儀器分析論文發(fā)表空冷機組防爆門破裂的原因
空冷技術(shù)早在30年代末即應(yīng)用于火力發(fā)電廠,世界上第一臺1500KW直接空冷機組，于1938年在德國一個坑口電站投運，已有60多年的歷史，幾個典型空冷機組是：1958年意大利空冷電站2×36MW機組投運、1968年西班牙160MW電站空冷機組投運、1978年美國懷俄明州Wodok電站365MW空冷機組投運、1987年南非Matimba電站6×665MW直接空冷機組投運。
摘 要：文章針對空冷機組防爆門破裂導(dǎo)致機組停機的問題進行分析。
關(guān)鍵詞：儀器分析論文發(fā)表,空冷機組;防爆門;破裂;原因
一、空冷機組的發(fā)展歷程
當(dāng)今采用表面式冷凝器間接空冷系統(tǒng)的最大單機容量為南非肯達爾電站6×686MW;采用混合式凝汽器間接空冷系統(tǒng)的最大單機容量為300MW級，目前在伊朗投運的325MW(哈爾濱空調(diào)股份有限公司供貨)運行良好。全世界空冷機組的裝機容量中，直接空冷機組的裝機容量占60%，間接空冷機組約占40%。我國國內(nèi)空冷技術(shù)研究工作開始于60年代，同時引進了直接空冷系統(tǒng)的設(shè)計和制造技術(shù)。電廠采用空冷系統(tǒng)的最大優(yōu)點是大量節(jié)水，最大缺點是一次性投資高、煤耗高，因此它最適宜用在富煤缺水地區(qū)建設(shè)。
二、米東熱電廠空冷凝汽器技術(shù)特點
神華新疆米東熱電廠位于新疆烏魯木齊市米東區(qū)，一期工程為2×300MW機組，汽輪發(fā)電機組為上海電氣集團NZK300-16.67/538/538亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、空冷凝汽抽汽式產(chǎn)品，發(fā)電機為上海汽輪發(fā)電機有限公司制造的靜態(tài)勵磁水-氫-氫機組，型號為QFSN-300-2。空冷采用SPX公司的機械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)，空冷凝汽器布置在主廠房A排外的高架平臺上，空冷平臺邊距主汽機廠房A列的距離為17.5m，兩臺汽輪機排汽管中心線間距為75.0m。每臺機組所配30個冷卻單元，沿A排方向布置6列空冷器，其中4列為運行列，通過∮2400mm的真空蝶閥進行隔離。 2列為啟動列，在啟動列每列蒸汽分配管路前段設(shè)計有空冷防爆門，防止在機組真空系統(tǒng)正壓時對空冷系統(tǒng)造成損壞。每列為5個單元，每個單元由10片管束組成。每臺機組空冷器平臺面積為66.84m×54.35m，兩臺機組空冷平臺之間布置寬為8.16m的連接鋼板，風(fēng)機平臺35.00m�？绽湎到y(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)為：空冷器管束采用單面覆鋁鋼基管、鋁翅片單排管，散熱面積為：838625m2 ，其中順流面積：704445m2 ，逆流面積：134180m2，迎面風(fēng)速為2.34m/s，迎風(fēng)面面積為為6018m2 ，順逆流段數(shù)比為4：1，冷卻段數(shù)為30;每個空冷凝汽器單元下部安裝一臺直徑約為∮9144mm的軸流風(fēng)機，所有風(fēng)機均采用變頻調(diào)速電機，電機功率為110KW。
三、防爆門破裂的經(jīng)過
11月16日，#1機組負荷：190MW 帶熱網(wǎng)運行，主汽壓力(爐側(cè))13.9MPa ，主汽溫度(爐側(cè))540℃ 汽包水位-0.59mm ，除氧器水位2170mm ，排汽裝置熱井水位1013mm ，給水泵B、C運行，凝結(jié)水泵A變頻運行,給水流量630t/h,主蒸汽流量680t/h。凝泵出口壓力1.92 MPa，真空-88.4KPa， A真空泵運行正常電流214A ，B、C泵聯(lián)鎖投備用，空冷風(fēng)機頻率15HZ,環(huán)境溫度-4℃，排氣壓力8.6 KPa， 07時44分，運行值班員在監(jiān)盤時突然發(fā)現(xiàn)#1機真空快速下降，空冷風(fēng)機頻率由15HZ自動升至50HZ，立即檢查真空系統(tǒng)及爐側(cè)參數(shù)。經(jīng)檢查A真空泵運行正常，C真空泵聯(lián)啟正常，手動啟動B真空泵。
07時45分，#1汽機跳閘，“排氣裝置真空低首出”報警，發(fā)電機解列，鍋爐MFT動作，高低旁聯(lián)開，高旁開度60%，低旁開度100%,汽機轉(zhuǎn)速下降，潤滑油泵聯(lián)啟正常, #1機主汽門、調(diào)門關(guān)閉正常，6KV快切裝置切換正常，各380VPC段電壓正常,運行人員按緊急停機處理,同時及時匯報電網(wǎng)調(diào)度及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，運行值班員在跑出控制室后,發(fā)現(xiàn)低壓排氣缸防爆膜處大量冒汽，值班員立即手動關(guān)閉高低旁，手動關(guān)閉機側(cè)所有疏水門，對鍋爐進行壓火處理。
08時15分，在對#1汽機本體和空冷島做進一步檢查，發(fā)現(xiàn)1#機低壓缸2個防爆膜及空冷島第3列防爆膜發(fā)生破裂，空冷第4列防爆膜完好。
事件發(fā)生后立即組織設(shè)備維護人員對#1空冷3、4列防爆膜進行了更換處理，重新更換了低壓缸防爆門的鉛板;
11月16日14時31分，1#機組啟動與系統(tǒng)并列恢復(fù)正常運行。
11月17日20時35分，1#機組真空再次從-87kpa迅速下降,B、C真空泵聯(lián)起，20時36分，#1機組低真空保護動作跳閘，按緊急停機處理，經(jīng)檢查#1機低壓缸2個防爆膜及空冷島第3列防爆膜再次發(fā)生破裂。
四、事件原因
1.事件直接原因
空冷系統(tǒng)防爆膜設(shè)計安裝在第3列和第4列蒸汽分配管上，排空管路水平方向垂直焊接在蒸汽分配管上。排空管路為Φ720×10mm，爆破片使用的×××有限公司生產(chǎn)的正拱開縫式結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品型號為LKZ750-0.044-120，爆破壓力為+0.044Mpa，使用溫度為120℃�？箟毫Σ▌訛�80%。內(nèi)層支撐板厚度為2mm不銹鋼板，沿圓周方向300°開縫，然后在內(nèi)層開縫處點焊36個直徑為10mm，厚度為2mm的不銹鋼擋片承受真空產(chǎn)生的壓力。中間使用厚度為0.08mm氟塑料密封，外層為厚度為0.30mm的不銹鋼保護板。結(jié)構(gòu)見下圖。
爆破片結(jié)構(gòu)圖
爆破片斷面圖
根據(jù)爆破片內(nèi)側(cè)擋片的彎曲方向判斷(見下圖)，擋片全部向內(nèi)彎曲。可見爆破片是先向內(nèi)破裂彎曲，在汽輪機低真空保護動作汽機跳閘后高、低旁快開，大量蒸汽進入排汽裝置導(dǎo)致真空系統(tǒng)產(chǎn)生正壓，爆破片在正壓力作用下再次向外彎曲。
初步判定爆破片第一次破裂的原因為，防爆膜爆破片結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，爆破片長期在真空狀態(tài)下工作，因受真空系統(tǒng)壓力波動使擋片逐漸彎曲，內(nèi)部支撐強度逐漸減弱，最終導(dǎo)致爆破片破裂。
檢修人員在進行安裝防爆膜時由于安裝工藝不到位，造成防爆膜的承壓強度降低，是造成第二次防爆膜爆破片破裂的主要原因
2.事件擴大原因
爆破片破裂后，大量空氣進入真空系統(tǒng)，使汽輪機低真空保護動作。汽輪機跳閘，發(fā)電機解列。高、低旁快開后大量蒸汽排入排氣裝置，導(dǎo)致排氣裝置壓力升高引起汽輪機低壓排氣缸大氣安全門動作。
五、事件整改與防范措施
由于空冷防爆門在設(shè)計中存在缺陷，無法滿足空冷系統(tǒng)長期運行時的壓力波動，造成內(nèi)部擋片逐漸彎曲變形，導(dǎo)致強度降低。為了避免空冷防爆門事故再次重復(fù)發(fā)生。故對空冷防爆門重新設(shè)計加工，具體結(jié)構(gòu)見示意圖
現(xiàn)有的汽機高壓旁路為35% BMCR 的簡易旁路，可實現(xiàn)機組帶旁路正常啟停，同時還具有異常工況下快開、快關(guān)功能;因為直接空冷機組，真空系統(tǒng)共設(shè)計四個防爆門，分別布置在低壓缸(左右側(cè)各一個)和空冷蒸汽管道(第三、四列各一個);根據(jù)機組運行實際情況，若汽輪機在帶負荷運行同時排汽真空比較低情況下，旁路打開勢必造成機組真空進一步急劇惡化，最終導(dǎo)致低壓缸或空冷防爆門破裂。
1.邏輯變更依據(jù)
“DLT 5428-2009 火力發(fā)電廠熱工保護系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定”第8.5.2條規(guī)定，出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)自動閉鎖和停止旁路運行：
(1)高壓旁路出口溫度高至規(guī)定值;
(2)旁路減溫水壓力低至規(guī)定值;
(3)旁路減溫水閥應(yīng)開而未開;
(4)凝汽器真空低至規(guī)定值;
(5)凝汽器水位高至規(guī)定值;
(6)汽輪機低壓缸排汽溫度高至規(guī)定值。
2.原旁路邏輯
(1)高壓旁路快開條件
汽機跳閘且汽輪機實際負荷﹥ 50MW。(邏輯或)
機前主汽壓力﹥ 17.35MPa。(邏輯或)
發(fā)電機解列。(邏輯或)
無高旁快關(guān)條件。(邏輯與)
(2)高壓旁路快關(guān)條件
高旁閥后蒸汽溫度﹥390℃。
(3)低壓旁路快開條件
再熱蒸汽壓力﹥ 3.9 MPa。(邏輯或)
高壓旁路快開。(邏輯或)
無低旁快關(guān)條件。(邏輯與)
(4)低壓旁路快關(guān)條件
排汽管道壓力大于115KPa(a)。(邏輯或)
排汽管道溫度高于120℃。(邏輯或)
排汽裝置凝結(jié)水箱液位﹥ 1300mm 且液位開關(guān)量信號存在。(邏
輯或)
3.改動后旁路邏輯
(1)高壓旁路快開條件
汽機跳閘且汽輪機實際負荷﹥50MW。(邏輯或)
機前主汽壓力﹥17.35MPa。(邏輯或)
發(fā)電機解列。(邏輯或)
無高旁快關(guān)條件。(邏輯與)
(新增)無排汽真空低條件。(邏輯與)
(2)高壓旁路快關(guān)條件
高旁閥后蒸汽溫度﹥ 390℃。(邏輯或)
(新增)低旁快關(guān)。(邏輯或)
(3)低壓旁路快開條件
再再熱蒸汽壓力﹥3.9 MPa。(邏輯或)
高壓旁路快開。(邏輯或)
無低旁快關(guān)條件。(邏輯與)
(4)低壓旁路快關(guān)條件
排汽管道壓力大于115KPa(a)。(邏輯或)
排汽管道溫度高于120℃。(邏輯或)
排汽裝置凝結(jié)水箱液位﹥1300mm 且液位開關(guān)量信號存在。(邏
輯或)
(5)(新增)鍋爐BT 動作條件
汽機跳閘且排汽真空低。
六、結(jié)論
在系統(tǒng)設(shè)計施工初期，防爆門選型工作不容易引起重視。而且空冷機組在移交投產(chǎn)正常運行時，蒸汽分配管路的真空防爆門一直是檢修維護中的死角。使用抗壓力波動不強、支撐結(jié)構(gòu)不合理的防爆門，在長期使用中因壓力波動容易導(dǎo)致支撐強度降低。從而造成機組非停事故。所以，在設(shè)備設(shè)計選型初期，一定要選擇結(jié)構(gòu)合理，支撐強度高的防爆門產(chǎn)品,避免因空冷防爆門破裂造成機組非停事故。
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