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1、捷制K-200-165-P型机组高效给水泵掉闸两台半容量泵联动流量在保护动作值内加不起分析李平棋 周毅明（神头发电有限责任公司）摘要：本文对神头一电厂捷制200MW机组高效给水泵掉闸两台半容量泵联动流量在保护动作值内加不起存在问题引起的锅炉省前流量低，机组掉闸等现象，从运行调整，设计方面进行了科学合理的分析，找到了流量在保护动作值内加不起的原因和备用给水泵联动后安全性问题，同时根据国内外大机组设计特点和运行方面的经验，提出了合理的运行方式，通过改进运行操作方式，保证提高了机组安全运行关键词：给水泵；流量；压力0前言神头一电厂捷制四台汽轮发电机组，锅炉为捷克斯洛伐克土马其锅炉制造厂PG650T/
2、H直流炉，汽机为捷克斯洛伐克柯达公司所属皮尔森汽轮机厂制造的亚临界机组，机组高效全容量给水泵在98年的机组大修过程中，为提高机组调峰能力和节能降耗，将原#3给水泵（型号200CHM353198捷产）改型，更换为上海电力修造总厂制造的全容量给水泵（后称高效给水泵），其型号为DG600240JV，该泵参数为流量761M3/H，扬程2408.5mmH2O，最高转速5805rpm，效率82%。改造后99年2月9日10时33分第一次试泵，由于试运期间，诸多原因，直至99年6月2日15时55分投入运行，运行情况基本良好。但也存在一些问题，需要我们进一步的分析探讨，有利于#5、6、8机组#3给水泵改造后经验
3、的鉴戒。1运行方式机组运行中电负荷198NW，高效给水泵向锅炉稳定供水，高效给水泵提供的给水量流量658M3/H，两台50容量的1、2给水泵作为备用，#1给水泵为优先备用，液联勺位85%，备用优先泵勺位给定85%为单台泵运行时最大出力，#2给水泵液联勺位75%，为满负荷时两台半容量泵的出力。锅炉磨煤机出力：#1磨煤机电流42A、转速25.5rpm，#2磨煤机电流43A、转速25 rpm，#3磨煤机电流42A、转速25.5 rpm。 2锅炉灭火、跳机的经过高效给水泵运行中突然掉闸后，锅炉给水随即出现断流，在不到8秒的时间里，省前流量由543TH骤降至179TH，21秒降至最低12.37TH，母管
4、压力由21.7Mpa降至7.75Mpa；当高效给水泵突然停运后，1、2给水泵依次联动，2秒后优先泵1给水泵启动，5秒后2给水泵启动，省前流量报警20秒后省前流量仅上升至115T/H,，未达到到保护流量180T/H，高效给水泵再循环电动门在泵流量降低过程中110729806打开, 110743537关闭（高效给水泵再循环电动门泵流量低于148T/H开启，大于420T/H关闭），出口电动门110804397关闭,锅炉燃料量也没有来得及调整，使锅炉蒸发段加热缩短，过热段延长，部分储水继续蒸发并维持锅炉省煤器后压力，省煤器后压力掉闸前一直在21.7118.74Mpa范围内，这使得锅炉灭火保护动作，锅炉
5、灭火，汽轮机跳机。3高效泵掉泵后出现的主要问题3.11、2给水泵联动运行后的输出流量分别达到了550T/H、478T/H，而正常情况下，1、2给水泵并联运行单泵的最大输出流量在350 T/H左右，1、2泵电流值均超出两泵最大允许电流（473A），此工况运行两泵过载严重。3.2高效泵掉闸的2秒后1给水泵流量即达287T/H ，4秒后1泵即向锅炉提供550T/H的稳定流量，但省前流量在跳机前20秒的时间里，只回升至115T/H，在正常情况下，省前流量与泵的输出流量始终是接近的（不考虑减温水量），而此时两流量并不相等，跳机前省前流量远远低于两泵的出口流量。3.32给水泵联启后出现了空转现象， 13秒
6、后2给水泵流量达到473T/H，压力达到19.03Mpa，32秒后且勺管从73开至96.8%工况稳定时才出水,但此时已达到灭火保护动作时间, ,这说明在灭火前的20内锅炉给水仅由1给水泵提供，2给水泵处于空转状态，没有流量输出。从上述分析中可以看出高效给水泵掉闸后虽然1、2给水泵都及时联动，但省前流量回升仍然太慢，所以最终还是导致锅炉灭火。4高效给水泵改造前后的热工逻辑回路4.1 高效给水泵改造前后存在的差别在高效给水泵改造前，三期机组根据捷克设计每台机组配置3台给水泵，正常工况时每台给水泵带50%负荷。机组满负荷正常运行时，2台给水泵投入运行，1台备用，改造后，#71、72给水泵备用，需要说
7、明地是由于#73给水泵设计的出口压力保护，防止给水泵损坏，启动时因为除氧器压力低，#73给水泵不作为启动用，只是在机组并网接带负荷后投入运行。4.1.1高效给水泵热工逻辑程序功能，方式如图例热工逻辑程序保护4.1.2 液力偶合器润滑油压力小于0.08 Mpa；4.1.3 工作油冷油器进油温度大于130度（三取中）；4.1.4 给水泵进口压力1.25 Mpa延时30秒；4.1.5 除氧器水位小于0.2M;4.1.6 给水泵入口流量小于148 m3/h、再循环门30秒未开；以上保护经保护投退开关，延时2秒保护动作。4.1.7 BB段启动返回保护停BA段；4.1.8 BA段启动返回保护停BB段；以上
8、保护直接送联启#1、#2给水泵指令2秒。（未延时前）4.2高效给水泵掉闸后小泵流量不能在20S的时间内加起来高效给水泵电气保护来没有延时2S，直接掉泵，所以优先备用泵在高效给水泵掉闸后2S联动，不优先备用泵5S后联动，加上备用泵联动后的响应速度，很难满足锅炉给水流量的需要，从联动情况看，高效给水泵11:07:29:29011:07:30:569时掉闸,优先泵71给水泵于11:07:30:182时联动,不优先泵72给水泵于11:07:35:225联动,符合联动设计；但是#71、72给水泵流量没有在最短的时间内加起来，造成锅炉省前流量低保护动作，从而引起机组掉闸。4.3当高效给水泵掉闸后#71、7
9、2给水泵联动后响应问题高效给水泵掉闸两台小泵先后联动并联运行中，其运行性能差别较大，尤其是在切换过程中，其两台泵先后联动并联的运行特性变化很大。高效给水泵于11月24日11:07:29:29011:07:30:569掉闸，随着高效泵的掉闸，其转速的降低，使流量、扬程都随之降低，高效给水泵的扬程（出口压力）也逐渐降低，从图3看母管压力由21.71Mpa降至7.75Mpa；而#71、72给水泵联动后流量响应很快，#71给水泵在11:07:30:182联动后，2S的时间内达到287t/h，4S内达到550t/h，#72给水泵11:07:35:225联动后，3S之内达到327t/h，8S内达到473t
10、/h， 但#71、72给水泵此时的扬程响应很慢， #71给水泵联动后出口压力在20S内才达19.07Mpa， #72给水泵出口压力在15S内达到19.07Mpa，我们知道因为管道摩擦损失随流量的增加而增大，需要每台泵都要提高它的扬程来克服这个增加的损失水头，而高效泵掉闸前的母管压力21.71Mpa，当高效泵掉闸后，出口压力靠惯性维持静压并逐渐为零，此时高效泵基本上就不出水了，流量已经降到零。比例定律说明：水泵并联运行时，水泵的出口压力还要受到其它水泵运行压力的影响，水泵出口流量并不是母管内流量，母管内流量为所有运行的水泵的流量和。由于管路中总流量增大和阻力增大，因此需要#71、72给水泵的扬程
11、更高，但在工况发生变化，高效泵掉闸#71、72给水泵运行时，因#71、72给水泵刚启动出口压力低，高效泵出口压力靠惯性维持静压逐渐降低，根据上述并联工作特点分析和结合图3可以看出，高效泵出口压力由7.75Mpa上升到19.07Mpa，#71、72给水泵与高效泵的出口压力达到相同，出现#71、72给水泵向高效泵倒灌的现象，说明高效泵管道中的逆止阀有内漏的可能。而且高效泵掉闸转速降至最低转速时，出口压力靠惯性维持逐渐降低的过程中，只有在高效泵不出水，#71、72给水泵启动后出口压力逆止阀才有可能打开。5灭火、跳机的原因分析在直流锅炉中给水完全是依靠给水泵产生的压头在受热面中一次流过并变为蒸汽的，所
12、以省前流量的变化受控于给水泵的运行特点，要了解造成省前流量回升太慢的原因，必须从分析给水泵运行特性入手。从泵与风机理论知识中我们知道，给水泵实际运行时的流量和压头大小是由给水泵和给水管系的特性共同决定的，因此要分析1、2给水泵此时的工作情况，不仅要根据液联勺管开度的变化情况，还要结合工质在锅炉受热面中的水动力特性，也就是说勺管开度或受热面的水动力特性改变时，都会引起给水泵工作状态的改变，即给水量和给水压头的变化。5.1给水压力变化对锅炉受热面水动力特性的影响在直流锅炉水动力学中, 对于水平围绕式的水冷壁而言,给水压力变化对给水系统特性的影响可以通过锅炉水动力特性曲线来反映,具体如下图所示:图1
13、从图中能够看到，锅炉受热面内工作压力高时，会因为蒸汽与水的比容差较少，使水动力特性趋向单值性，流动越稳定，如图1中的曲线；而受热面内工作压力较低时, 蒸汽与水的比容差较大，这时水动力特性曲线会出现明显的下降区段， 使水动力特性趋向多值性，如图1中的曲线；这可能使锅炉工质出现不稳定流动工况，尤其是在掉泵后，给水压力发生急骤波动，水动力特性曲线的这种不稳定流动特性会很明显，所以这种变化对给水泵运行工况产生的影响是不可忽视的。5.2图解法分析1、2给水泵联动后出现的主要问题单泵在运行的工作点是泵的性能曲线与管路特性曲线的交点，交点处对应的流量和出口压力是该泵的实际输出流量和压力。两泵并联运行时的总工
14、作点是两泵的总性能曲线和管路特性曲线的交点，该点处对应的流量为两泵输出的总流量，对应的压力既为总压力又等于各泵的出口压力。我们利用简易的图解分析法，按照实际运行的相关参数绘制出了一组给水泵运行特性曲线图，虽然不是精确绘制，但可以通过它了解给水泵的有关工作特性。工况一：高效泵掉泵前的其运行工况，见如图1，工作点为图2中D工况二：由高效泵正常切换为1、2给水泵并联运行，并保持相同出力（700TH）时的运行工况，见图3，总工作点为C点，各泵的工作点为B点。工况三：高效泵掉泵后，1、2给水泵紧急联动后的运行工况，如图4所示；图中曲线对应的给水压力高于曲线对应的给水压力；给水特性曲线为曲线时，A点为1给
15、水泵的工作点，总工作点为D点；如给水特性曲线为曲线时，A点仍为1给水泵的工作点，但总性能曲线与曲线不相交，所以总工作点不存在，给水管路中的流量等于1给水泵的输出流量，2给水泵处于空载运行状态，没有输出流量。 综合图2、3、4可以看出，一、二两种工况下，由于给水压力较高，对应的给水管路特性曲线相同，呈陟直形，锅炉水动力特性较为稳定，所以工况二中1、2给水泵出力分别为350TH，小于单台给水泵运行时的额定出力，这样在正常情况下，1、2给水泵并联运行是安全可靠的。但高效给水泵掉闸后1、2给水泵联动并联运行时，尽管液联勺位与正常切换运行方式下相同，却会出现1、2给水泵过载、2给水泵空转等现象。 5.2
16、.11泵过载的具体原因分析：高效泵掉闸后，锅炉出现了短暂的断流，且由于高效泵逆止门不会马上关闭（甚至不严密），因此给水系统中的工质会在重位压头的作用下向高效泵倒灌返回至除氧器，致使蒸发受热面内工质迅速膨胀降压，1、2给水泵在这种情况下联动运行，给水管路特性曲线因给水压力的急剧降低发生了较大的改变，1泵工作点由工况二时的B点移动至右下方A点处，所以输出流量从350TH升至550T/H。如图5所示由此不难看出1泵联动后即过载运行的根本原因是给水管路特性曲线此时发生的改变。5.2.22给水泵联动后出现空转的原因分析2给水泵联启后并没有象1给水泵一样立即带上负荷，而是空载运行了将近18秒，并且液联勺管
17、开度由最初的73升至96.7，对应的管路特性曲线如图5中曲线，此过程中管路曲线始终处于总性能曲线下方，它们之间没有交点，这种情况下，尽管两台给水泵处于并联运行方式，但实际上2给水泵没有并联上，其空转不打水。因此要保证2给水泵并联后有输出流量，管路特性曲线必须与总性能曲线有交点。综合给水泵液联的并联特性及直流锅炉水动力特性两方面因素得出结论：给水压力越低、勺位越高时，给水泵的总性能曲线与管路特性曲线无交点的可能性越大。如图6所示。根据上述分析，我们就不难理解为什么2给水泵联泵后没有迅速带起负荷，其实质就是给水压力太低，2给水泵启动时的管路特性曲线与总性能曲线尚未相交，而在这种情形下再提高勺位，将
18、会延长空载运行时间，所以说2给水泵启动后不能因其不出水而马上提高勺位。5.2.3省前流量回升过慢的原因分析 正常情况下，给水系统处于稳定流动状态，省前流量加减温水量与给水泵的输出流量基本相等，而在锅炉灭火保护动作前，1给水泵输出流量已达550T/H，但省前流量却仅恢复到117 T/H，两者之间存在较大差值，这说明流量在这段时间内不符合连续性方程（质量流量前后相等），给水系统处于非稳定流动状态，对于直流锅炉来说，非稳定流动持续时间越长，意味着省前流量回升越缓慢。造成非稳定流动时间过长，省前流量回升过慢的原因有：5.2.3.1高效给水泵突然掉闸后，给水压力出现骤降且降幅较大，2秒后1给水泵联动，出
19、流时母管压力由21.7MPa降至7.75MPa。5.2.3.21给水泵带负荷联动后，出口压力升高缓慢，出口压力升至19.3 MPa最高值大约需20秒的时间。根据以上两点进一步说明，造成省前流量回升过慢的根本原因在于：给水压头瞬时降幅大，而1给水泵产生的压头增加却相对缓慢的多，工质在流动过程中得不到足够的推动力，非稳定流动持续时间长， 事实证明20秒的时间达不到新的稳定状态。6措施和建议高效泵掉闸后如果能在灭火保护动作前，也就是20秒内使省前流量恢复至180T/H的锅炉最低安全流量，就可以避免灭火、跳机事件的发生。如何在保证联动给水泵运行安全的前提下迅速提高给水压头是解决此问题的关键。6.1 降
20、低1、2泵的初始勺位其主要目的：一是防止优先泵过载运行；二是缩短另一台给水泵的空转时间，尽可能快的提高给水母管压力，规定在没有改变热工逻辑回路，优先泵勺位在75%，另一台勺位在70%。6.2在这段非稳定流动过程中，勺管开度应尽量保持不变不能按正常情况进行给水调节（以省前流量为液联勺管的调节对象），液联勺管开度过大过快，不但不会使省前流量回升速度提高，而且给水泵过载更为严重；省前流量开始回升时才能调整液联勺位。6.3高效泵跳闸后，出口门要联关需要改变热工逻辑回路，主要目的是为了增加给水回流时的阻力，以减缓给水压力骤降速度，这对系统中的1、2给水泵的工作更为有利。6.4高效泵跳泵后，再循环电动门不
21、要联开需要改变热工逻辑回路，再循环电动门在泵流量降低过程中自动联开，会加剧倒灌，因再循环没有设置逆止门。6.5逆止门存在的问题利用机组临停检查高效给水泵出口逆止门的严密性，测定#1、2给水泵出口逆止门打开时间，以保证给水泵逆止门工作的正常。7措施和建议实施跟踪结果2008年2月18日，因#73给水泵冷油器内漏，油位下降，停运#73给水泵后发现#73给水泵倒转，通过敲打出口逆止门，转速降到400转/分左右，继续查找，发现#73给水泵二级抽水逆止门不严。在随后的利用机组停机检修机会，对出口逆止门解体检查发现#73给水泵出口逆止门门座呲开宽度为2530mm、深度为2mm，门饼呲开宽度为35mm、长度为100mm，深度25 mm，部分接触不良，损伤面积较大。通过对出口逆止门门座、门饼补焊、研磨、对研后，红丹粉检查，现在基本接触良好。检查#73给水泵出口电动门密封良好，存在出口电动门关不到位的现象，通过电气检修调整行程开关予以消除。热工部分停泵后联关出口电动门将利用停机时间较长的机会予以改变热工逻辑回路。彻底消除高效给水泵运行中突然掉闸后，锅炉给水随即出现断流，锅炉灭火保护动作，汽轮机跳机现象的发生。参考文献1 工程流体力学泵与风机化学工业出版社，2006年2 神头发电有限责任公司汽轮机运行规程，神头发电厂，2006.1
