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1、2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文空冷系统防爆膜破裂的原因分析新疆米东热电厂 徐洪文 黄新【摘要】本文通过一起直接空冷机组运行中防爆膜破裂的问题进行分析。为了避免空冷防爆门事故再次重复发生，现场对空冷防爆门重新设计加工，并改进了高低压旁路开启逻辑，避免带负荷真空低时，旁路打开进一步恶化真空。【关键词】空冷机组，防爆门；1米东热电厂空冷系统简介 神华新疆米东热电厂位于新疆乌鲁木齐市米东区，一期工程为2300MW机组，汽轮发电机组为上海电气集团NZK300-16.67/538/538亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、空冷凝汽抽汽式产品，发电机为上海汽轮发电机有限公司制造的静态励磁
2、水-氢-氢机组，型号为QFSN-300-2。空冷采用SPX公司的机械通风直接空冷系统，空冷凝汽器布置在主厂房A排外的高架平台上，空冷平台边距主汽机厂房A列的距离为17.5m，两台汽轮机排汽管中心线间距为75.0m。每台机组所配30个冷却单元，沿A排方向布置6列空冷器，其中4列为运行列，通过2400mm的真空蝶阀进行隔离。2列为启动列，在启动列每列蒸汽分配管路前段设计有空冷防爆门，防止在机组真空系统正压时对空冷系统造成损坏。每列为5个单元，每个单元由10片管束组成。每台机组空冷器平台面积为66.84m54.35m，两台机组空冷平台之间布置宽为8.16m的连接钢板，风机平台35.00m。空冷系统的
3、主要设计参数为：空冷器管束采用单面覆铝钢基管、铝翅片单排管，散热面积为：838625m2 ，其中顺流面积：704445m2 ，逆流面积：134180m2，迎面风速为2.34m/s，迎风面面积为为6018m2 ，顺逆流段数比为4：1，冷却段数为30；每个空冷凝汽器单元下部安装一台直径约为9144mm的轴流风机，所有风机均采用变频调速电机，电机功率为110KW。2防爆膜破裂的经过11月16日，#1机组负荷：190MW 带热网运行，主汽压力（炉侧）13.9MPa ，主汽温度（炉侧）540汽包水位-0.59mm，除氧器水位2170mm，排汽装置热井水位1013mm，给水泵B、C运行，凝结水泵A变频运行
4、,给水流量630t/h,主蒸汽流量680t/h。凝泵出口压力1.92 MPa，真空-88.4KPa， A真空泵运行正常电流214A，B、C泵联锁投备用，空冷风机频率15HZ,环境温度-4，排气压力8.6 KPa，07时44分，运行值班员在监盘时突然发现#1机真空快速下降，空冷风机频率由15HZ自动升至50HZ，立即检查真空系统及炉侧参数。经检查A真空泵运行正常，C真空泵联启正常，手动启动B真空泵。07时45分，#1汽机跳闸，“排气装置真空低首出”报警，发电机解列，锅炉MFT动作，高低旁联开，高旁开度60%，低旁开度100%,汽机转速下降，润滑油泵联启正常, #1机主汽门、调门关闭正常，6KV快
5、切装置切换正常，各380VPC段电压正常,运行人员按紧急停机处理,同时及时汇报电网调度及相关领导，运行值班员在跑出控制室后,发现低压排气缸防爆膜处大量冒汽，值班员立即手动关闭高低旁，手动关闭机侧所有疏水门，对锅炉进行压火处理。08时15分，在对#1汽机本体和空冷岛做进一步检查，发现1#机低压缸2个防爆膜及空冷岛第3列防爆膜发生破裂，空冷第4列防爆膜完好。事件发生后立即组织设备维护人员对#1空冷3、4列防爆膜进行了更换处理，重新更换了低压缸防爆门的铅板；11月16日14时31分，1#机组启动与系统并列恢复正常运行。11月17日20时35分，1#机组真空再次从-87kpa迅速下降,B、C真空泵联起
6、，20时36分，#1机组低真空保护动作跳闸，按紧急停机处理，经检查#1机低压缸2个防爆膜及空冷岛第3列防爆膜再次发生破裂。3防爆膜破裂的原因分析3.1直接原因分析 空冷系统防爆膜设计安装在第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。排空管路为72010mm，爆破片使用的有限公司生产的正拱开缝式结构，产品型号为LKZ750-0.044-120，爆破压力为+0.044MPa，使用温度为120。抗压力波动为80%。内层支撑板厚度为2mm不锈钢板，沿圆周方向300开缝，然后在内层开缝处点焊36个直径为10mm，厚度为2mm的不锈钢挡片承受真空产生的压力。中间使用厚度为0.08m
7、m氟塑料密封，外层为厚度为0.30mm的不锈钢保护板。结构见图1和图2。注意：挡片安装在内层，压力低侧。图1 完好的爆破片俯视图 图2 爆破片断面图图3 破裂后的防爆膜根据爆破片内侧挡片的弯曲方向判断（见图3），挡片全部向内弯曲。可见爆破片是先向内破裂弯曲，在汽轮机低真空保护动作汽机跳闸后高、低旁快开，大量蒸汽进入排汽装置导致真空系统产生正压，爆破片在正压力作用下再次向外弯曲。初步判定爆破片第一次破裂的原因为，防爆膜爆破片结构设计不合理，爆破片长期在真空状态下工作，因受真空系统压力波动使挡片逐渐弯曲，内部支撑强度逐渐减弱，最终导致爆破片破裂。检修人员在进行安装防爆膜时由于安装工艺不到位，造成防
8、爆膜的承压强度降低，是造成第二次防爆膜爆破片破裂的主要原因3.2事件扩大原因分析 爆破片破裂后，大量空气进入真空系统，使汽轮机低真空保护动作。汽轮机跳闸，发电机解列。高、低旁快开后大量蒸汽排入排气装置，导致排气装置压力升高引起汽轮机低压排气缸大气安全门动作。4整改与防范措施4.1空冷防爆膜重新设计加工由于空冷防爆门在设计中存在缺陷，无法满足空冷系统长期运行时的压力波动，造成内部挡片逐渐弯曲变形，导致强度降低。为了避免空冷防爆门事故再次重复发生。故对空冷防爆门重新设计加工，具体结构见图4。4.2改进旁路的开启逻辑现有的汽机高压旁路为35% BMCR 的简易旁路，可实现机组带旁路正常启停，同时还具
9、有异常工况下快开、快关功能；因为直接空冷机组，真空系统共设计四个防爆门，分别布置在低压缸（左右侧各一个）和空冷蒸汽管道（第三、四列各一个）；根据机组运行实际情况，若汽轮机在带负荷运行同时排汽真空比较低情况下，旁路打开势必造成机组真空进一步急剧恶化，最终导致低压缸或空冷防爆门破裂。4.2.1逻辑变更依据“DLT 5428-2009 火力发电厂热工保护系统设计规定”第8.5.2条规定，出现下列情况之一时，应自动闭锁和停止旁路运行：4.2.1.1高压旁路出口温度高至规定值；4.2.1.2旁路减温水压力低至规定值；4.2.1.3旁路减温水阀应开而未开；4.2.1.4凝汽器真空低至规定值；4.2.1.5
10、凝汽器水位高至规定值；4.2.1.6汽轮机低压缸排汽温度高至规定值。4.2.2原旁路逻辑4.2.2.1高压旁路快开条件汽机跳闸且汽轮机实际负荷 50MW。（逻辑或）机前主汽压力 17.35MPa。（逻辑或）发电机解列。（逻辑或）无高旁快关条件。（逻辑与） 图44.2.2.2高压旁路快关条件高旁阀后蒸汽温度390。4.2.2.3低压旁路快开条件再热蒸汽压力 3.9 MPa。（逻辑或）高压旁路快开。（逻辑或）无低旁快关条件。（逻辑与）4.2.2.4低压旁路快关条件排汽管道压力大于115KPa(a)。（逻辑或）排汽管道温度高于120。（逻辑或）排汽装置凝结水箱液位 1300mm 且液位开关量信号存在
11、。（逻辑或）4.2.3改动后旁路逻辑4.2.3.1高压旁路快开条件(新增)无排汽真空低条件。（逻辑与）4.2.3.2高压旁路快关条件(新增)低旁快关。（逻辑或）4.2.3.3低压旁路快开条件，不变4.2.3.4低压旁路快关条件，不变4.2.3.5(新增)锅炉BT（锅炉跳闸）动作条件：汽机跳闸且排汽真空低。5结论在系统设计施工初期，防爆门选型工作不容易引起重视。而且空冷机组在移交投产正常运行时，蒸汽分配管路的真空防爆门一直是检修维护中的死角。使用抗压力波动不强、支撑结构不合理的防爆门，在长期使用中因压力波动容易导致支撑强度降低。从而造成机组非停事故。所以在设备设计选型初期，一定要选择结构合理，支撑强度高的防爆门产品,避免因空冷防爆门破裂造成机组非停事故。参考文献：1西北电力设计院直接空冷系统设计说明书2火力发电厂热工保护系统设计规定DL/T 5428-20093上海汽轮机厂B153-01概述及运行说明
