汽轮机疏水系统的常见故障及其对策研究

薛利峰 姚润贤 左一

摘要：在汽轮机运行过程中，经常会出现汽缸温差较大、中压调门扩散器有裂纹、转子转速失控以及阀体产生裂纹等故障。现通过分析汽轮机疏水系统的设计要求，研究其常见故障产生的原因，提出了相应对策，旨在进一步保障汽轮机设备的安全运行。

关键词：汽轮机;疏水系统;常见故障;对策

0 引言

在汽轮机系统设计中，疏水系统是其重要的组成部分，通过设置疏水管可以在汽轮机的启停、负荷变动和运行过程中，有效控制疏水阀，将汽轮机内部积水排出，避免汽轮机设备和相关管道等出现冷蒸汽回流问题，造成设备损伤。因此，相关人员在对汽轮机设备进行管理时，需要掌握疏水系统的常见故障，并采取有效对策，保证汽轮机的安全、稳定运行。

1 汽輪机疏水系统的设计要求

通常情况下，汽轮机疏水系统设计要遵循一定的原则，即汽轮机在启停、运行以及变负荷运行、故障、热备用等状态下，可以及时地将设备内部和管道内存在的积水有效排出，从而在很大程度上避免出现进水和冷蒸汽回流等情况。实际上，汽轮机内部出现积水是因为其在冷态下启动，内部蒸汽冷凝产生积水。管道中出现积水是由于汽轮机跳闸使积水汽化[1]。基于此，汽轮机疏水系统设计应当满足以下要求：

（1）在可能存在积水的设备和相关管道部位设计具有一定通流能力的疏水管阀。

（2）在适当的设备及管道部位安装监测和控制积水、进水和冷蒸汽回流的仪器。

（3）合理设计联锁保护逻辑控制程序，实现疏水阀的自动开关控制，避免出现积水、进水及冷蒸汽回流等情况。

（4）在确保汽轮机安全稳定运行的前提下，尽量减少运行成本。

2 汽轮机疏水系统的常见故障

2.1    冷蒸汽回流造成汽缸温差大

汽轮机疏水系统的常见故障是汽缸的上下温差较大，是由冷蒸汽回流导致的一种常见故障。一般汽轮机在空转或停机后，中压缸的上下温差在50～60 ℃，最大不会超过86 ℃，在汽轮机首次启停时，高压缸内的上下温差可以达到110 ℃左右，而在高压外缸和中压缸内，其上下温差可以高达150 ℃。这种情况已经严重超出了汽轮机的运行标准，会导致汽轮机出现运行故障[2]。

2.2    疏水回流造成中压调门扩散器出现裂纹

中压调门扩散器在底部疏水位置，经常会出现一些纵向裂纹，很容易形成热蒸汽泄漏进中压内外缸的夹层中，对机组运行经济性和安全性产生巨大影响。比较常见的故障现象是汽轮机运行负荷在20%以下时，此时高压缸内的压力相对较高，在排放疏水时会促使疏水集管内的压力快速升高，而一旦中压缸与低压缸的凝汽器相通，就会导致压力下降到真空状态。中压调门后的疏水阀如果被打开，疏水管中的压力升高，导致管道内的凝结水倒流，可能会引起部分底部材料的温度发生骤变，在相对较高的温度应力影响下，中压调门扩散器就会产生裂纹[3]。

2.3    抽汽管道积水导致转速失控

汽轮机疏水系统在运行过程中，比较容易出现抽汽管道内积水现象，导致转子的转速失控，甚至可能会导致转子的叶片损伤等。这是因为抽汽管道内在汽轮机组跳闸后发生饱和水汽化现象，并回流到了汽缸中，在一定程度上会对转子的叶片产生较大的冲击力，严重时可能会造成转子叶片脱落。另外，当汽轮机运行负荷达到25%以上时，根据逻辑控制会将抽汽逆止阀前的疏水阀自动关闭，如果回热抽汽系统没有投入运行，此时抽汽逆止阀处于关闭状态，可能会导致蒸汽管道中出现大量积水，在此基础上，机组跳闸后饱和水汽化并回流到汽轮机设备内部，导致转子转速失控。

2.4    疏水管合并导致阀体出现裂纹

在对汽轮机疏水系统进行管理和检查时，相关人员发现在其两侧调门处的阀座疏水口周围均出现了一定的裂纹，部分裂纹已经扩展延伸到了阀座的密封面，对疏水系统的正常、稳定运行产生较大影响。这种问题大多是疏水管合并造成的，在汽轮机组正常运行状态下，旁路阀和疏水阀均会出现关闭状态。同时，在疏水管自身的散热作用下，疏水管内部蒸汽就会形成少量的凝结水，经过调门滤网的压差作用后，其会在调门阀座前的疏水口溢出。此时凝结水会因高温而被快速蒸干，时间长后就会导致附近的金属受到温度交变的影响而出现龟状裂纹[4]。

3 汽轮机疏水系统故障的对策研究

3.1    对冷蒸汽及积水进行回流监控

针对当前汽轮机疏水系统存在的故障，发现其主要原因是冷蒸汽和积水回流。因此，首先要对汽轮机设备及相关管道内的冷蒸汽和积水进行回流监控。其中，对冷蒸汽的监测可根据疏水阀的开启状态、疏水管的进出口压力、温度变化等进行判断。如果在检查中发现疏水管出现压力倒挂现象，有可能会发生蒸汽回流。如果疏水阀处于关闭状态，则不会出现冷蒸汽回流问题。一旦冷蒸汽回流会导致相应部位的温度明显下降，相关人员可以通过监控上下对称部位的温度来监控冷蒸汽是否回流[5]。对于汽轮机管道积水的监测，在相应管道的最低点设置疏水罐等设备，借助液位开关进行控制。另外，可以在管道的顶端和低端位置安装温度传感器，根据实时温度变化监控积水的回流状态。

3.2    疏水阀自动化控制

汽轮机在启停过程中，对疏水阀的控制是按照机组负荷进行的，当机组负荷小于20%时，疏水阀会自动打开，并根据疏水罐的液位以及管道的上下温差等进行控制。当汽轮机组处于冷态被启动时，由于金属温度较低，蒸汽在冷却后会产生大量的凝结水，此时需要疏水。汽轮机组在热态下启停或跳闸时，汽缸、汽门的金属温度会逐渐升高，此时汽轮机的本体设备与凝汽器相通后，就会处于一种相对真空的状态，并不会在内部生成凝结水，但会对疏水集管、疏水扩容器等产生较大的压力，在很大概率上会促使冷蒸汽回流到汽轮机内。因此，要保障疏水阀在汽轮机冷态启动的情况下，按照实际负荷进行控制，在内部不存在积水的状态下保持关闭状态，避免出现冷蒸汽和积水回流现象。

3.3    控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流

在汽轮机启停和运行过程中，抽汽管道中如果存在积水，会在机组跳闸时出现汽化水回流到设备中，导致转子转速失控。基于此，必须要将抽汽管道中的内部积水排出，可以在隔离阀前和管道的低点位置上安裝疏水管，或者可以借助疏水管的液位开关、管道的顶部和底部的温度监控等判断管道内是否存在积水，同时能够联锁控制疏水阀，保障内部积水能够彻底排空。

3.4    优化汽轮机的疏水管合并

在汽轮机疏水管合并过程中，经常会出现管道泄漏等问题，往往是由于疏水阀有质量缺陷、管道施工质量不佳等，也不利于疏水系统的经济运行。因此，要对汽轮机的疏水管合并进行优化，对同一机组的同类疏水管在不同工况下保持相同，且疏水口的标高也要保持一致。在优化疏水管合并时，要将不同疏水接入同一个疏水集管中，保障其压力等级完全相等，并要综合考虑疏水阀开启和关闭时，各个疏水口的压力一致，避免管道内凝结水窜流，以降低冲击力，防止管道泄漏。

4 结语

综上所述，汽轮机疏水系统的常见故障包括冷蒸汽回流造成汽缸温差大、疏水回流造成中压调门扩散器出现裂纹、抽汽管道积水导致转速失控、疏水管合并导致阀体出现裂纹等，相关人员可采取对冷蒸汽以及积水进行回流监控、疏水阀自动化控制、控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流以及优化汽轮机的疏水管合并等对策，充分保障汽轮机疏水系统的正常、稳定运行。

[参考文献]

[1] 贺之豪.数据驱动的汽轮机组性能诊断研究[D].北京：华北电力大学，2019.

[2] 管燕纯.热力系统疏水汇集的优化与效益[J].山东工业技术，2019（1）：192-193.

[3] 石崇.汽轮机疏水系统故障问题及对策研究[J].信息记录材料，2018，19（11）：197-198.

[4] 付海.汽轮机疏水系统问题分析及对策[J].现代工业经济和信息化，2018，8（2）：86-87.

[5] 蒋杰，王奉岩，刘世强，等.300 MW汽轮机轴封及疏水系统异常引起真空严密性差研究[J].机械工程师，2018（6）：99-100.

收稿日期：2020-07-06

作者简介：薛利峰（1987—），男，山西临县人，工程师，研究方向：汽轮机设计。