摘要：本文对某150MW火力发电机组整套启动过程中出现的汽轮机本体疏水系统故障、本体疏水泵损坏的原因进行了详细分析，并针对性的对该系统进行了改造，取得了良好的效果。同时，对汽轮机本体疏水系统的设计提出了更深层次的建议。
关键词：火力发电厂；本体疏水系统；汽蚀
1疏水系统概述
汽轮机疏水系统应能保证在机组启动、低负荷、停机时，及时排出汽机轮机本体及系统管道内的凝结水，从而防止汽轮机因进水或冷汽而造成汽缸上下缸温差大、汽缸变形、转子弯曲、动静部件互相碰擦、甚至叶片断裂等严重事故。汽轮机疏水系统分为本体疏水和管道疏水，本体疏水系统的作用是将汽轮机本体、本体阀门及与本体直接相连的管道中的凝结水及时排出，而管道疏水的作用是将主蒸汽、旁路蒸汽及其他蒸汽管道中的凝结水及时排出。
某150MW火力发电机组在首次整套启动过程中，出现汽轮机本体疏水系统故障、本体疏水泵损坏的问题，严重影响了工程进度。针对该问题，进行了大量的理论分析和试验研究，对本体疏水系统进行改造，最终使系统符合运行要求。
2系统配置及试运情况
2.1本体疏水系统配置
某150MW机组本体疏水系统配置如图1所示。每台机组配置一个本体疏水罐及两台100%的本体疏水泵。汽轮机本体疏水及需要连至真空系统的各管道疏水分别经高压、低压疏水集管汇集到本体疏水罐中，经凝结水系统减温后，排汽通过排汽管道返回凝汽器，疏水经本体疏水泵打回凝汽器。当本体疏水罐内液位高时，疏水泵自动开启，当液位降至最低液位，疏水泵自动关闭。
本体疏水罐及疏水泵均为主机厂设计供货。其中本体疏水泵为卧式磁力泵类型，一运一备，单泵容量Q=15m3/h，扬程H=20m，必需汽蚀裕量NPSHr=0.6m，允许使用温度t=60℃。实际运行时，机组真空度允许值为-90Kpag~-94Kpag，疏水泵所输送介质为真空压力下所对应的饱和疏水。
图1 本体疏水系统配置
2.2系统试运情况
在机组整套启动期间，发现本体疏水罐内液位不断升高，疏水泵无法及时疏走疏水，疏水罐液位无法控制在正常水平，为防止罐内疏水逆流至管道及汽轮机本体内，最终被迫停机。停机后经过对疏水系统进行多次试验，发现以下几个现象：
1）在大气状况下进行试验，泵能够正常运行。但通过观察疏水泵启动之后单位时间内疏水罐液位下降的速率，发现泵的实际流量不能满足设计工况15m3/h的要求；
2）在真空状况下进行试验，泵运行不稳定。当真空达一定程度后，疏水罐内液位不再下降，即泵已不能正常运行，几乎无出力。
3）试验过程中，多台泵出现不同程度的损坏（内部部件破损）。
3系统故障原因分析及改造措施
3.1泵出口管道改造
为解决本体疏水泵流量不能达到设计值的问题，对泵出口管道进行分析和改造。
（1）原因分析
通过泵的流量扬程特性可知，泵扬程越高，流量越小。通过理论计算发现，在设计流量15m3/h的情况下，若采用DN40的管道，出口流速将达到3.5m/s左右。由于阻力与流速的平方成正比，出口管道尺寸偏小，使得管系阻力偏大，泵扬程提高，从而造成流量降低。
同时，由于疏水泵至凝汽器的接口标高较高，也使得泵实际所需扬程偏离设计值。
（2）改造措施
a)为降低泵出口管道阻力，将出口管道规格由DN40改为DN80；
b)在热井上高度较低的位置上重新开孔，以此降低出口管道接口标高；
c)为保证泵在设计流量和扬程下运行，在管道接至凝汽器之前加设节流孔板，孔板孔径通过计算和试验确定。
3.2泵入口管道改造
为解决本体疏水泵在真空状态下不出力及发生损坏的问题，对泵入口管道进行分析和改造。
（1）原因分析
在试验过程中发现，无论泵进、出口管道如何变化，泵在大气状态下均能正常运行，而一旦改为真空状态，则极易出现泵不出力甚至损坏的问题。那么，问题的发生必然与真空状态有关，初步判定是由泵入口汽蚀导致的。
众所周知，泵如果发生汽蚀，将可能造成过流部件被剥蚀破坏、泵性能下降、产生噪音和振动等一系列问题。因此，在可能发生汽蚀的条件下，在泵设计和选型时需特别考虑泵的抗汽蚀性能，同时对入口管道的设计也要格外谨慎，务必保证有效汽蚀裕量（NPSHa）≥必需汽蚀裕量（NPSHr）。
结合本工程实际情况，发现入口管道设计难以满足泵汽蚀裕量的要求：
a)本体疏水罐最低液位与疏水泵入口管道中心线之间的距离仅为1.0m，泵在设计工况下NPSHr=0.6m，也就说明入口管道总压损不得大于0.4m；
b)入口母管为DN100规格，支管为DN65规格，每台泵入口管线中共包含1.5m直管段、1个三通、4个90°弯头、1个大小头、1个补偿器、1个真空球阀和1个Y型滤网。根据经验值对其进行阻力计算，发现在清洁状态下管线阻力已经达到0.4m。
c)对入口管部件拆解的过程中发现，入口真空球阀存在内部缩颈的现象，增大了阀门阻力，实际阻力应大于规范中的经验值；
d)由于在调试过程中难以避免会存在部分杂质，从而使滤网阻力增大。
（2）改造措施
为减少泵入口管道阻力，采取以下改造措施：
a)将入口支管规格由DN65改为DN100；
b)特殊采购小压差的补偿器、真空球阀和滤网，尤其是将Y型滤网改为篮式滤网；
c)在泵入口管道上加入一路温度较低的除盐水，降低泵吸入疏水温度。
d)在实际运行过程中，由于机组真空度会发生变化，造成饱和温度随之变化，使得防止泵汽蚀的难度加大。因此，在泵入口管道上加入一路温度较低的除盐水，保持泵入口温度低于最高真空所对应的饱和温度，以保证泵安全稳定运行。
3.3疏水罐控制液位调整
疏水罐最低液位控制泵的关闭，由以上分析可知，此液位过低也是造成泵易汽蚀的一个主要因素。因此，在征求厂家同意的基础上，将疏水罐最低液位控制值向上提高150mm，增大了有效汽蚀裕量。
4改造后运行情况
经过对系统进行改造后，分别在大气状态和真空状态下进行试验，泵出力良好并均可达到设计流量。在机组不同负荷工况下进行试运，本体疏水系统均能满足工作要求。经过两个月的连续观察，运行情况稳定。至此，本体疏水系统改造成功。
5结论和建议
由于汽轮机本体疏水系统功能重要，但运行工况恶劣，对泵的稳定性要求非常高。因此，在本体疏水系统设计时，应对入口管道和出口管道进行充分的校核计算，确保满足泵的性能要求。同时，在有条件的情况下，本体疏水系统深度改造建议如下:
1)采用更为可靠的常规泵型，保证系统安全稳定运行。
2)由于泵入口管道处于真空状态，为防止入口管道漏入大气对系统运行造成风险，可考虑在泵入口管道上加入一路抽真空管道
3)泵出口加再循环管道回到疏水罐，确保泵能连续运行，避免长期停泵后无法启动对汽轮机系统造成损坏。
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论文作者:李想
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/24
标签：疏水论文; 本体论文; 管道论文; 汽轮机论文; 系统论文; 入口论文; 真空论文; 《电力设备》2019年第12期论文;