双抽汽轮机低加疏水泵故障分析

双抽汽轮机低加疏水泵故障分析

0水泵及出口管路系统金陵石化1号和2号发动机为cc50-90、42、15-双发动机。自建成投产以来,两台机的低加疏水泵出口疏水管路经常振动,造成保温脱落。严重时,引起该疏水管与主凝结水管处焊口振裂而停机。致使低加疏水泵长期不能投用。低加疏水泵及出口管路系统如图1所示。1号低压加热器的疏水,正常情况下是通过疏水泵打回至1号低加凝结水出口处的主凝结水管,在疏水泵故障或1号低加水位高时,可打开旁路阀,1号低加疏水直排至凝汽器。1号低加的水位控制是由疏水泵出口调整门通过调节疏水泵出口流量来控制的。据了解,低加疏水泵不能正常投用大都发生在热电厂的供热机组,故障情况类似,有的电厂索性拆除了疏水泵,让加热器疏水直排凝汽器。如扬子石化热电厂、齐鲁石化公司热电厂等。低加疏水泵不能正常投用,让疏水直排至凝汽器,使机组循环热效率下降,经估算,对50MW双抽机组来说,其热效率平均下降0.3%左右。另外还将造成1号低加水位不能自动调节,致使该加热器水位不能控制在最佳范围,这也将引起加热器端差增加,从而引起循环效率的下降,并且会对机组的安全运行构成威胁。1管道振动诊断分析1.1振动与泵的流量对金陵公司热电厂1号机的疏水泵进行了观察分析,发现当1号低加水位较高时启动疏水泵,随着水位下降,泵的出口调整门逐渐关小,泵的流量下降,当泵的电流由额定电流68A下降至40A以下时,电流表晃动,疏水管开始振动。泵的电流在68A～40A之间,泵的运行稳定,出口管道无振动。由此说明,振动与泵的流量有关。据目测,管道的振动频率为10Hz以下,振幅超过150mm,属于低频振动。1.2向q/qk的通过为了说明喘振现象,用图2来进行分析。图2中给出了具有驼峰形的某一水泵的Q-H性能曲线,当其在大容量的管路中进行工作时,如果外界需要的流量为QA,此时管路特性曲线和水泵的性能曲线相交于A点,该点管路消耗的能量与水泵产生的能量达到平衡,因此,工作是稳定的。当外界需要的流量增加至QB时工作点向A的右方移动至B点,此时的工作仍然是稳定的。当外界需要的流量减少为QE时,工作点向A的左方移动至E点,随着外界需要的流量进一步减少至QK,此时对应的工作点为K点,K点为临界点。K点的左方即为不稳定工作区。如果外界需要的流量继续减少到Q<QK,这时水泵所产生的最大能头将小于管路中的阻耗,因为管路容量较大,在这一瞬间管路中的阻耗仍为HK,因此,管路中的阻耗大于水泵所产生的能头,流量开始反方向倒流,即工作点由K点移向C点。由于倒流使管路中的压力迅速下降,工作点很快由C点跳到D点,此时流量为零。由于泵在继续运行,所以当管路中压力降低到相应的D点压力时,泵又开始输出流量,由驼峰曲线可知,为了和管路中阻能相平衡,相应的工作点D又跳到E点。只要外界所需的流量保持小于QK,上述过程又重复出现,即发生喘振。如果这种循环的频率与系统的振荡频率合拍,就要引起共振,严重时会造成泵及出口管路的损坏。从理论上讲,喘振的发生,应具备以下3个条件:(1)泵具有驼峰形性能曲线,并在不稳定区运行;(2)管路中具有足够的容积和输水管中存有空气;(3)整个系统的喘振频率与机组旋转频率重叠,发生共振。喘振发生在小流量处,而且喘振的振动周期比较长,频率范围10Hz～0.1Hz。1.3按工况区分控制低加疏水量,这也和汽蚀余量五千万分,供热机组的疏水量变化较大。它不仅随电负荷变化,更受着供热负荷的影响。金陵石化公司热电厂的CC50-90/42/15型双抽机组疏水量变化范围随着供热负荷的不同,其疏水量的变化范围是25t/h～70t/h。并且该厂的热用户中有固定的200t/h的热回水直接回至高压除氧器,使每台机通过低压加热器的凝结水少100t/h左右,从而使低加疏水量比上海汽轮机厂50MW双抽机组工况图提供的疏水量有很大下降,一般情况低加疏水量为30t/h～40t/h左右。冬季采暖供汽增加,疏水量可达40t/h～50t/h左右。具体该厂的低加疏水量随工况变化情况列于表1。电力设计院所选的离心泵为上海水泵厂生产的125NW-65×2,设计流量为60t/h,能在45t/h～67t/h之间利用汽蚀余量自动调节。由于实际运行工况远远偏离上述设计流量范围,该泵的运行流量一般在30t/h～40t/h左右,在用出口疏水调整门进行泵的流量调节时,使泵周期性地进入不稳定工况区运行;另外出口调节阀离泵的出口较远(约6米左右),即管路中具有足够的容积。低加疏水调节阀后的管路也很长,且与主凝结水管路相连,主凝结水压力一般在7.0ata左右,即当泵进入不稳定区,出现回流时,整个出口疏水管路都将出现回流,使流动不稳定;同时伴随着流量和压力的脉动,从而产生喘振由此可见整个低加疏水系统具备了喘振的条件,从振动频率低于10Hz的现象看也是喘振的特征,所以判断该厂低压疏水出口管路振动为低频喘振。2性能曲线下的不稳定段泵综上所述,供热机组低加疏水管路振动的主要原因是低加疏水量的变化较大,疏水泵的选型不合理,造成离心泵的工作点处于不稳定工作区引起低频喘振。根据这个结论,可采取下述两种方案来消除振动。方案一:根据机组的实际工况的疏水量重新选择疏水泵,即疏水泵改型,以使泵的工作区域处于稳定区工作。方案二:对原有的疏水泵进行变频改造,通过改变泵的转速n来调节流量。当降低转速时,性能曲线Q-H上的临界点K向左下方移动,从而可缩小性能曲线上的不稳定段,如图3所示这样在流量较小的情况下,泵仍处于稳定区工作,使泵的调节范围增大。两种方案比较后,采用了方案二,于1998年10月,首先对1号机疏水泵进行了变频改造,选用了日本三菱公司的FREQROL-A100变频器;取消了疏水泵出口调整门,把出口疏水管拉直,减少了两个弯头,使系统变得简洁。调节框图如图4所示,工作原理为:变频器给定一个水位设定值,变频器根据此值输出一定频率的电源至水泵电机,水泵在这一频率的电流、电压下工作,输出一定流量的水至主凝结水管道,水位传感器检测1号低加水位值,反馈至变频器,变频器再对水位给定值与水位反馈值进行比较,得出一偏差值,变频器根据偏差值的正负、大小改变输出电源的频率,调节泵的转速,从而调节泵的出口流量。它是通过改变泵的转速来调节泵的出口流量,使泵始终在泵的稳定工作区域工作,避免了泵的低频喘振现象。改造后投入运行以来运行情况良好,彻底消除了管道振动,疏水热量全部回收,实现了1号低压加热器的水位自动调节,运行人员反应操作简单,运行可靠,并且节能效果明显。1999年对2号机的低加疏水系统进行了同样改造,目前两台机的运行情况证明:改造是成功的。3改造原有的疏水泵,节能潜力1.金陵石化公司热电厂50MW双抽机组低加疏水管路振动是由于供热机组的低加疏水量变化较