600MW超臨界機組汽輪機進水和進冷氣防止措施論文
[摘要]以某臺600MW超臨界機組位例，介紹汽輪機進水和進冷氣的危害、特征及原因，分析了反措和有關導則要求，提出了進水后的解決方法和詳細的防范措施。
[關鍵詞]汽輪機 進水 防范措施
汽輪機進水會引起汽缸變形、動靜間隙消失發生碰磨、大軸彎曲等，直接表現為葉片的損傷與斷裂、閥門及汽缸結合面漏汽、動靜部分碰磨、推力瓦的燒損、汽輪機的高溫金屬部件產生永久變形、熱應力引起金屬裂紋影響使用壽命。根據事故調查規程有關規定，對于大型機組，汽輪機進水或進冷氣后如果產生上述后果均為重大設備事故。因此，對于直流機組，必須制定完善的防范汽輪機進水措施。
1 汽輪機進水的主要現象
汽輪機進水后一般都有比較明顯現象，主要如下：
1.1. 高中壓缸上、下缸溫差明顯增大，或增大趨勢加快。高中壓缸上、下缸溫差在機組啟動、停運、正常運行過程中基本是在小于42℃之內，差值的變化趨勢一般也在5℃/分鐘的范圍，如果超過這兩個限制可就必須采取措施。
1.2 主、再熱蒸汽溫度突降，過熱度減小。主汽溫度要高于汽缸最高金屬溫度50度，蒸汽過熱度不低于50度，主汽溫度變化率在5℃/分鐘的范圍，機側主汽溫度不得低于爐側10℃等都是運行人員在監盤中必須牢記。
1.3 汽輪機振動增大。汽輪機進水或冷蒸汽，使高溫金屬部件突然冷卻而急劇收縮，易產生較大熱應力和熱變形，機組脹差變化，機組強烈振動，動靜部分軸向和徑向碰磨，因此，機組正常運行時，軸振異常增大的主要原因為汽輪機進水或冷氣。
1.4 抽汽管道發生振動。回熱抽氣管道進水或進冷氣，飽和蒸汽產生的氣錘效應和金屬材料熱變形都會產生管道的強烈振動，即如高加投運過快造成的管道振動，在損壞設備的同時有可能造成人身傷害。
1.5盤車狀態下盤車電流增大或盤車跳閘。機組啟停過程中，盤車電流變化一般3-5A，轉子與汽封摩擦時容易造成電流異常增大或盤車跳閘。
1.6 汽輪機進水實例
某臺600MW超臨界機組為一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機，直流鍋爐。29日滑參數停機，18點30分機組解列投盤車，電流29.2A正常。機組解列前，就地打開一、二、三段抽汽電動門前疏水手動門、高中壓導汽管疏水手動門、高中壓本體疏水手動門和機側主再熱汽管道疏水手動門；解列后，真空到零就地關閉軸封減溫水手動門。21：03高排管道上下壁溫度分別由185℃和195℃開始下降，下壁溫相對上壁溫下降較快，至21：44下壁溫降至103℃，至23：57上壁溫降至100℃并穩定下來。30日2：00抄表人員發現大機高壓外缸上下壁溫差達到34℃（上缸253℃、下缸219℃），分析汽缸可能進冷汽，2：30盤車跳閘，電流最大至75Ａ，高壓外缸上下壁溫度分別為254℃和190℃（溫差64℃），3：10最低下缸105℃、上缸254℃（溫差149℃）；進水后，運行人員對汽輪機及管道系統進行疏水后轉入悶缸處理。
2 汽輪機進水的主要原因
2.1 鍋爐主、再熱蒸汽溫度失控或主蒸汽流量瞬間突增；啟動過程中升壓過快，或滑參數停機過程中降壓降溫速度過快，使蒸汽過熱度降低，甚至接近或達到飽和溫度，導致管道內集結凝結水。
2.2 汽輪機回熱系統加熱器水位高、除氧器滿水，且保護裝置失靈，使水經抽汽管道返回汽輪機內造成水沖擊。
2.3 啟動時，軸封供汽或回熱抽汽管道疏水不暢或未能充分暖管，積水或疏水進入汽缸；停機時，切換備用軸封汽源，因處理不當使軸封供汽帶水。
2.4 機組滑參數停機后，悶缸措施錯誤，主汽疏水門不能及時關閉，造成汽缸進冷氣。
2.5 凝汽器滿水，淹到低壓缸。
2.6由于操作不當或閥門不嚴，再熱器減溫水不能有效切斷，積存在再熱蒸汽冷段管內或倒流入高壓缸中，當機組啟動時，積水被蒸汽帶入汽輪機內。
2.7 高旁減溫水在高旁關閉后不能聯關，或閥門泄露，凝結水泵運行的情況下自再熱冷段進入汽缸。
上述機組進水后分析其原因即為，機組停運后電泵運行，中間抽頭閥門未關閉，鍋爐A側再熱減溫一直有4.3噸流量，直到30日3：10停止電泵流量才到零。
3 反措及導則中防止汽輪機進水要點
防止火電廠二十五項重大事故的要求、防止汽輪機進水或進冷氣導則有關注意事項除上面已敘述外，還應當重視以下幾點。
３.1運行中主、再熱蒸汽溫度突降超規定值或下降至極限值，應立即緊急故障停機。
3.2汽輪機盤車中發現進水，必須保持盤車運行一直到汽輪機上下缸溫差恢復正常。同時加強汽輪機內部聲音、轉子偏心度、盤車電流等的監視。
3.3汽輪機在升速過程中發現進水，應立即停機進行盤車。
3.4汽輪機運行中進水監測報警時，應迅速查明原因并消除。若振動、脹差、上下缸溫差的變化達到停機值時應立即停機。
3.5有關人員應當具備和熟悉掌握以下知識：轉子安裝原始彎曲的最大晃度值、機組正常運行的波特圖和盤車電流情況、正常停機惰走曲線、正常停機后汽缸金屬溫度下降曲線、通流部分軸向和徑向間隙。
3.6啟動和低負荷時，不得投入再熱蒸汽減溫器噴水，在鍋爐熄火或機組甩負荷時，應當及時切斷減溫水。
4 典型的邏輯
目前設計階段防止汽輪機進水和進冷氣在疏水門的設計和測點的配置上都能滿足有關要求，DCS組態中一般設置有比較典型的邏輯，主要如下。
4.1 高壓主汽門前、主蒸汽導汽管側疏水門：汽機跳閘或負荷<10%聯鎖開，負荷>15%聯鎖關
4.2高排逆止門前后均有一個疏水門，每個門自帶有兩個疏水罐（尺寸：高度- 300mm；直徑- 145mm），分別裝設一個高液位開關和一個低液位開關。高排逆止門前疏水門：汽機跳閘或負荷<10%或高排逆止門已關或疏水罐水位高聯鎖開；負荷>15%且疏水罐水位低聯鎖關。
4.3再熱蒸汽熱段管道疏水門：汽機跳閘或負荷<10%聯鎖開；負荷>15%或疏水罐水位低聯鎖關；再熱蒸汽導汽管側疏水門：汽機跳閘或負荷<10%聯鎖開；負荷>15%聯鎖關。
4.4 抽汽溫度#1~#6段抽汽管道均有上下壁溫度監視，但只做顯示用，不做報警。
4.5 高、低加水位高保護動作聯關抽氣逆止門、抽氣電動門、給水旁路運行，抽氣管道疏水門邏輯為：汽機跳閘或負荷<15%或逆止門關聯鎖開，負荷>15%聯鎖關； 5、6段抽氣管道疏水門邏輯汽機跳閘或負荷<20%或逆止門關聯鎖開，負荷>25%聯鎖關；
4.6 除氧器水位高高跳給水泵、聯關四段抽氣逆止門和電動門。
4.7 高旁減壓閥開允許開高旁減溫水調整門。
4.8 再熱減溫水隔絕門設計負荷低聯關邏輯。
5 完善的防止汽輪機進水措施
從眾多汽輪機進水實例看，僅靠上述邏輯和運行人員加強監盤質量還遠遠不夠，必須制定一個完善的措施，保證不能進水進冷氣，進水后有明顯的提醒手段。
5.1 CRT畫面上增加主、再熱蒸汽過熱度報警。當前主蒸汽壓力下對應的飽和溫度與主蒸汽實際溫度的偏差低于50發出報警。主蒸汽管道上的疏水門（包括高壓缸主氣門前疏水門和主蒸汽導汽管側疏水門），建議增加如下聯鎖：
（1）當主蒸汽過熱度小于35℃時，自動打開疏水門。
（2）當主蒸汽過熱度大于50℃時，自動關閉疏水門。
（3）當任一過熱度下降速率大于5℃/min時，聯開相應疏水門。
5.2 增加凝汽器水位高聯開#5低加出口排水電動門的邏輯，防止凝汽器水位高進水。
5.3 增加主汽溫度、再熱汽溫度、高排溫度、高旁后溫度、高壓缸上下缸溫差、中壓缸上下缸溫差的變化率顯示，當達到報警值時發軟光字報警。
5.4 增加各抽氣管道、高旁調整門后管道、高排管道上下壁溫差大于15度的報警；有必要增加聯鎖開對應疏水門邏輯。
5.5 安裝液位罐測量水位的，設置液位高報警聯開疏水門邏輯，使液位報警時罐體顯示紅色；熱控人員需要定期測試液位罐水位測量的可靠性，為防止開關失磁或電接點電極泄露，應當有足夠備件。
5.6 熱控專業在安裝TSI系統探頭后保存好安裝原始記錄，有必要記錄頂軸油泵單臺和兩臺運行條件下間隙電壓值，為初略分析轉子狀態做準備。
5.7 應當加工好手動盤車專用的工具。
5.8 汽機專業有關人員應當熟悉汽輪機進水現象、危害、處理措施，分析每次機組停用、啟動過程，掌握機組狀態。
5.9 加強25項反措的學習，體會要領，編寫符合電廠實際的實施導則和防范措施。
5.10 盤車裝置的渦輪蝸桿的軸套由于受力集中，材料較特殊，電廠應當有足夠備件。
6 汽輪機進水的處理
如果汽輪機運行期間確認水沖擊發生，應立即破壞真空緊急停機，停機后應立即投人盤車，應盡量避免中斷盤車。開啟主汽導管、調速汽門座、本體疏水。若由于加熱器滿水或除氧器滿水引起，應立即停用加熱器及除氧器。記錄機組惰走時間，傾聽機內聲音。如果軸位移超限，惰走時間縮短應停機檢查。如惰走時間正常，其他無異常，可重新啟動，但要充分疏水，沖轉前應連續盤車不小于4小時。
盤車一旦掉閘，可能是因為大軸已經發生彎曲碰磨葉頂汽封造成電機過流。此時應當記錄各瓦軸振探頭間隙電壓值，按照探頭0.8V/mm的特性，根據間隙電壓的變化判斷大軸的彎曲程度，也可以作為可以手動盤車的依據，此時不建議停頂軸油泵，以免大軸彎曲位置不能判斷。
發現汽輪機進水后要進行悶缸處理，即關閉所有本體疏放水門。當上下缸溫差變小、能夠手動盤車后先將轉子反轉180℃，間隔不小于1小時后再次反轉180℃，確認手動盤車不費力時可以投運電動盤車。
７ 參考文獻
【1】國家電力公司 防止電力生產重大事故的二十五項重點要求 2000年
【2】哈爾濱汽輪機廠《600MW超臨界機組汽輪機運行維護說明書》
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