等问题，在各种工况下的凝汽器实际真空与设计值偏差较大，机组一直是较低真空运行。相关数据见表1。

4 改进措施

为防止点2引压管内产生积水，消除真空测量表计间的偏差，提高真空测量的准确性，采取了以下改进措施：

（1）经过对凝汽器真空取样管路进行全面检查，更改管路布置，缩短点2引压管的长度。对易积水点进行改造，规范施工工艺，彻底解决取样管路积水问题。

（2）将原有太小的取样管改为统一为大管径的不锈钢管，彻底解决因为取样管内通径太小、大小管焊接而导致疏水不畅的情况。

（3）凝汽器内部的真空取样管在穿壁时应采用一根管一次弯管而成，避免两截管内、外壁在焊接时，焊料的堆积导致内径变小，最后疏水不畅的情况。

（4）将穿壁孔的位置提高，从而可以加大取样管路的坡度，防止疏水不畅。

（5）可采用细网状不锈钢得网笼作为测压头，由此减轻饱和蒸汽带水进入取样管内。

（6）焊口位置应尽量放在竖直管处，却因无法避免时，应加大焊口处管坡度。

（7）内部取样管沿凝汽器壁四周敷设布置时，应焊接固定支撑架，直角转弯处采用一根管弯管并保持或加大坡度，不建议采用直角弯头焊接，尽量减少焊点个数，防止焊接工艺差造成的疏水不畅，产生积水。

（8）疏水管应延伸至凝汽器热井底板进行水封，并确保取样管路全程完后无破损，焊点着色检查合格。