全廠停電并不可怕,下面是本人的一點不成熟的心得供大家討論:
對于火力發電廠而言,盡管在設計時已經做了充分的考慮,但受惡劣天氣或突發性事故影響,還是存在著全廠供、用電與外界中斷的可能,而目前對于大多數長期在大電網中穩定運行的機組、尤其是大型汽輪機組來說,一般都不具有脫網帶廠用電(FCB)穩定運行的能力,因此,一旦全廠供、用電與外界中斷這種情況出現,就會出現全廠斷電的情況。
全廠斷電,對于單臺機組來說就是失去廠用電。廠用電失去的原因可能是多種多樣的,但是其后果對汽輪機及其系統而言,主要是失去控制油(EH)、給水、凝結水、閉式水、開式水、循環水、真空泵、壓縮空氣、軸封蒸汽等,在這些設備或系統均不能運行或者不能長久維持的情況下,如何使汽輪機安全停運,是十分值得關注的事情。
毋庸置疑,完備的事故預案可以有效的減輕或化解事故造成的破壞,為此幾乎每家火力發電廠都有類似的事故處理預案,這些預案在多次事故處理中也曾發揮過很大作用,但是其中的一些做法是否合理、處理方法是否需要完善,仍需要深入分析與探討。為了討論方便,在下文的討論中,均認為機組失去廠用電后,汽輪機保護正常動作,柴油發電機可立即投入使用,保安段電源、UPS電源和直流電源工作正常,與之相關的設備均能正常投用。
1 失去廠用電后一般性做法
目前,對于正在運行的汽輪機組,失去廠用電而跳閘后,汽輪機側操作一般著重于保證油系統、隔絕凝汽器、維持軸封汽三個方面,主要內容如下:
(1)確認主機轉速下降,所有主汽門和調節汽門全關,抽汽逆止門關閉;
(2)確認柴油機發電機啟動成功,保安段電源恢復,啟動主機頂軸油泵;
(3)確認主機直流事故潤滑油泵自動啟動,否則搶投;
(4)確認空側直流密封油泵自動啟動,否則應搶投;
(5)確認小機跳閘,汽門全關,直流事故油泵自動啟動,否則應搶投;
(6)確認高、低壓旁路閥已關閉,隔絕疏水進入凝結器;
(7)關閉汽機本體及主要管道的疏水閥;
(8)汽機軸封汽源由主蒸汽供給,開啟真空破壞閥,加速破壞真空;
(9)啟動主機交流潤滑油泵運行,停運直流潤滑油泵運行;
(10)主機轉速到零后,投運盤車。
2 幾個問題的分析與探討
2.1跳機后的潤滑油系統
廠用電失去跳機后,汽輪機潤滑油系統面臨的最大威脅就是失去冷卻水而造成潤滑油溫大幅度上升。
汽輪機潤滑油冷卻水一般有兩種來源:一種是來自開式水,也就是來自循環水;一種是來自閉式水。在廠用電失去后,汽輪機潤滑油冷卻水如果是來自開式水,如前所說,在關閉循環水泵出口閥后,可以試著通過打開冷油器最低處放水閥將從開式水冷卻器旁路來的水放出,從而達到冷卻潤滑油的目的;如果是來自閉式水,可以使用消防水在高位水箱注水,通過打開冷油器最低處放水閥或者專設閥門將水放出,從而達到冷卻潤滑油的目的。
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在潤滑油冷卻水完全喪失時,如何盡可能減小潤滑油的溫升也是值得討論的事情。汽輪機潤滑油中的熱量來源于兩部分,一部分是軸承中油膜與軸頸的摩擦功耗,另一部分是軸頸的熱傳導。降低第一部分產生的熱量,可以通過盡可能早的降低汽輪機轉速,減少油膜與軸頸摩擦而產生的熱量;通過提早開啟頂軸油泵,增加油膜厚度,減小油膜溫度,也有可能會減少部分熱量;降低第二部分產生的熱量,可能通過盡早切換軸封供汽來進行。與此對應的操作是提早破壞凝汽器真空與開啟頂軸油泵,在真空到零后,及時切斷軸封供汽。
汽輪機潤滑油的循環倍率一般為10,在額定轉速下,通過軸承后,潤滑油溫升一般為15℃左右,也就是說在一個循環周期內(6分鐘),潤滑油箱中油溫會上升15℃左右。在汽輪機惰走12分鐘以后,轉速會降至900r/min左右,潤滑油溫升會有所降低。假如原潤滑油溫為40℃,潤滑油箱油溫為55℃,一旦徹底失去冷卻水,潤滑油溫會突升到55℃,在接下來的循環中,這個溫度還會有較大幅度增長。在這種情況下,汽輪機轉速到零后,盤車不能立即投用,原因是潤滑油溫度過高,盤車必須的油膜難以建立,軸承無法充分冷卻,如果盲目投用盤車,會給軸承帶來很大損害,此時最好的做法就是進行悶缸處理。但如果廠用電能短時間內恢復,汽輪機很快啟動,在盤車因潤滑油溫度高而停運后,建議每隔20分鐘將汽輪機轉子轉動180o,以便于以后的啟動。
在潤滑油冷卻水完全喪失時的情況下,要力保潤滑油泵的正常運行,如有可能,建議通過潤滑油冷卻器放氣或放水管對之注水,加以冷卻。
2.2軸封與真空
機組停運后,汽輪機軸封供汽無法長時間維持,破壞真空是必須的,但何時破壞真空,卻對汽輪機低壓缸未級葉片、低壓缸軸承與凝汽器有很大影響。
汽輪機跳閘后,低壓缸排汽溫度主要受三個方面因素影響:一是汽輪機與管道疏水、剩余排汽產生的熱量;二是因真空泵停運、軸承汽供應能力下降等因素造成漏氣量增大;三是低壓缸未級長葉片產生的大量鼓風熱量。對于第一個因素,通過及時悶缸、關閉事故放水等措施可以大幅度降低其產生的熱量;第二個因素造成的影響基本上無法避免,但可以通過盡力維持軸封汽,延緩真空下降的速度;第三個因素產生的熱量與汽輪機的轉速有關,凝汽器漏進的空氣量也會對此產生嚴重影響。
以上分析說明,降低真空下降的速度,會有效的降低低壓缸排汽溫升,因此盡可能的維持軸封汽壓力、推遲破壞真空的時間,最終可以降低低壓缸排汽溫度。正常運行的汽輪機組,軸封汽一般都是由輔助蒸汽提供,而輔助蒸汽則由四抽、冷再或主蒸汽提供。600MW機組相關經驗表明,全廠失電后,軸加風機停運,機組跳閘后,輔助蒸汽的壓力在10分鐘左右的時間內不會發生明顯降低,10分鐘之后會逐漸下降,其實,在中、低壓缸均為負壓的情況下,軸封汽壓力并不需要太高就可以滿足要求。不破壞真空時,汽輪機跳閘10分鐘后,其轉速一般可以降至1000r/min左右,如果此時再破壞真空,15分鐘后凝汽器真空就會完全消失,汽輪機在低轉速、低真空下的長時間惰走不會產生很大熱量,這樣可以有效降低低壓缸排汽溫升。
討論到此,問題的關鍵是輔助蒸汽壓力在15分鐘以內,會降低多少,期間能否維持中、低壓軸封供汽。600MW機組相關經驗表明,跳機后10分鐘內輔助蒸汽壓力基本維持在0.9MPa左右,然后直線下降,15分鐘以后,約下降到0.6MPa左右,到跳機后一小時,輔助蒸汽壓力降到零,因此,在凝汽器真空到零之前,軸封汽不會中斷。
當然,如果輔助蒸汽的冷再汽源來自于高排逆止門后,鍋爐再熱器可以提供足夠熱量供輔助蒸汽使用,從而更加保證機組跳閘后的軸封汽供應。因此,建議廠用電失去后,根據機組實際情況合理推遲破壞真空的時間,并密切關注中壓缸軸封汽壓力的變化趨勢,避免因破壞真空太遲造成中壓缸軸端漏進大量冷空氣而使得其上下缸溫差變大。
2.3柴油發電機
機組失去廠用電后,主機直流潤滑油泵、空側直流密封油泵、小機直流潤滑油泵應該立即啟動。5分鐘后,汽輪機轉速會降至1500r/min左右,此時應該啟動主機頂軸油泵,因頂軸油泵一般為保安段供電的交流油泵,此時柴油發電機必須啟動,也就是說,如不考慮事故照明,汽輪機跳閘后5分鐘之內柴油發電機啟動,就不會對汽輪機的安全構成實質性的威協,一般電廠的做法是,機組失去廠用電后柴油發電機立即啟動,這樣做是偏安全的。
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在廠用電失去短時間內,柴油發電機常常會因負荷過重而跳閘,因此,有序、合理的選擇柴油發電機負載十分重要。在主機惰走前期,要確保主機潤滑油泵、密封油泵的正常運行,在主機惰走后期還要確保頂軸油泵的正常運行;在主機轉速到零后,根據情況要確保主機盤車的運行;整個過程中要確保直流系統、熱控UPS電源的正常供電;為減輕柴油發電機負荷,在交流油泵啟動后,相應的直流油泵應及時停運。
一般情況下,汽輪機惰走轉速低于1500r/min時,都需要啟動頂軸油泵,以便于在汽輪機轉子自身油膜消失前,建立潤滑油膜以保護軸承。而實際上,轉子在500r/min以上轉速時,一般均能形成良好的潤滑油膜,因此在汽輪機惰走到500r/min之前約25分鐘時間內,可以不啟動頂軸油泵,但前提是柴油發電機還有更重要的負載。
3 失去廠用電后推薦做法
前述內容從四個方面對失去廠用電而跳閘后的汽輪機停機過程進行了探討與分析,當時事故發生后,推薦做法主要內容如下:
(1)確認主機轉速下降,所有主汽門和調節汽門全關,抽汽逆止門關閉、高、低壓旁路閥已關閉,循環水泵出口閥關閉;
(2)確認主機直流事故潤滑油泵自動啟動,否則搶投;
(3)確認空側直流密封油泵自動啟動,否則應搶投;
(4)確認小機跳閘,汽門全關,直流事故油泵自動啟動,否則應搶投;
(5)柴油機發電機啟動,主機、小機交流潤滑油泵啟動、密封油泵啟動,相應直流油泵停運;
(6)關注主機潤滑油溫升情況,檢查其事故冷卻水投運正常;
(7)檢查關閉汽機本體及主要管道的疏水閥,隔絕疏水進入凝結器;
(8)主機轉速到1500r/min以下時,啟動頂軸油泵;
(9)關注輔助蒸汽壓力變化,適時開啟真空破壞閥;
(10)主機轉速到零后,視情況投運盤車或悶缸。
4 結論
4.1失去廠用電給汽輪機組的安全停運帶來的壓力是巨大的,到目前為止,對大多數機組而言,柴油發電機是其失去廠用電后的最后一道安全保障,如果機組能實現FCB工況穩定運行,那這種情況會大大改觀,建議及時開展這方面的工作;
4.2 汽輪機組在失去廠用電情況下停運后,要加強對相關數據的分析與比較,尤其是與汽輪機本體有關的相關數據;如果低壓缸排汽溫度上升過高,在機組轉為冷態后,要加強對凝汽器鈦管脹口、低壓缸及軸承座的檢查;
4.3完善的事故預案能夠有效的化解事故風險,合理的細節處理,能夠減輕事故帶來的損失,但這些需要建立在對事故發生后機組運行情況深入、細致與準確的把握之上的,本文是僅僅對此做了一點嘗試。
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