660MW机组低压加热器异常振动分析与解决方案

摘 要：某电厂#7低压加热器自投产以来在运行过程中间歇出现异常振动，鉴于此，对加热器异常振动原因进行了分析，并提出相应的解决方案，以及时消除振动，保证设备长周期安全运行。

关键词：低压加热器;异常振动;疏水泵

0    引言

某电厂自投产以来，2台660 MW机组#7低压加热器（以下简称“低加”）在疏水泵再循环电动门开启时间歇出现异常振动，若不能及时解决加热器异常振动现象，长时间运行必然会影响设备的使用寿命和机组的安全性。为保证设备运行安全，针对加热器异常振动进行了分析，并提出了相应的解决方案。

1    系统概况

某电厂采用北重阿尔斯通（北京）电气装备有限公司生产的DKY4-4N37C超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、湿冷凝汽式汽轮机，配置#5、#6、#7、#8、#9低加，除#7低加外均设有内置式疏水冷却段，#5低加疏水进入#6低加，#6低加疏水进入#7低加，#7低加疏水经2台变频疏水泵进入#6低加进口凝结水管道，疏水泵再循环管道接入#7低加汽侧底部[1]，通过增加疏水泵改善机组低负荷运行时低加疏水的可靠性，降低机组运行热耗。

低加为卧式U型管换热器，设置有凝结段和内置式疏水冷却段，给水流经换热管管内，汽轮机抽汽及其疏水流经换热管管外。汽轮机抽汽在低加凝结段凝结成饱和水，接着经疏水冷却段进一步冷却成过冷水，最后经疏水出口管流出低加。给水首先进入水室，然后进入管系的疏水冷却段与管外的疏水进行热交换，吸收热量温度升高，再进入凝结段与管外的蒸汽进行凝结传热，给水在该段吸收大部分热量，温度得到较大提高，这是低加的主要工作段，然后给水离开管系进入水室，最后由给水出口管离开这级低加到上一级低加。

2    常见问题及分析

该电厂自投产以来，2台机组#7低加在机组运行过程中的某些负荷段，再循环管道及低加本体产生振动，其会对加热器本体及附属管道、设备等造成不同程度的危害，威胁机组安全运行。经过仔细对比发现，通常当负荷降至400 MW以下时会产生此种现象。

原因分析如下：

（1）加热器水位过低。根据加热器运行说明书，加热器水平中心线以下600 mm为加热器水位零位。若水位太低，会导致加热器内部的U型管暴露于蒸汽中，加热器换热效果变差，蒸汽通过疏水冷却段的折向挡板漏入疏冷段中，导致疏冷段冷却效果不足，疏水温度升高，疏水管内出现汽蚀振动[2]。按照说明书要求，加热器水位一般控制在-10 mm左右，且与就地磁翻板液位计偏差不大，在合理范围内。为了验证水位对加热器振动的影响，将水位由-10 mm提高至+20 mm，加热器上端差由6 ℃下降至2 ℃，满足加热器说明书中要求的小于5.7 ℃，经过一段时间的观察，加热器振动并无减小，仍然较明显。

（2）加热器内部金属部件松动。由加热器说明书可知，加热器的凝结水、加热蒸汽、疏水进/出口管伸出加热器表面至少300 mm，所有加熱器的疏水、蒸汽进口设有保护管子的不锈钢缓冲挡板。若因为加工工艺不合格，导致内部部件固定不稳定[2]，应该表现为抽汽压力越高、疏水压力越高、疏水量越大时，振动越厉害，而实际是低负荷时表现出加热器振动和异响，该因素可以排除。

（3）加热器内部存在两相流。通过就地对比低加各个接口，发现#7低加再循环管道从加热器底部接入，且再循环管道与上一级疏水直接正对，由于#7低加抽汽口布置在低压缸，抽汽压力较低，#7低加的疏水温度较低，如表1所示。不论是660 MW还是300 MW，不同负荷下抽汽压力对应的饱和温度仅略高于疏水温度，温差都很小，正常情况下，当负荷在400 MW以上时，#7低加疏水量高于疏水泵再循环联锁开启值，再循环阀不会开启。

当负荷下降至400 MW以下时，#7低加疏水量会达到再循环联锁开启值，当低加疏水泵再循环管道开启时，经疏水泵升压后的疏水回到低加壳侧，此时需要克服管道的阻力和疏水高度差，大约7 m高。从现场来看，低加疏水泵再循环回水至#7低加本体共设置7个弯头，进一步增大了疏水阻力，导致压降和温降变大，经过再循环管道进入加热器疏水口部分的疏水变成饱和水，甚至是汽化，在加热器内部产生两相流，在疏水口附近引起振动，导致加热器和再循环管道出现振动。

3    解决方案

由于系统已经成型，各个负荷段对应的加热器内部疏水温度已经无法改变，因此改变进入加热器的疏水成为突破口，从现有的系统来看，减少再循环管道进入加热器的疏水量成为关键。

方案1：目前机组低加疏水泵最小流量阀逻辑为低加疏水泵运行且流量低于70 t/h自动开，低加疏水泵运行且流量高于90 t/h自动关。如图1所示，运行中当低加疏水泵流量达到70 t/h时（负荷400 MW左右），低加疏水泵出口压力为0.95 MPa。若最小流量阀全开，如图2所示，流量会瞬间降低至46 t/h，再逐渐回升至70 t/h左右，压力为0.93 MPa（流量计装于母管上，最小流量阀开启后流量会瞬间降低，随后变频自动增加，流量逐渐回升），根据再循环开关前后疏水泵流量的变化，可判断再循环的流量大致在24 t/h。同时，由于最小流量阀开启，水位大幅度波动，最小流量阀在10 min内反复开关8次。

根据技术协议，经查询疏水泵性能参数如表2所示，低加疏水泵可在最小流量36 t/h情况下长期运行，且此流量为额定转速下泵的最小流量。在变频运行时，最小流量可比该值更小。

经询问泵厂家，答复泵最小运行流量至少为额定流量的20%（36 t/h，不区分工频、变频）。而低加疏水泵说明书中对于启动（Starting）描述如下：（1）达到正常转速后，略微打开吐出管路闸阀，并检查所有仪表及填料函工作情况，水泵在出口闸阀关闭的情况下工作的时间不准太长，一般不超过2 min。（2）达到正常转速后，在设计有再循环管路开启情况下，可以长时间运行。因此，对于最小流量保护也可适当加入延时[3]。

经对比同类型机组关于变频低加疏水泵设计参数，疏水泵最小流量阀开启条件均在额定流量的20%左右甚至更低，所以降低泵联锁开启泵流量有较大空间。

经核查各个负荷段对应的流量，疏水泵出口流量36 t/h大约对应220 MW，综合技术协议及厂家要求，更改最小流量阀自动开逻辑为“低加疏水泵运行且低加疏水泵母管出口流量<36 t/h，延时10 s”。

方案2：将再循环管道出口接至疏水泵入口。如表2所示，泵的必需汽蚀裕量小于等于2 m，由于疏水泵已采取低位布置（汽机房0 m），有一定的汽蚀裕量，将再循环管道出口接到泵的入口也不会出现泵入口汽蚀现象;而且将再循环管道出口接至疏水泵入口，还可以大大降低沿程阻力，使低加疏水泵出现汽蚀的可能性进一步降低;还可以避免#7低加疏水返回加热器，在加热器内部汽化产生两相流，在疏水口附近引起加熱器和再循环管道振动。

对比两种方案，方案1仅仅需要更改低加疏水泵再循环阀联锁开启逻辑定值;方案2则需要对低加疏水口及管道进行切割、焊接、打堵板以及后续的打压、探伤等工作，工作量较大且复杂，同时还必须在机组停运时来解决，在这一段机组低负荷运行期间，加热器振动仍然无法避免。经过综合考虑，方案1更加经济有效。

因此，经过探讨后按照方案1更改逻辑，目前机组运行过程中几乎不会开启再循环电动门（超低负荷除外，如250 MW及以下），#7低加和再循环管道再未出现振动。此外，由于再循环阀没有开启，低加疏水泵的电流也较开启时降低了5 A，在解决机组正常运行时加热器振动问题的同时带来了意想不到的经济效益。

4    结语

本文针对某电厂660 MW机组#7低加振动现象，就加热器的结构、参数、系统工艺等进行了充分分析，找出了加热器异常振动的原因，在不对系统进行改造的情况下，通过修改再循环管道电动门逻辑，解决了加热器振动问题，保证了设备能长期安全稳定运行。

[参考文献]

[1] 杨国红.大别山发电厂二期工程2×660 MW机组运行规程[Z]，2021.

[2] 刘延太，聂保军.平圩电厂低压加热器振动解决方案[J].电力科学与工程，2010，26（3）：49-53.

[3] 罗伟.低加疏水泵说明书[Z]，2016.

收稿日期：2021-08-13

作者简介：李阳（1992—），男，湖北当阳人，助理工程师，研究方向：集控运行。