80%負(fù)荷做真空嚴(yán)密性試驗(yàn)這個(gè)負(fù)荷指的是什么

［摘要］針對(duì)一臺(tái)9FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組在投產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中屢次出現(xiàn)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格問(wèn)題，分析認(rèn)為該機(jī)組對(duì)外供汽量較小等實(shí)際工作條件會(huì)造成凝汽器熱負(fù)荷遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，從而對(duì)凝汽器及真空系統(tǒng)嚴(yán)密性狀況評(píng)判造成較大影響。建議將《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》(DL/T932-2005)第5.2.3條款：“試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷以上”的要求，修改為“針對(duì)供熱、非全容量凝汽式機(jī)組，宜將機(jī)組負(fù)荷調(diào)整至凝汽器80%設(shè)計(jì)熱負(fù)荷以上進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)”。1問(wèn)題的提出浙江省內(nèi)某天然氣發(fā)電廠(chǎng)新投產(chǎn)一套9FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，機(jī)組設(shè)計(jì)額定電負(fù)荷293.7MW。汽輪機(jī)型式為單軸、沖動(dòng)、凝汽軸向排汽式，型號(hào)為L(zhǎng)C40/N115-9.88/539/1.90型，汽輪機(jī)第3、9級(jí)后分別設(shè)有高、低壓兩級(jí)抽汽。在機(jī)組投產(chǎn)初期，由于外界熱用戶(hù)較少，對(duì)外供熱流量明顯較低，大量的汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器，致使凝汽器熱負(fù)荷大大超出設(shè)計(jì)值，凝汽器壓力高于設(shè)計(jì)值運(yùn)行，機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果無(wú)一合格，直接影響了機(jī)組投產(chǎn)達(dá)標(biāo)進(jìn)程。2真空嚴(yán)密性試驗(yàn)與檢漏情況2.1機(jī)組真空系統(tǒng)構(gòu)成該型汽輪機(jī)為單缸布置，由排汽缸、凝汽器及附屬設(shè)備構(gòu)成的真空系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。低壓缸與后軸承箱為一個(gè)整體，兩側(cè)設(shè)有2個(gè)支撐面，支撐在撓性低壓缸支架上；低壓缸采用軸向排汽通道，與布置在后方的凝汽器采用垂直法蘭連接，設(shè)有膨脹節(jié)，以吸收軸向膨脹量；與凝汽器相聯(lián)接的管路、設(shè)備主要有高、中旁路和本體疏水?dāng)U容器。機(jī)組抽真空系統(tǒng)配置有兩臺(tái)水環(huán)式真空泵，在機(jī)組啟動(dòng)階段兩臺(tái)真空泵同時(shí)投運(yùn)，以縮短建立凝汽器真空的時(shí)間；在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，真空泵采用一運(yùn)一備方式。2.2真空嚴(yán)密性試驗(yàn)情況根據(jù)機(jī)組調(diào)試及竣工驗(yàn)收要求，每臺(tái)機(jī)組在投產(chǎn)調(diào)試階段都需安排進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)方法需符合《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》(DL/T932-2005)中的規(guī)定：要求試驗(yàn)機(jī)組負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷以上，在停運(yùn)抽氣設(shè)備30s后開(kāi)始記錄，記錄8min，取其中后5min的數(shù)據(jù)計(jì)算每分鐘的真空平均下降值。導(dǎo)則中規(guī)定的機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)為：機(jī)組容量≤100MW，真空下降值≤0.40kPa/min，機(jī)組容量>100MW，真空下降值≤0.27kPa/min。考慮到該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)在純凝工況下的額定輸出電功率為115MW，在保證抽汽工況(高壓100t/h、低壓200t/h)條件下的額定輸出電功率42MW，參考真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn),將機(jī)組真空下降值合格標(biāo)準(zhǔn)確定為≤0.4kPa/min。在機(jī)組調(diào)試過(guò)程中，電廠(chǎng)配合調(diào)試單位進(jìn)行了多次汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，通常都將汽輪機(jī)發(fā)電負(fù)荷調(diào)整至80～90MW左右,但由于機(jī)組供熱抽汽流量較少，大量的蒸汽直接排入凝汽器，導(dǎo)致凝汽器熱負(fù)荷及運(yùn)行壓力明顯偏高。隨著真空泵的停運(yùn)，凝汽器壓力迅速爬升，每次試驗(yàn)得出的凝汽器真空下降值均>1kPa/min，離標(biāo)準(zhǔn)值差距甚遠(yuǎn)。期間甚至出現(xiàn)多次試驗(yàn)因凝汽器真空快速下降并接近運(yùn)行報(bào)警值，直接導(dǎo)致試驗(yàn)中斷。電廠(chǎng)運(yùn)行人員在真空嚴(yán)密性試驗(yàn)前采取了一些臨時(shí)措施：如調(diào)整均壓箱壓力至軸端冒汽，將真空破壞閥的密封水水位調(diào)整至最高，關(guān)閉備用凝結(jié)水泵的泵體抽真空的手動(dòng)隔離閥，以及盡可能地關(guān)閉各路疏水至凝汽器的隔離閥等，但對(duì)機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果的影響卻不大。2.3真空系統(tǒng)檢漏情況機(jī)組真空嚴(yán)密性指標(biāo)不合格時(shí)，應(yīng)采用有效手段進(jìn)行檢漏，查找和消除漏點(diǎn)。常用的檢漏方法有凝汽器灌水試驗(yàn)，此時(shí)汽輪機(jī)需停運(yùn)，將水灌滿(mǎn)凝汽器蒸汽空間至低壓缸汽封洼窩處，并使處于真空狀態(tài)下的所有設(shè)備和管道充水，根據(jù)滲水情況檢查滲漏點(diǎn)。由于該型汽輪機(jī)為軸向排汽型式，最高灌水水位無(wú)法淹沒(méi)凝汽器上排管束，灌水檢漏方法涉及的真空系統(tǒng)管路、閥門(mén)十分有限。另一種常用的真空檢漏方法是使用氦質(zhì)譜檢漏儀，這一方法適合于機(jī)組抽真空系統(tǒng)投運(yùn)后檢查漏點(diǎn)。將氦質(zhì)譜檢漏儀的傳感器(吸槍)置于真空泵氣水分離器的排氣口，在懷疑的泄漏部位用噴槍噴吹少量氦氣。漏入凝汽器的氦氣被真空泵抽出，又通過(guò)氦質(zhì)譜檢漏儀的吸槍抽吸進(jìn)入檢漏儀，泄漏情況以漏率值顯示在儀器上。氦質(zhì)譜檢漏儀可靠、靈敏度高，是一種先進(jìn)的真空檢漏工具。在該機(jī)組投產(chǎn)試運(yùn)行半年時(shí)間內(nèi)，調(diào)試單位技術(shù)人員曾多次采用氦質(zhì)譜檢漏儀開(kāi)展真空系統(tǒng)查漏工作，發(fā)現(xiàn)的主要泄漏點(diǎn)有兩處：一處位于低壓缸排汽缸底部#1軸承區(qū)域底部排放孔部位，泄漏量級(jí)為8.0×10-4

Pa·m3/s；另一處位于高壓軸封與#2軸承體之間部位，泄漏量級(jí)為2.0×10-4

Pa·m3/s。這兩個(gè)泄漏點(diǎn)難以檢查與處理，但漏入空氣的量級(jí)并不大，應(yīng)該不至于引起凝汽器真空的迅速惡化。安裝單位投入力量開(kāi)展機(jī)組真空系統(tǒng)管路、閥門(mén)的檢查，對(duì)人孔門(mén)進(jìn)行了防爆膜更換，對(duì)一些法蘭螺栓作了緊固處理等等，但對(duì)改善系統(tǒng)嚴(yán)密性的收效都不大。每次機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果都不合格，已成為困擾著電廠(chǎng)及安裝、調(diào)試單位工程技術(shù)人員的一個(gè)棘手問(wèn)題。3原因分析3.1與機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)比較表1中第1、2行所示為該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在設(shè)計(jì)氣象條件下、燃?xì)廨啓C(jī)為BASELOAD運(yùn)行方式，汽輪機(jī)在不同抽汽供熱流量條件下的典型工況設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。將設(shè)計(jì)工況1、2的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)后可知：在額定燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷和汽輪機(jī)進(jìn)汽流量條件下，隨著供熱抽汽流量從300t/h減小至100t/h，進(jìn)入凝汽器的蒸汽流量增加了200t/h，將使凝汽器壓力設(shè)計(jì)值從3.67kPa上升至9.27kPa。表1中第三行的數(shù)據(jù)取自于該機(jī)組性能考核試驗(yàn)工況的測(cè)試數(shù)據(jù)。試驗(yàn)推算進(jìn)入凝汽器的排汽流量約為270t/h，但由于實(shí)際試驗(yàn)的循環(huán)水進(jìn)水溫度上升至29.4℃，凝汽器壓力已經(jīng)上升至14kPa左右，遠(yuǎn)超凝汽器壓力設(shè)計(jì)值。表1典型工況的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)參數(shù)3.2與凝汽器設(shè)計(jì)參數(shù)比較由于高、低壓抽汽供熱會(huì)帶走約80%的汽輪機(jī)進(jìn)汽流量，凝汽器的設(shè)計(jì)換熱面積為3000m2，凝汽器設(shè)計(jì)熱負(fù)荷僅為37.38MW，明顯偏小于這一容量等級(jí)的純凝機(jī)組。圖1所示為該型凝汽器的設(shè)計(jì)工作特性曲線(xiàn)。圖1凝汽器設(shè)計(jì)特性曲線(xiàn)以表1的實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，推算得出進(jìn)入凝汽器的蒸汽熱負(fù)荷為166MW，約為該凝汽器設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的4.4倍。而對(duì)照?qǐng)D1中30℃冷卻水進(jìn)水溫度對(duì)應(yīng)的凝汽器壓力變化曲線(xiàn)，在1.6倍額定熱負(fù)荷這一最大負(fù)荷點(diǎn)查得的凝汽器絕對(duì)壓力約為6.8kPa。很顯然，凝汽器的實(shí)際運(yùn)行壓力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該凝汽器規(guī)定的設(shè)計(jì)工作范圍。3.3排汽壓力與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系分析汽輪機(jī)低壓缸排汽通常處于濕飽和蒸汽狀態(tài)，排汽壓力與排汽溫度之間存在著表2所示的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，進(jìn)入凝汽器的排汽溫度通常受到循環(huán)水進(jìn)水溫度、循環(huán)水溫升以及凝汽器傳熱端差等參數(shù)變化的影響，具體的影響幅度可根據(jù)以下公式來(lái)推算：ts=tw1+Δt+δt。式中：ts為汽輪機(jī)排汽溫度，℃；tw1為循環(huán)水進(jìn)水溫度，℃；Δt為循環(huán)水溫升，℃；δt為凝汽器端差，℃。根據(jù)排汽溫度ts可從表2中查得凝汽器絕對(duì)壓力pc，kPa。表2排汽壓力與飽和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系從表2中所列數(shù)據(jù)可知，當(dāng)凝汽器壓力在4～5kPa時(shí)，每1kPa壓力變化對(duì)應(yīng)的飽和溫度變化量為3.9℃；而當(dāng)凝汽器壓力上升至10～11kPa時(shí)，每1kPa壓力變化對(duì)應(yīng)的飽和溫度變化量?jī)H為1.9℃。由此可知，在凝汽器循環(huán)冷卻水進(jìn)水溫度較高、凝汽器運(yùn)行熱負(fù)荷偏大等因素導(dǎo)致汽輪機(jī)排汽溫度上升時(shí)，凝汽器絕對(duì)壓力的惡化程度是明顯加速的，這也是在凝汽器壓力較高情況下做真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，凝汽器壓力會(huì)快速上升至報(bào)警值附近，并導(dǎo)致試驗(yàn)臨時(shí)中斷的直接原因。4改進(jìn)后試驗(yàn)方法與結(jié)果根據(jù)以上分析結(jié)果，判斷認(rèn)為該型機(jī)組的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)條件已經(jīng)嚴(yán)重偏離了凝汽器設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)要求，由此可能造成機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果失真。經(jīng)與電廠(chǎng)技術(shù)人員討論，確定對(duì)試驗(yàn)工況進(jìn)行調(diào)整，即采取以凝汽器設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為基準(zhǔn)來(lái)設(shè)置機(jī)組試驗(yàn)負(fù)荷，盡量將進(jìn)入凝汽器的排汽流量控制在60t/h設(shè)計(jì)值附近。表3為調(diào)整后的機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)工況以及相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。從表3中數(shù)據(jù)可知，第1次試驗(yàn)時(shí)汽輪機(jī)處于3000r/min空載狀態(tài)，試驗(yàn)做足了8min，后5min的數(shù)據(jù)計(jì)算得出的每分鐘真空平均下降值為0.46kPa/min；第2次試驗(yàn)時(shí)汽輪機(jī)帶7MW電負(fù)荷運(yùn)行，凝汽器真空緩慢變差的趨勢(shì)十分穩(wěn)定，取后5min數(shù)據(jù)計(jì)算得出的每分鐘真空平均下降值為0.38kPa/min，滿(mǎn)足≤0.4kPa/min的合格標(biāo)準(zhǔn)要求。表3機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果5結(jié)語(yǔ)針對(duì)這臺(tái)9FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)長(zhǎng)期不合格問(wèn)題所表征的現(xiàn)象，分析認(rèn)為：在投產(chǎn)初期對(duì)外供汽量較小、低壓缸排汽流量較大的運(yùn)行條件下，凝汽器實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)要求偏離較多，無(wú)法確保真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)地反映凝汽器與真空系統(tǒng)的嚴(yán)密狀況。通過(guò)將試驗(yàn)時(shí)的汽輪機(jī)發(fā)電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，確保凝汽器處于設(shè)計(jì)正常工作范圍的方法，可以確保機(jī)組真空嚴(yán)密性試