闭式水系统窜入压缩空气异常分析及建议

摘要：闭式水系统可为发电厂辅机设备提供机械密封及冷却水源，减少设备的腐蚀和污染，保证设备有较高的传热效率，提高设备的可靠性。现针对一次闭式水系统的异常，在系统分析各种原因的基础上，深入排查系统故障并使系统参数恢复正常。最后，给出了异常现象的运行注意事项及改进建议，以期保障机组安全运行。

关键词：火力发电厂;闭式水系统;异常处理

0    引言

闭式水系统可为部分辅机设备提供机械密封及冷却水源，是保障设备稳定工作的必要条件[1-2]。一旦闭式水系统出现故障，会造成设备的腐蚀和污染，并降低传热效率[3]，必须及时发现并排除故障。压缩空气进入闭式水系统的早期，关键参数可能未超过规定阈值，但结合运维检测记录及异常现象分析[4]，即可对设备当前状态做出评估并对潜在风险进行预判，这对运维工作具有重要意义。

1    设备简述及事件概况

某330 MW机组闭式水系统有化学除盐水和本机凝结水两路补充水源，正常运行方式下，由化学除盐水补水至位于标高18 m的10 m3闭式水膨胀水箱，经两台100%容量的单级双吸离心泵提压后向用户供冷却水源;本机凝结水为系统备用水源。整个系统如图1所示，基本流程可表述为：化学除盐水→闭式水膨胀水箱→闭式水泵→闭式水冷却器→用户→闭式水泵。

某日监盘人员发现发电机冷氢温度偏差逐渐增大，对氢冷器冷却水放气时发现排气量明显增大，同时化验人员发现闭式水电导率较往常有明显增大，查阅运行记录，发现闭式水泵电机电流和系统压力均无明显波动，系统异常前后水质主要监视参数如表1所示。

2    原因分析及排查过程

从异常现象来看，在补充水水质无明显变化的情况下，闭式水电导率明显增大，说明有杂质渗入系统中。氢冷器放气门处排气明显增大，说明可能是由于某种气体进入系统。大量现场经验表明，闭式水水质变差会导致污垢在机械密封处积累，引起轴承温度升高，甚至烧坏轴承;闭式水进入气体会导致闭式水泵气化、辅机温度失去控制，最终威胁机组运行安全，因此必须及时进行排查。

2.1    闭式水系统异常

闭式水膨胀水箱水位过低，空气进入闭式水系统。闭式水膨胀水箱可以消除水的流量波动及热膨胀，最终使系统压力维持稳定。若补水系统因发生故障而无法满足用水要求，或闭式水系统出现严重泄漏，水位降到安全水位以下，空气会通过水箱顶部排气管道进入系统。运维人员检查膨胀水箱就地水位计与DCS水位曲线均在正常范围内，补水系统未发现异常，冷却水系统也没有明显外漏现象。

2.2    辅机油系统泄漏

油系统冷却器破损，油进入闭式水系统。闭式水是辅机油系统的冷却介质，包括送、引风机油系统和密封油系统等。通常，闭式水压小于油压。一旦冷却器出现磨损，油将進入闭式水系统并导致水质变差。运维人员对闭式水放水，未发现水中有油污现象，且对所有油系统进行检查，油位均无明显变化。

2.3    系统有异动导致水质被污染

若系统因改造、检修或误操作而导致其与相邻系统连接的阀门被打开，且相邻系统压力高于闭式水系统压力，介质将会进入闭式水系统并对水质造成污染。新用户投运时系统放气不彻底，系统内气体会跟随闭式水流动，水流存在大量的气泡，会形成很高的局部压力，引起管路振荡，激起管壁积累的脏污，气体逐渐在氢冷器累积，导致冷氢温度异常。运维人员对现场工作及异动进行梳理，未发现异常且管路阀门开闭正确。

2.4    氢气系统泄漏

氢气可能由两处进入闭式水系统，一处是吸附式氢气干燥器的冷却系统，吸附式氢气干燥器以闭式水作为冷却介质，氢气可通过换热器进入闭式水系统;另一处是发电机氢冷器，其位置较高，此处氢压大于水压，氢冷器泄漏，会导致氢气进入闭式水系统。通过对放出的气体进行检测，发现该气体并不是氢气，且氢气系统压力及漏氢量均无明显变化。

2.5    压缩空气系统泄漏

空压机冷却器破损，压缩空气泄漏。该厂采用双螺杆式空气压缩机，闭式水作为压缩空气和工作油的冷却介质，正常工作时冷却器中的气体压力维持在0.7 MPa左右，若空压机冷却器破损，压缩空气会进入闭式水系统。按照顺序停运空压机并将冷却系统隔离，发现隔离#3空压机后闭式水系统气体含量明显减少，据此基本可以认为#3空压机存在漏点。将#3空压机管壳式冷却器解体检查，发现薄壁铜管存在明显腐蚀的破损点。检修人员对漏点进行处理后恢复备用，排尽系统内残留空气，并重新换水后系统恢复正常。

3    异常排查经验

闭式水系统作为主要的冷却介质，对水质要求较高，一旦系统出现异常，不仅影响其冷却效果，还会威胁设备安全，甚至造成轴瓦烧损、机组被迫停运等恶性事件。气体在氢冷器内部聚集，会导致冷氢温度剧烈波动，可能造成氢冷器铜管破损泄漏或发电机机座变形而产生剧烈振动。因此，必须重视闭式水系统的水质。

发现闭式水系统异常应立即组织排查。首先要检查系统压力是否正常，水中是否含有气体或油污。若水质不合格，应尽快换水;若水中含有气体，应立即排放干净系统内气体，并尽可能确定气体成分，再结合现象查找原因。

闭式水系统进入空气通常会引起冷氢温度波动。氢冷器一般位置较高，是闭式水用户的最高点，系统进入气体后，首先会聚集在氢冷器，造成冷氢温度异常，本例由于及时发现冷氢温度异常，并及时准确排查异常而避免了事故扩大。故障初期现象不明显，但结合经验对多种现象进行综合分析，可以快速找到问题所在。

4    运行注意事项及改进建议

闭式水系统运行期间要加强系统参数及水质监视。水箱尽量保持在高水位，避免系统水温大幅波动，定期打开系统放气门进行排气。新投运系统或系统检修后投运时应进行注水排空气，在空压机等易故障系统回水管路加装观察窗，加强水流检测，一旦发现空压机冷却器有漏点，应立即进行专业修复或更换冷却器。对辅机设备的热交换器进行定期检查并做压力试验，在空压机回水管道加装自动排气门，排气门与闭式水膨胀水箱上部相连，确保有空气进入时能及时排出。

5    结语

本文针对冷氢温度波动大引起闭式水系统异常的案例，对闭式水系统异常的检查、分析过程进行了总结，并提出改进方案与运行注意事项，为解决同类问题提供了参考。

[参考文献]

[1] 刘斌，赵欣慰，郑秀平.大型电厂闭式水系统压力波动处理及防范对策[J].山东工业技术，2018（23）：202.

[2] 卢泓樾.闭式冷却水系统大量空气进入的异常分析[J].浙江电力，2014，33（11）：27-29.

[3] 钱坤.火力发电机组闭式冷却水系统进气原因分析及处置方案[J].内燃机与配件，2019（5）：144-145.

[4] 李天波.发电机氢冷系统常见问题分析及处理[J].山东工业技术，2018（15）：43.

收稿日期：2021-01-11

作者简介：汪欢欢（1991—），男，河南南阳人，助理工程师，主要从事火电厂集控运行相关工作。