摘要：某厂#3机组温态启动时，高压汽包水位有时会出现较大的波动，尤其是在高旁开启初期，高压汽包水位出现大幅度的剧烈上升，容易因汽包水位保护引起汽轮机跳闸的事故。探究#3机组温态启动时高压汽包水位波动的原因并提出防范措施，对#3机组安全、经济运行有着重要的意义。
关键词：温态启动；汽包水位；虚假水位；旁路控制
一、前言
某厂#3机组为SCC5-4000F.1S单轴联合循环发电机组，由西门子SGT5-4000F（2）型燃气轮机、HE型三压再热双缸凝汽式汽轮机、THDF108/53型水氢氢冷却发电机、和NG-V94.3A-R型三压再热无补燃卧式自然循环余热锅炉组成。余热锅炉采用塔式布置，燃气轮机排出的烟气依次水平横向冲刷余热锅炉6个受热面模块后经出口烟道由主烟囱排出。
#3机组启动方式根据高中压大轴温度分为冷态、温态及热态启动。冷态：汽轮机高、中压转子计算温度＜150℃；温态：汽轮机高、中压转子计算温度＞150℃但＜400℃；热态：汽轮机高、中压转子计算温度＞400℃。
二、现象简述
#3机组温态启动燃气轮机全速后，在高旁开启初期，高压汽包水位会出现一个大幅度的剧烈上升的过程，手动介入水位控制效果不明显，有时在1~2min内水位达到甚至超过高压汽包水位高Ⅲ保护值203mm，引起汽轮机跳闸燃机顺停，给机组安全运行带来极大的威胁。
三、原因分析
温态启动时，高压汽包压力一般在1MPa以下，进水温度在140℃以下，高旁压力设定值水平较低，旁路开启时间较早。针对温态启动时的参数特点，高压汽包水位波动大的原因有：
1、高压汽包内低温给水膨胀
汽包上水时，由于保温保压的效果，进水温度一般在135℃左右，随着停机时间的增加温度随之下降。高压汽包压力在0.5~1MPa之间。启动初期，汽包进水的温度低于饱和温度，汽包的水有一个加热至饱和的过程。在此过程中，水加热膨胀导致汽包水位上升。但此过程变化较为平缓，不是高压汽包水位剧烈变化的主要原因。
2、高压给水调门内漏
高压给水调门由于工作介质压力高且开关频繁，存在15t/h左右的内漏。在温态启动初期，由于汽包蒸发量少，补水需求低甚至没有，调门的内漏，加剧高压汽包水位的上升。
3、高压汽包容积小
余热锅炉采用三压系统，与同等热负荷的单压锅炉相比，高压汽包容积相对较小，容积只有41.97m3。容积过小，对汽包水位的波动起到一个一个放大的作用。这是高压汽包水位剧烈变化的客观条件。
4、虚假水位
温态启动时，汽包进水温度低于饱和温度，如果启动过程中汽包压力以较快速度下降至进水饱和压力甚至更低，汽包内存水大量气化，导致汽包水位短时间内大幅度剧烈升高。引起高压汽包内产生虚假水位的因素有：
4.1、高压汽包进水欠饱和
启动初期，汽包进水温度低于饱和温度低。
4.2、高旁开启速率快
高旁控制模式有ASA模式和USP模式。在ASA模式下，如果高压主汽压力＜2MPa，高旁开启后逐渐开至100%开度。启动初期高旁处于ASA控制模式，高旁开启后连续开大至100%，开启速率较快，高压汽包压力下降明显，到达甚至低于进水温度对应的饱和压力，水大量汽化，水位急剧波动上升。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.3、高压过热器管道系统积水
通过对在温态启动时发生高压汽包水位剧烈波动的历史数据分析，可知两个较为不平常的特征：
（1）高旁前压力比汽包压力高，出现压力倒挂现象。燃机点火前，高压系统各处压力较为一致。点火后至高旁开启期间，高旁前压力逐渐高于汽包压力，压差最大时可达到0.5MPa，出现明显压力倒挂。原因是高压过热器系统由于停机后的冷却存在较多的积水。点火后，由于高压过热器受热面处在烟气通道的最前面，烟气温度高，较高压蒸发器中的水先蒸发，在高压过热器出产生压力，导致压力倒挂现象。
（2）高旁开启后，高旁前压力下降的幅度很小，高压汽包压力下降的幅度较大，有时达到0.3MPa。原因是由于高压过热器中的积水受热蒸发产生较多的蒸汽，而高压汽包中的水蒸发量较小，高压过热器处产生的压力倒灌至高压汽包。此时高压汽包的压力是自身蒸发产生的压力与过热器倒灌压力之和。当高旁开启后，过高开始泄压，此时高压汽包压力由于没有高过的压力倒灌，自身又无法维持当前压力，导致高压汽包压力下降的幅度远大于高压过热器压力的下降幅度，所以产生了高压汽包压力下降幅度比高压过热器出口压力下降幅度大的多的现象。
高旁压力设定值控制的对象是高旁前压力，高旁开启后，由于高旁前压力小幅度下降之后又开始上升，高旁开启速度不受太大影响。而此时高压汽包压力下降较快，高旁的开启速度没有受到汽包压力下降的影响，继续开大，导致高压汽包压力快速下降至汽包存水温度对应的饱和压力甚至更低，水大量汽化，汽包水位剧烈波动上升，甚至造成水位保护。
由上分析可知，由于高压过热器系统存在较多的积水及高旁开启速度没有引入高压汽包压力的反馈，两个因素叠加，是高压汽包产生严重虚假水位的主要原因。
温态启动时，高压过热器管道积水较多的原因是：由于温态启动时距离上次停机时间较长，高压过热器内大量过热蒸汽逐渐冷却并凝结成水。且停机后由于锅炉保温保压的需要，高压过热器疏水SLC撤出自动，疏水阀不能自动根据过热度进行自动疏水，导致高压过热器管道积水。
5、高压汽包放水措施不足
锅炉高压汽包系统设置了4种远程方式方式：汽包定排、汽包连排、汽包紧急放水、蒸发器疏水。4种远程疏水方式低水位控制逻辑是：高压汽包水位低I值（-102mm）时，闭锁开启汽包定排二次阀；高压汽包水位低于-153mm，保护关蒸发器定排二次阀。
温态启动初期，高压汽包蒸发量少，补水需求少，且由于高压调门存在内漏，汽包汽水膨胀，高压汽包水位会逐渐上升。为了防止虚假水位造成水位高Ⅲ值保护，高压汽包水位要保持在较低的水位，一般考虑控制在-200mm以下。
为了保持高压汽包低水位在-200mm以下，除了控制汽包进水，就是通过汽包远程放水手段进行放水。由于汽包紧急放水管开口在汽包零水位附近，汽包定排、连排疏水开口也较高，蒸发器定排二次阀在汽包水位低于-153mm时保护关闭，在汽包水位低于-153mm 且高于-200mm时，且此时汽包无需补水时，客观上缺乏放水手段控制汽包水位低于-200mm，来预防虚假水位的大幅剧烈上升。
四、事故预防及处理对策
根据温态启动时高压汽包水位波动的原因，在温态启动时，应做好预防对策。
1、启动前，保持高压汽包尽可能的低水位，建议水位保持在-200mm以下。
2、由于高压汽包给水调节门内漏，如果水位高且无法通过放水措施进行有效控制，可以关闭高压给水电动阀、高过减温水回水电动阀、高旁减温水回水电动阀控制高压汽包进水。
3、燃气轮机清吹期间，加强对高压过热器系统的疏水，减少管内积水，减轻高压汽包压力和高压过热器出口压力之间的倒挂，减小高压汽包虚假水位的幅度。
4、在燃机全速后并网前撤出燃机自动，等待高旁开启，高压水位稳定可控后，再进行发电机并网，防止发生因水位控制不当导致发电机解列事故。
5、高压汽包水位如出现较快上升趋势时，关闭高压汽包进水阀，及时开启高压汽包蒸发器定排二次阀、高压汽包定排二次阀、高压汽包连排二次阀。水位快速上升至-50mm，开启高压汽包紧急放水。如果高压汽包水位快速升高至零位以上，检查关闭高压过热器系统疏水，考虑撤出高旁阀自动，手动关闭高旁，减轻高压汽包虚假水位的幅度。
6、如果汽包水位高保护触发，引起汽轮机跳闸燃机顺停，协调控制SLC跳出，及时控制水位，撤出燃机主控程序自动，防止燃机自动停机。
7、如果高压汽包水位高Ⅲ保护值，10分钟后余热锅炉要求顺停燃机信号仍存在，燃气轮机跳闸，燃气轮机熄火惰走。期间重点监视燃气轮机正常惰走及盘车投运情况，调整水位，为重新启动做好准备。
论文作者:谢伟才,吴森南
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/19
标签：汽包论文; 高压论文; 水位论文; 压力论文; 疏水论文; 温度论文; 燃气轮机论文; 《电力设备》2018年第6期论文;