火電廠汽輪機組凝結(jié)水溶氧超標原因探究
某發(fā)電公司1號汽輪機組采用哈爾濱汽輪機廠與日本三菱公司聯(lián)合設(shè)計、生產(chǎn)的630MW超臨界一次中間再熱單軸三缸四排汽凝汽式汽輪機，型號為CLN6...
某發(fā)電公司1號汽輪機組采用哈爾濱汽輪機廠與日本三菱公司聯(lián)合設(shè)計、生產(chǎn)的630MW超臨界一次中間再熱單軸三缸四排汽凝汽式汽輪機，型號為CLN630-24.2/566/566，于2008年8月投入商業(yè)化運營。2015年12月機組小修啟動后凝結(jié)水溶氧超標，高達102 μg/L，而合格標準為20μg/L。
在凝汽式火力發(fā)電廠中，凝汽器是汽輪發(fā)電機組的重要附屬設(shè)備之一，其作用之一是去除凝結(jié)水中的氧氣。汽輪發(fā)電機組凝結(jié)水溶氧超標，將會腐蝕凝結(jié)水系統(tǒng)，由此產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物在汽水系統(tǒng)中遷移，就會腐蝕機組的熱力設(shè)備，造成設(shè)備的結(jié)垢、積鹽，引起傳熱惡化，甚至引發(fā)爆管和主汽門卡澀，嚴重影響機組的安全經(jīng)濟運行[1]。所以控制凝結(jié)水溶氧是火電廠的重要工作之一，對機組長期安全穩(wěn)定運行 具有非常重要的意義。本文從凝結(jié)水溶氧形成的原因及諸多影響因素著手，介紹了現(xiàn)場排查凝結(jié)水溶氧的方法，經(jīng)過綜合分析并借助現(xiàn)代科技手段對該機組負壓系統(tǒng)進行了全面查漏，找出負壓系統(tǒng)泄漏點并進行了封堵處理，取得了良好效果。本研究為火電廠凝結(jié)水溶氧超標的原因分析及查找提供了新思路和新方法。
1影響凝結(jié)水溶氧超標的因素分析
影響凝結(jié)水溶氧超標的因素主要有以下幾點：
1）凝汽器熱井凝結(jié)水存在過冷度的前提下，凝汽器中存在空氣，其中部分氧氣就可能溶解在凝結(jié)水中，使凝結(jié)水達不到飽和溫度，導(dǎo)致凝汽器真空除氧裝置除氧效果下降，造成溶氧升高。
2）如果凝結(jié)水存在過冷卻現(xiàn)象，由于過冷度較大，凝結(jié)水溫度達不到對應(yīng)壓力下的飽和溫度，凝汽器大量補水時就有可能造成凝汽器熱井中的凝結(jié)水溶氧量升高。
3）汽輪機機組負壓（冷端）系統(tǒng)（包括凝汽器汽側(cè)、排汽缸、6號至8號低加、軸封加熱器、軸加水封、軸封系統(tǒng)、高低加危急疏水管道放水門）泄漏[2]。
4）現(xiàn)場凝結(jié)水溶氧化學(xué)取樣點一般設(shè)置在凝結(jié)水泵出口母管，從凝汽器熱井到凝結(jié)水泵進口（凝汽器熱井底部放水門、凝結(jié)水泵入口母管放水門、凝結(jié)水泵進口門、凝結(jié)水泵入口安全閥、凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)排氣門及排污門、凝結(jié)水泵機械密封）系統(tǒng)都處于負壓狀態(tài)，如果這段管路系統(tǒng)存在漏點，這段負壓管路系統(tǒng)上漏進的空氣會使凝結(jié)水泵出口溶氧快速升高[2]。
2凝結(jié)水溶氧超標現(xiàn)場排查方法
凝結(jié)水溶氧超標的現(xiàn)場排查主要有以下數(shù)種方法：
1）核對表計與人工測量數(shù)據(jù)的準確性，同時通過排汽溫度進行綜合判斷，排除表計問題；
2）檢查凝汽器補水量及補水中溶氧情況（檢查除鹽水箱水位標高是否高于凝汽器水位,如果低于凝汽器水位，則向凝汽器補水時就會帶氣，造成凝結(jié)水溶氧升高）；
3）檢查凝結(jié)水系統(tǒng)輔助設(shè)備問題，尤其是凝結(jié)水泵入口閥門盤根不嚴、放水門不嚴、安全閥泄漏、凝結(jié)水泵盤根不嚴、凝結(jié)水密封水壓力偏低、凝汽器熱井底部放水閥不嚴等問題；
4）軸封系統(tǒng)檢查，比如大、小機軸封壓力是否偏低、軸加U型水封筒溫度是否過高（如果大于50℃，軸加水封可能撕破）[2]；
5）負壓系統(tǒng)查漏，負壓系統(tǒng)分兩部分，一種是長期負壓部分，包括凝汽器汽側(cè)、低壓缸、本體疏水?dāng)U容器、8號低加汽側(cè)、凝汽器熱井至凝結(jié)水泵進口（含凝結(jié)水泵機械密封）；另一種為短期負壓部分，高負荷為正壓，低負荷為負壓，如6號、7號低加汽側(cè)。
6）調(diào)整凝結(jié)水過冷度，觀察凝結(jié)水溶氧變化，過冷度較大可能會引起凝結(jié)水溶氧增大。過冷度可以通過調(diào)整循環(huán)水流量（循環(huán)水泵高低速切換）、循環(huán)水塔池啟閉機投退來調(diào)整；
7）凝結(jié)水泵切換為備用泵運行，或在備用凝結(jié)水泵機械密封處涂黃油并關(guān)閉備用凝結(jié)水泵進口門和抽空氣門，觀察凝結(jié)水溶氧變化情況。
3凝結(jié)水溶氧超標處理對策
1）通過過冷度、表計、人工測量數(shù)值、排汽缸溫度綜合判斷，凝結(jié)水溶氧超標有兩種原因：凝汽器熱井至凝結(jié)水泵出口管路系統(tǒng)有負壓點泄漏；凝汽器汽側(cè)（冷端）有泄漏。
2）對凝汽器熱井至凝結(jié)水泵進口（含凝結(jié)水泵機械密封）負壓系統(tǒng)進行檢查，步驟如下：手動關(guān)緊凝汽器熱井放水手動門，并加裝臨時堵板；手動關(guān)緊凝結(jié)水泵入口母管放水手動門；關(guān)閉備用凝結(jié)水泵進口電動門并手動關(guān)緊；提高凝結(jié)水泵本體密封水壓力；在相關(guān)負壓閥門處涂抹黃油；切換備用凝結(jié)水泵運行，排除泵機械密封部分不嚴導(dǎo)致泄漏的可能性。觀察凝結(jié)水溶氧變趨勢，未發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水溶氧下降。
3）調(diào)整軸封汽壓力，現(xiàn)場檢查軸加疏水U型水封筒溫度和軸加水位，結(jié)果正常，并對軸加U型水封筒注水排空，基本排除軸加水封因被撕破造成空氣漏入，從而引起凝結(jié)水溶氧超標的情況。
4）通過關(guān)停循環(huán)水塔池A側(cè)啟閉機，以此來提高凝汽器循環(huán)水進水溫度tw1，使凝結(jié)水過冷度降低，觀察凝結(jié)水溶氧變化趨勢。結(jié)果顯示，凝結(jié)水溶氧變化并無規(guī)律可尋。
5）通過負荷變化觀察凝結(jié)水溶氧變化趨勢，排除6號低加系統(tǒng)汽側(cè)泄漏的可能性，但是我們發(fā)現(xiàn)機組負荷由440MW升高至550MW后，隨著7A低加汽側(cè)壓力的升高，凝結(jié)水溶氧由70μg/L下降至30μg/L，變化較明顯，這說明7A低加汽側(cè)負壓部分存在明顯的泄漏點。但30μg/L并未達到標準值，說明其他負壓部分還有漏點。凝結(jié)水溶氧變化趨勢如圖1所示。
6）將真空嚴密性試驗結(jié)果結(jié)合凝結(jié)水過冷度進行分析，排除因過冷度影響造成凝結(jié)水溶氧高的可能。凝結(jié)水溶氧排查前真空嚴密性為ΔP＝66Pa/min，確認與凝汽器連接的負壓系統(tǒng)有泄漏。
7）利用氦質(zhì)譜真空檢漏儀，用氦氣作為示蹤氣體檢查長期負壓部分泄漏點。結(jié)合該公司常發(fā)生泄漏的真空點進行查漏，發(fā)現(xiàn)1A低壓缸擴建端膨脹節(jié)、1B低壓缸擴建端膨脹節(jié)、1B低壓缸固定端大氣薄膜、1B小機排汽缸大氣薄膜、1A低壓缸靠A排膨脹節(jié)、1B真空破壞門、7A低加汽側(cè)放水門等負壓段漏點較大，數(shù)據(jù)分析如表1所示。依據(jù)電廠熱力試驗規(guī)程,其檢漏標準為：漏率≥1×10-6 Pa•m3/s的情況為大漏點； 2.0×10-7Pa•m3/s≤漏率＜1×10-6Pa•m3/s的情況為中漏點；漏率＜2.0×10-7 Pa•m3/s的情況為小漏點[3]。
8）運行人員手動關(guān)嚴7A低加汽側(cè)放水門并用燭光試漏，結(jié)果正常；其他負壓系統(tǒng)泄漏點經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員用專業(yè)密封膠進行封堵處理。經(jīng)過以上綜合治理后，該機組真空嚴密性由66 Pa/min下降至20pa/min。最終1號機組凝結(jié)水溶氧由102μg/L下降至12μg/L。 凝結(jié)水溶氧下降情況如圖2所示。
4結(jié)果分析
由該機組凝結(jié)水溶氧大的原因分析及排查結(jié)果來看，影響本次1號機組凝結(jié)水溶氧增大的主要原因為7A低加汽側(cè)放水門未關(guān)嚴，且1B低壓缸固定端大氣薄膜、1A低壓缸擴建端膨脹節(jié)、1B低壓缸固定端大氣薄膜負壓系統(tǒng)泄漏。而1號機組7A低加汽側(cè)在負荷550MW左右為正壓，低于550MW負荷為負壓。抽汽壓力也會影響溶氧情況：負荷高，抽汽壓力高，加熱器汽側(cè)由負壓變?yōu)檎龎海回摵傻停槠麎毫Φ停訜崞髌麄?cè)由正壓變?yōu)樨搲海绻摷訜崞鞔嬖诼c，就會造成空氣漏入，即空氣直接進入疏水?dāng)U容器到熱井（在凝汽器抽氣口下方，離抽氣口較遠），這部分不凝結(jié)氣體無法被真空泵抽走，從而造成溶氧增大。
5討論
該發(fā)電公司1號機組于2012年4月份小修前，凝汽器真空嚴密性較差，最嚴重時達400Pa/min[3]，但當(dāng)時凝結(jié)水溶氧并不大，其原因分析如下：汽輪機抽真空系統(tǒng)的作用是抽走凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體，維持真空。當(dāng)時借助氦質(zhì)譜真空檢漏儀對汽輪機組負壓系統(tǒng)進行查漏，發(fā)現(xiàn)大機低壓缸大氣薄膜和中低壓缸連通管及小機排汽缸大氣薄膜漏點較大，漏入的空氣被抽真空系統(tǒng)抽走，這部分漏入的空氣并未溶于凝結(jié)水，即使漏入少量的空氣也被凝汽器真空除氧裝置除掉。也就是說即使真空嚴密性較差，也并未導(dǎo)致凝結(jié)水溶氧升高，但是卻嚴重影響機組的經(jīng)濟性，必須及時治理。
如果在機組啟停過程中，運行人員未遵守運行規(guī)程，在停機時先破壞真空后再關(guān)停軸封汽，或過早停運循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵，或在機組溫?zé)釕B(tài)啟動時送軸封汽時間較長，凝汽器建立真空時間和循環(huán)水泵啟動滯后，在真空未建立的情況下使熱負荷進入凝汽器，這樣就有可能造成災(zāi)難性的后果：排汽缸超壓致使大氣薄膜撕裂漏真空，這樣會拖延機組啟動速度，并可能影響凝結(jié)水溶氧。所以建議機組溫?zé)釕B(tài)啟動時，應(yīng)先啟動循環(huán)水泵，使之向凝汽器送循環(huán)水，然后送軸封汽，并在真空未建立的情況下嚴禁熱負荷進入凝汽器。不能一味追求節(jié)能，造成大氣薄膜撕裂漏真空，致使開機延遲消耗更多的電能。
從凝結(jié)水溶氧形成的原因來考慮，重點查找區(qū)域為凝汽器熱井至凝結(jié)水泵進口（含凝結(jié)水泵機械密封）及疏擴負壓系統(tǒng)。常用查找方法包括在備用凝結(jié)水泵機械密封處涂黃油，關(guān)閉備用凝結(jié)水泵進口門和抽空氣門，提高運行凝結(jié)水泵密封水壓力，檢查2臺凝結(jié)水泵入口安全門，并檢查凝汽器熱井放水門、凝結(jié)水泵入口安全門、凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)排污門、凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)放氣門等。
冬季寒潮來臨時，循環(huán)水溫度特別低，此時易造成凝結(jié)水過冷，達不到飽和溫度，使凝汽器真空除氧裝置除氧效果下降，這極有可能會使凝結(jié)水溶氧增大。
我們可以考慮增設(shè)屋頂除鹽水箱或保持現(xiàn)有除鹽水箱水位標高始終高于凝汽器水位，這樣可以防止因凝汽器補水造成凝結(jié)水溶氧超標。
很顯然，除了上述檢查區(qū)域，各個低壓加熱器負壓系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、大小機排汽缸大氣薄膜及中低壓缸連通管也是重點排查區(qū)域。我們認為在運行實踐過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，辨別機組真空系統(tǒng)嚴密性與凝結(jié)水溶氧的關(guān)系，適時借助現(xiàn)代科技手段，如氦質(zhì)譜真空檢漏儀，全面檢查運行機組負壓系統(tǒng)是否有泄漏，這對提高機組的經(jīng)濟性和安全性大有裨益。
6結(jié) 論
本文通過對火電廠汽輪機組凝結(jié)水溶氧超標的主要影響因素進行分析和闡述，介紹了凝結(jié)水溶氧超標的主要分析方法和思路。通過氦質(zhì)譜真空檢漏儀對汽輪機組負壓系統(tǒng)查漏并對漏點進行封堵處理，凝結(jié)水溶氧達到優(yōu)良值，取得了良好效果。凝結(jié)水溶氧的大小涉及到設(shè)計、制造、安裝、維護、檢修、運行等多個環(huán)節(jié)。作者主要從運行角度分析了凝結(jié)水溶氧超標的原因和防范對策，供兄弟電廠借鑒參考。
參 考 文 獻
[1]韓中合，田松峰，馬曉芳.火電廠汽機設(shè)備及運行[M].北京：中國電力出版社，2002年2月.
[2] 汪杰斌，趙榮，章遐林，等. 火電廠凝結(jié)水溶氧增大原因分析及處理對策[J]，熱力透平，2012，41（4）：300-302.
[3] 汪杰斌，林建軍，章遐林，等.600MW超臨界機組真空系統(tǒng)的檢漏及處理對策[J].發(fā)電設(shè)備，2013，27（1）：27-30.
作者簡介：
汪杰斌（1974-），男，本科，工學(xué)學(xué)士，高級工程師；中國電機工程學(xué)會會員；安徽省特種設(shè)備檢測院培訓(xùn)中心專家?guī)斐蓡T；Email：whwjb@sina.com
注：本文被2016年中國電機工程學(xué)會（南京）年會錄用并在大會發(fā)言交流，論文收入大會論文集。
責(zé)任編輯：李鑫
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