多點(diǎn)匯合式取樣在提高凝汽器真空度測量準確性中的應用
介紹了凝汽器真空度測量系統取樣管在設計和施工中存在的一些問(wèn)題，以四川廣安發(fā)電有限責任公司600MW機組真空度測量為例，論證了采用多點(diǎn)匯合式取樣改造方案的可行性，以提高凝汽器真空度測量準確性。方案實(shí)施后，凝汽器測量的準確性得到了提高，方便了運行人員對機組效率的調整，取得了良好的效果。
引言
在凝汽式汽輪機組中，凝汽器是非常重要的設備，它是火力發(fā)電廠(chǎng)中實(shí)現朗肯循環(huán)最基本的設備之一。它的工作性能直接影響整個(gè)汽輪機組的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。凝汽器真空度是汽輪機運行的重要指標，也是凝汽器綜合性能的一項主要考核指標，它對機組安全穩定運行、節能降耗有著(zhù)重要的意義。因此，凝汽器真空度測量的準確與可靠，就顯得尤為重要。
1、取樣存在的問(wèn)題
1.1、常見(jiàn)的問(wèn)題
由于凝汽器真空度不同于常見(jiàn)的一般壓力，其測量取樣方法也有其特殊性，測壓點(diǎn)和取樣管路的設計和施工不能等同于常見(jiàn)的壓力測量系統。由于凝汽器是密閉的容器，設計人員在凝汽器真空度測量系統設計時(shí)，可能會(huì )因考慮不周，設計不夠細致而出現設計不完全合理的現象。有的安裝和施工人員可能會(huì )認為，在密閉容器內部，質(zhì)量檢驗難以發(fā)現問(wèn)題，甚至存在測量?jì)x器只要插入凝汽器內就能測量真空度的僥幸心理，以至于發(fā)生不按設計施工、偷工減料的現象，其中，測點(diǎn)安裝不到位、取樣管路長(cháng)距離水平布置、測量?jì)x表安裝分布不合理等現象尤為明顯。這些設計和施工中存在的問(wèn)題，會(huì )直接影響凝汽器真空度測量的準確性，而凝汽器真空度在汽輪機危急遮斷系統(ETS)保護和旁路控制系統(BPS)保護中，是至關(guān)重要的條件，特別是在表征凝汽器綜合性能和節能降耗方面，其準確性要求更高。下面以四川廣安發(fā)電有限責任公司600MW機組真空度測量為實(shí)例，詳細分析凝汽器真空度測量中存在的具體問(wèn)題。
1.2、典型案例分析
四川廣安發(fā)電有限責任公司三期2×600MW機組采用東方汽輪機廠(chǎng)生產(chǎn)的N600-16.7/538型亞臨界、中間再熱、凝汽式汽輪機。在168h滿(mǎn)負荷試運行中，常出現凝汽器真空度測量值偏低的現象，而排汽溫度和凝結水溫度未見(jiàn)明顯變化，即凝汽器過(guò)冷度未增加，凝汽器端差也無(wú)明顯變化。
針對這種現象，首先對真空泵進(jìn)行運行泵和備用泵切換，未發(fā)現原運行真空泵系統有異�，F象。然后分別檢查了循環(huán)水流量和進(jìn)出水壓力、軸封系統工作壓力及狀況、凝汽器水位、凝汽器放水閥、真空破壞閥、低壓旁路閥等與凝汽器真空度相關(guān)的閥門(mén)，盡量排除循環(huán)水量不足、凝汽器水位過(guò)高以及閥門(mén)體內漏或破裂對凝汽器真空度的影響。接下來(lái)維護人員對凝汽器真空度測量系統的真空變送器進(jìn)行校驗，未見(jiàn)異常。于是，筆者懷疑可能是軸封系統工作異�；蚺c凝汽器真空度的相關(guān)閥體內漏所致，待停機后進(jìn)一步檢查處理。機組停運后，進(jìn)入凝汽器檢查真空度測量系統取樣管路和測壓點(diǎn)，發(fā)現在設計和施工方面，存在偷工減料、敷衍了事、不遵守相關(guān)規范的現象。其凝汽器測量系統取樣管施工情況如圖1所示。由圖1可知，凝汽器真空度測量取樣點(diǎn)在凝汽器中上部，2根取樣管從凝汽器內部引出后，經(jīng)一次閥、二次閥后分別供給變送器、真空表、真空開(kāi)關(guān)等測量?jì)x表，雖然測量取樣管路少且簡(jiǎn)單，施工方便，但明顯存在取樣點(diǎn)位置未在飽和蒸汽區、取樣管路易積水、量?jì)x表分布不利于監視保護動(dòng)作等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì )嚴重影響真空度測量的準確性，從而影響機組運行的經(jīng)濟性。
圖1 2×600MW機組原A/B凝汽器真空度測量系統取樣管安裝示意圖
在圖1、圖2中:PT為真空變送器，供分散控制系統(DCS)畫(huà)面顯示；PA為真空表，供就地顯示；PS1/PS2/PS3為開(kāi)關(guān)，>-79.7kPa，3取2塊關(guān)低壓旁路；PS4為開(kāi)關(guān)，>-86.5kPa，輔盤(pán)光字牌報警；PS5為開(kāi)關(guān)，>-86.5kPa，真空度低ETS動(dòng)作選通；PS6/PS7/PS8為開(kāi)關(guān)，>-74.7kPa，3取2ETS動(dòng)作。
2、多點(diǎn)匯合式取樣方案
2.1、方案的制訂
針對四川廣安發(fā)電有限責任公司600MW機組凝汽器真空度測量系統存在的取樣點(diǎn)位置未在飽和蒸汽區、取樣管路易積水、測量?jì)x表分布不合理等問(wèn)題，在凝汽器真空度測量系統取樣改造方案制訂時(shí)，著(zhù)重從以下3個(gè)方面入手。
2.1.1、規范安裝取樣點(diǎn)
凝汽器真空度測量取樣點(diǎn)應在凝汽器的喉部，剛好處于機組排汽的飽和蒸汽區，不要因為施工麻煩，把取樣點(diǎn)隨便安放在凝汽器內，這樣會(huì )嚴重影響凝汽器真空度測量的準確性(如圖2所示)。規范的設計和施工應為:在凝汽器的上部安裝支架，把取樣點(diǎn)固定在凝汽器喉部，以保證測量位置的準確性，從而避免出現真空度測量值偏低和凝汽器水位影響的問(wèn)題。
2.1.2、加裝疏水裝置
由于凝汽器測量取樣點(diǎn)在飽和蒸汽區，真空中帶水嚴重，若取樣管路中無(wú)疏水裝置，易出現取樣管路中積水的現象。真空取樣管路集水后，當集水較多時(shí)，由于水的張力和水與管壁摩擦力的影響，使得真空度測量產(chǎn)生很大的誤差。由于取樣管路向上傾斜，水在管路中形成的水柱有一向下的重力，故往往會(huì )出現測量值比實(shí)際值大的現象。當機組真空度實(shí)際降低時(shí)，由于測量值偏大，會(huì )導致機組在高背壓下運行，造成運行人員誤判斷和保護的拒動(dòng)。
因此，在凝汽器外取樣管引出點(diǎn)處加裝疏水裝置，排水管末端插入凝汽器內的底部，以防止取樣管路積水對測量結果造成影響。
2.1.3、優(yōu)化儀表分布
在取樣管路上安裝的熱工測量?jì)x表，集中布了報警和保護動(dòng)作開(kāi)關(guān)，真空表和變送器布置在另一管路上，保護開(kāi)關(guān)取樣管路上無(wú)數值監視儀表，在保護開(kāi)關(guān)取樣管路泄漏時(shí)，由于監視不力而未得到及時(shí)處理，會(huì )導致保護誤動(dòng)或拒動(dòng)，進(jìn)而引起汽機跳閘等嚴重后果。另外，由于保護開(kāi)關(guān)同在一條取樣管路上，單一開(kāi)關(guān)需要日常維護和校定，拆裝時(shí)存在相互影響的問(wèn)題，不利于維護和檢修工作的開(kāi)展。
為了使測量?jì)x表合理布置，增加取樣輸出管路，把汽輪機危急跳閘系統(ETS)跳閘保護和快關(guān)旁路的各3個(gè)開(kāi)關(guān)分開(kāi)，布置在不同的輸出管路上，真空變送器和汽輪機危急跳閘系統(ETS)動(dòng)作選通開(kāi)關(guān)并用1根取樣輸出管路，方案設計如圖2所示。這樣，既方便運行人員對重要保護的監視，也有利于維護和檢修。
2.2、多點(diǎn)匯合式取樣實(shí)施
四川廣安發(fā)電有限責任公司凝汽器真空度測量改造方案制訂中，充分考慮了上述3個(gè)方面的問(wèn)題，消除了凝汽器真空度測量常出現的測量值偏低的現象。為了進(jìn)一步提高凝汽器真空度測量的準確性，在現有改造方案的基礎上，充分考慮凝汽器自身的特點(diǎn)，采用多點(diǎn)匯合式取樣，是非常行之有效的方法。多點(diǎn)匯合式取樣是在真空度測量取樣點(diǎn)(凝汽器喉部)同一水平面上布置多個(gè)測點(diǎn)，通過(guò)取樣管路引出到凝汽器外加裝的匯合筒中匯合，再經(jīng)過(guò)取樣管路從匯合筒中引出真空系統，開(kāi)關(guān)、變送器和真空表安裝在匯合筒引出的取樣管路上。在四川廣安發(fā)電有限責任公司600MW機組改造中采用了該方案，設計和施工如圖2所示。
為了提高凝汽器真空度測量的準確性，除了正確設計取樣點(diǎn)外，還采用了多點(diǎn)匯合式取樣方案，該方案是在凝汽器喉部的4個(gè)角及其同一水平面上分別安裝1個(gè)測壓頭，它通過(guò)取樣管下降段、三通管及其取樣管引出點(diǎn)，再經(jīng)球閥后，匯入匯合筒。在匯合筒內，多個(gè)取樣點(diǎn)實(shí)現了真空度匯合，從匯合筒中引出真空至熱工測量?jì)x表。在該改造方案中，設計、修正了凝汽器真空度測量因取樣點(diǎn)位置不準確而產(chǎn)生的誤差，提高了凝汽器真空度測量的準確性。另外，該方案還包括在凝汽器內加裝的三通管和下降管，以達到排放凝汽器內部取樣管路疏水的目的，在匯合筒上安裝的排水閥和排水管組成的疏水裝置，能夠收集和排放凝汽器外部取樣管路中形成的疏水，從而避免了真空度取樣管路積水對真空度測量的影響。
圖2 2×600MW機組A/B凝汽器真空度測量取樣設計和施工改造后示意圖
3、應用效果
采用多點(diǎn)匯合式取樣設計方案，分別對2臺600MW機組凝汽器真空度測量取樣裝置進(jìn)行了改造，通過(guò)改造，凝汽器真空度測量的準確性有了很大改善，真空度有了明顯的提高，凝汽器真空度與凝汽器過(guò)冷度和凝汽器端差對應關(guān)系一致，方便了運行人員對機組效率的調整。真空取樣管路設計施工合理，不再出現取樣管路積水現象，真空度測量?jì)x表布置合理，方便運行人員對真空度測量系統及保護進(jìn)行監控，達到了預期的效果。改造后凝汽器真空度測量值及對應參數見(jiàn)表1。
表1 #6機組真空度測量改造后A/B凝汽器真空度及對應參數
4、注意事項
采用多點(diǎn)匯合式取樣方案，以提高凝汽器真空度測量的準確性。由于增設了部分取樣管路和疏水裝置，也相應增加了設計上的要求和施工中的難度。因此，在設計和施工過(guò)程中，應注意如下7個(gè)方面的問(wèn)題。
(1)測壓頭應使用細網(wǎng)狀的不銹鋼籠子罩住，以減少飽和蒸汽中所帶水粒進(jìn)入凝汽器喉部的真空取樣管內。
(2)增大凝汽器喉部真空取樣管的管徑，使取樣管下降段到匯合筒之間的管路直徑≥25.4mm，一次門(mén)選用通徑>15mm的球閥，取樣管從凝汽器引出方向與凝汽器的垂直面呈45°角，以避免取樣管路中積水。
(3)匯合筒引出的一次門(mén)后取樣管應傾斜向上，不允許向下傾斜或長(cháng)距離水平布置，管路長(cháng)度≤100m，管徑應≥16mm，最好選用不銹鋼管，以防止取樣管路中積水。
(4)應保證焊口質(zhì)量，避免焊口處漏氣或通徑減小而出現缺陷，確保取樣管整體無(wú)損傷。
(5)測量真空度的指示儀表或變送器應設置在高于取源點(diǎn)的地方。匯合筒的排水管應插入凝汽器內，并且排水管出口應接近凝汽器底部。
(6)施工結束后，應進(jìn)行真空度管路嚴密性試驗，用0.10～0.15MPa壓縮空氣進(jìn)行試驗，15min內壓力降低值不應大于試驗壓力的3%。
(7)啟機前，應對匯合筒進(jìn)行排水。另外，嚴禁在凝汽器注水后安裝真空表和變送器，凝汽器注水找漏后，應在機組抽真空時(shí)拆開(kāi)儀表或變送器的接頭，把取樣管內的水抽回到凝汽器。
5、結論
在凝汽器真空度測量中，采用多點(diǎn)匯合式取樣方案，設計合理，能消除取樣點(diǎn)單一或某一點(diǎn)異常時(shí)造成的測量誤差，避免保護誤動(dòng)或拒動(dòng)帶來(lái)的嚴重后果。在現場(chǎng)應用中，有利于提高凝汽器真空度測量的準確性和可靠性，對機組安全穩定運行、節能降耗有著(zhù)非常重大的意義，在火電廠(chǎng)凝汽器真空度測量中，多點(diǎn)匯合式取樣方案可供其他同類(lèi)項目改造時(shí)參考和借鑒。
