超超临界机组主给水泵移至高加出口方法研究

第57卷第5期2015年10月汽轮机技术TURBINETECHN0LOGYV0157NO50CT2015超超临界机组主给水泵移至高加出口方法研究周兰欣，陈龙电站设备状态检测与控制教育部重点实验室华北电力大学，保定071003摘要针对超超临界机组高压加热器简称高加汽水两侧压差急剧升高后所带来的问题，提出了一种降低汽水两侧压差的方法即将主给水泵的位置由高压加热器进口移动到高压加热器的出口，并以某电厂1O00MW超超临界机组为例，对主给水泵位置变化后所带来的问题进行了研究，并提出了相应的应对措施。研究结果表明，主给水泵位置变化后，高加汽水两侧压差大幅度降低到95MPA，并且对主给水泵的启动和运行不会带来影响。关键词高压加热器；泄漏；主给水泵；安全可靠性分类号TK2641文献标识码A文章编号10015884201505036302METHODRESEARCHOFULTRASUPERCRITICALUNITAFTERTHEPOSITIONOFTHEMAINFEEDWATERPUMPTOTHEHIGHPRESSUREHEATEROUTLETZHOULANXINCHENLONGKEYLABORATORYOFMINISTRYOFEDUCATIONOFCONDITIONMONITORINGANDCONTROLFORPOWERPLANTEQUIPMENT，NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BAODING071003CHINAABSTRACTAIMINGATTHEPROBLEMSBRINGFROMTHEHJGHPRESSUREHEATERSTEAMPRESSUREDIFFERENCEONBOTHSIDESOFTHESHARPRISEINULTRASUPERCRITICALUNIT，THISPAPERPROPOSEAMETHODTOREDUCETHESTEAMPRESSUREDIFFERENCEONBOTHSIDESITISTHATTHELOCATIONOFTHEMAINFEEDWATERPUMPMOVEFROMHISHPRESSUREHEATERINLETTOTHEOUTLETOFTHEHIGHPRESSUREHEATERANDAPOWERPLANT1000MWULTRASUPERCRITICALUNIT，ASANEXAMPLE，HASCONDUCTEDTHERESEARCHTOBRINGTHEMAINFEEDWATERPUMPPOSITIONAFTERTHECHANGE，ANDPUTSFORWARDTHECORRESPONDINGCOUNTERMEASURESTHERESULTSSHOWTHATMAINTOTHECHANGEOFTHEPOSITIONOFTHEWATERPUMP，HIGHPRESSURESTEAMPRESSUREDIFFERENCEONBOTHSIDESOFTHEGREATLYREDUCEDTO95MPAANDTHEMAINPUMPSTARTANDRUNWILLNOTBETOTHEIMPACTKEYWORDSHIGHPRESSUREHEATER；LEAKAGE；THEMAINFEEDWATERPUMP；SAFETYANDRELIABILITY0前言在超超临界机组中，高加汽水两侧的压差急剧上升。高加管束和管板在高压水和高温蒸汽的作用下，承受着热应力和内压应力的双重作用。在热应力和内压应力的叠加作用下很容易造成管束由弹性变形到塑形变形甚至爆管造成管束的泄漏；另外，管板在双重应力的作用下容易发生变形，使得水室隔板两侧发生泄漏J。一旦发生泄漏，高压水泄漏进入汽侧，引起高加水位上升，并且对周围管束造成很大的冲刷甚至引起管束的振动从而使得更多的管束发生泄漏。实现高加的随机启停，目的就是控制高加的温度变化率即热应力。在高加内部各零部件所受的热应力一定的情况下，内压应力对高加的受力产生重要的影响。若减少U型管内的给水压力将会减少高加内压力应力，从而减少高加内部的泄漏程度，延长高加的寿命J。因此，本文提出了一种降低汽水两侧压差的方法，即将主给水泵的位置由除氧器出口移至高加出口处以降低高加凼部的给压的设想，差给水泵位置改变后对机组安全收稿日期20150623可靠性进行了分析。1主给水泵位置改变前后给水流程分析以某电厂1000MW机组为例，给水系统示意图如图1所示，从除氧器出来的给水依次经过前置泵、主给水泵、双列高加3A3B、2A2B、1A1B，最后进入锅炉省煤器。若考虑每个高加给水压损为01MPA，则3个高加汽水两侧的压力以及压差如表1所示。由表1可以看出，按给水方向，3个高加的给水压力分别为33MPA、329MPA、328MPA，汽水两侧压差分别为30707MPA、27512MPA、25541MPA。其中，3A3B高加中压差最大。表1某电厂1000MW机组高加汽水两侧压力比较。】主给水泵位置变化后的给水系统示意图如图2所示，与作者简介周兰欣1956，男，教授，主要从事直接空冷机组节能研究及汽轮机节能优化。364汽轮机技术第57卷图1主给水泵位置未变前的给水系统示意图汽动泵B图2主给水泵位置变化后的给水系统示意图图1相比，主给水泵组的位置由以前3A3B号高加入口变为了1A1B号高加出口，此时，从除氧器出来的给水依次经过前置泵、双列高加3A3B、2A2B、1A1B、主给水泵，最后进入锅炉省煤器。此时，高加里面的给水由原来给水泵组出口压力变为前置泵组出口压力，这样，高压加热器就变为中压加热器，高加里面给水的压力大大降低，减少了加热器管束和管板的压差，改善了加热器的运行环境，有利于减少加热器的泄漏，从而提高了高加的可靠性和投入率。2安全可靠性分析21防止主给水泵汽蚀的计算前置泵的作用是提高主给水泵入口压力，从而增加主给水泵的有效汽蚀余量，防止主给水泵的汽蚀。主给水泵位置移动后，主给水泵进口水温由原来除氧器出口水温变为高加出口水温，为了防止主给水泵汽蚀，必须要提高前置泵出口压力。通常，火电厂1O00MW机组在额定工况时给水温度为290C，对应的饱和压力为8MPA，考虑到加热器的流动压损和除氧器水位下降时对前置泵出口压力等影响因素，前置泵的出口压力由原来的187MPA必须提高到95MPA，主给水泵才不会发生汽蚀。主给水泵的位置改变后，1000MW机组泵进口给水温度由原来的185C提高到290C，对应的饱和压力由原来的112MPA提高到8MPA。根据泵的有效汽蚀余量公式NPSH一PV一H1PGPG式中，P为吸入容器液面压力，PA；为液面在工作温度下的汽化压力，PA；T为倒灌高度，M；为流动阻力损失，M。忽略主给水泵位置改变前后给水密度、倒灌高度和流动阻力损失变化的影响，则改变前主给水泵的有效汽蚀余量一HGHG2PGPGPG改变后主给水泵的有效汽蚀余量0，Q11I一一P一PPGPGPGSG。NPSHNPSHN4根据结果可知改变泵的位置后的有效汽蚀余量NPSH，大于未改变位置时的主给水泵的有效汽蚀余量S。此外，前置泵出口压力增加，而锅炉省煤器进口处的给水压力不变，所以主给水泵的扬程降低。综上所述，只要保证前置泵正常运行的情况下，任何工况下主给水泵都不会发生汽蚀。22高加汽水两侧压力对比表2是主给水泵位置改变后，高加汽水两侧压力比较。由表2可知，改变主给水泵位置后3台高加汽水两侧的压差与未改变主给水泵位置时相比下降了235MPA，大幅度的减少了3台高加汽水两侧压差，当热应力、U型管壁厚和管板厚度一定时，汽水两侧压力大幅度的下降势必有利于减轻高加泄漏和延长其使用寿命。表2改变主给水泵位置后高加内汽水两侧压力比较23主给水泵的启动通常，暖泵用的热水来自除氧器给水箱，经下水管连续流到泵的各个部分，使得泵内受热均匀，尽可能的减小泵内的热应力“。当主给水泵的位置都移到加热器的出口位置后，机组启动时可以通过除氧器水经专用给水管或高加旁路管道流入主给水泵对给水泵进行预暖。目前，高参数大容量的机组基本采用滑压启动方式，高加也采用随主机启停方式，这种启停方式即使主机负荷很低甚至为零时，抽汽也可以进入高加。随着主机负荷的增加，抽汽压力提高，给水温度上升，给水泵的金属温度也随之提高。24高加故障后主给水泵的运行根据图2可知，主给水泵的位置变化后，一旦任何一个高加发生故障时，高加自动旁路保护系统动作，给水走旁路进入主给水泵，发生故障的这列3台高加同时解列，而另列3台高加照样正常运行，主泵进13水温由290突然降低到270C，温度突然降低20，主给水泵进口水温没有发生很大的变化，因此，不会对主泵造成很大的热冲击。另外，若甩高加时投入具有自启动功能的热备用给水泵，也可以进一步减轻主泵温度的急剧变化。当然，每台机组主、备用给水泵的容量不同，如此设想实现，可以统一考虑主、备用给水泵的容量设定。3结论本文针对大型火电机组中高加汽水两侧压差影响高加投入率的问题，提出了将主给水泵的位置由高加给水进13移下转第370页370汽轮机技术第57卷从表1可以看出，不同泄漏量下理论的温差指标与试验的温差指标数据均相差不大，可以看出温差诊断用于阀门泄漏量诊断具有可行性、准确性。表2是泄漏量分别为30KGH、58KGH、73KGH、80KGH、85KGH的理论计算与试验数据的温升指标对比，其中是表示理论计算测点1的温升指标，是表示理论计算测点2的温升指标Z1、2、3、4；M2345。TI是表示试验数据测点1温升指标，表示试验数据测点2温升指标N1234；M2、3、4、5。表2试验与理论计算温升检测指标对比从表2可以看出，不同泄漏量下，理论计算的温升指标与试验的温升指标相差很小，说明可以采用温升指标来诊断阀门是否发生泄漏。4结论1阀前管壁温度分布能够准确地反映阀门的泄漏状态。阀门无泄漏状态下管道温度分布与阀门有泄漏状态下管道温度分布有明显差异，且规律性强。阀门泄漏流量的大小与管道分布特征呈如下规律泄漏流量越小，管壁温度沿长度方向下降速率长度方向的温度梯度越大；泄漏流量越大，管壁温度沿长度方向的下降速率温度梯度越小。2选取疏水阀前两个温度测点，从这两个测点的温度测量值中提取合适的特征值，能够有效地表征阀门的泄漏状态，可用于诊断疏水阀的泄漏故障。3获得了基于阀门前管道两点温度特征的泄漏诊断方法。将在电厂进行试验的数据与理论条件下计算的数据进行比较，结果表明该诊断方法适合于火电机组疏水阀门微小泄漏故障的诊断。参考文献1李伟斌浅谈火电厂阀门泄漏综合治理J活力，2010238O2EMELAND，VHENRIKSEN，EHENNIE，MRASMUSSENSPECTRALANALYSISOFINTERNALLYLEAKINGSHUTDOWNVALVESM201144105910723WKAEWWAEWNOI，THEORETICALANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONTOMEASUREINTERNALLEAKAGEOFGASESTHROUGHVALVESUSINGACOUSTICEMISSION，PHDPMGROSSREPODATKINGSMONGKUTUNIVERSITYOFTECHNOLOGYTHONBURI，20084吕首楠探讨阀门泄漏检测方法J广东化工，2011，386210，1935苏伊萨琴科，等著，王丰，等译传热学M北京高等教育出版社，19872582626杨世铭，陶文铨，等传热学M北京高等教育出版社，20095585607袁镇福，吴骅鸣，浦兴国，等基于传热原理的电厂阀门泄漏量计算方法J动力工程，2004，2457257288姜启源，谢金星，叶俊，编著数学模型M北京高等教育出版社，201119刘洋，李录平，等蒸汽疏水阀门内漏量定量诊断方法研究J热能动力工程，2014，2933093141O张志涌精通MATLABR201LAM北京北京航空航天大学出版社，2011【上接第364页动到高加给水出口的改动设想，并对改动后机组的安全可靠性进行了分析研究，结论如下11O00MW机组若把主给水泵的位置移动到高加出13，则高加里面的给水压力降低到95MW，高加汽水两侧的压力降低的幅度为235MPA，这对减少高加泄漏和增加高加投入率无疑大有帮助。2水侧压力大幅度降低，不仅可以延长高加的使用寿命，而且满足材料强度的要求下，高加管壳、管板和水室隔板的厚度设计时可以减薄，这样就可以节省材料，使得高加的造价降低。3主给水泵位置改变后，不会对主给水泵的启动、运行等安全问题带来影响。参考文献1JOEDWARDS，RIHAMILTON，JBGILMOUREARLYCORROSIONFAILURESINCOPPERHEATEXCHANGERTUBINGJMATERPERFORM，197716182O2KCHANDRA，VKAIN，P_SSHETTY，RKISHANFAILUREANALYSISOFCOPPERTUBEUSEDINAREFRIGERATINGPLANTJENGFAILANAL，2014371113王鸿昌，李红U型管高压加热器的合理设计J电力技术，1982，1O18214何家胜，危卫，彭丹柳，等U型