汽輪機水沖擊,即水或冷蒸汽(低溫飽和蒸汽)進入汽輪機而引起的事故,是汽輪機運行中最危險的事故之一。此類事故在國內外時有發(fā)生,會造成嚴重后果,因而要求鍋爐和汽機運行人員予以高度重視。一旦發(fā)生此類事故,必須正確、迅速、果斷地處理,以免造成汽輪機設備的嚴重損壞。
1 水沖擊的危害
1.1 動靜部分碰磨
汽輪機進水或冷蒸汽,使處于高溫下的金屬部件突然冷卻而急劇收縮,產生很大的熱應力和熱變形,使相對膨脹急劇變化,機組強烈振動,動靜部分軸向和徑向碰磨。徑向碰磨嚴重時會產生大軸彎曲事故。
1.2 葉片的損傷及斷裂
當進入汽輪機通流部分的水量較大時,會使葉片損傷和斷裂,特別是對較長的葉片。
1.3 推力瓦燒毀
進入汽輪機的水或冷蒸汽的密度比蒸汽的密度大得多,因而在噴嘴內不能獲得與蒸汽同樣的加速度,出噴嘴時的絕對速度比蒸汽小得多,使其相對速度的進汽角遠大于蒸汽相對速度進汽角,汽流不能按正確方向進入動葉通道,而對動葉進口邊的背弧進行沖擊。這除了對動葉產生制動力外,還產生一個軸向力,使汽輪機軸向推力增大。實際運行中,軸向推力甚至可增大到正常情況時的10倍,使推力軸承超載而導致烏金燒毀。
1.4 閥門或汽缸接合面漏汽
若閥門和汽缸受到急劇冷卻,會使金屬產生永久變形,導致閥門或汽缸接合面漏汽。
1.5 引起金屬裂紋
機組啟停時,如經常出現(xiàn)進水或冷蒸汽,金屬在頻繁交變的熱應力作用下,會出現(xiàn)裂紋。如汽封處的轉子表面受到汽封供汽系統(tǒng)來的水或冷蒸汽的反復急劇冷卻,就會出現(xiàn)裂紋并不斷擴大。
2 水沖擊的原因及預防
2.1 鍋爐方面
(1) 鍋爐蒸發(fā)量過大或不均,化學水處理不當引起汽水共騰。
(2) 鍋爐減溫減壓閥泄漏或調整不當,汽壓調整不當。
(3) 啟動過程中升壓過快,或滑參數(shù)停機過程中降壓降溫速度過快,使蒸汽過熱度降低,甚至接近或達到飽和溫度,導致管道內集結凝結水。
(4) 運行人員誤操作以及給水自動調節(jié)器的原因造成鍋爐滿水。
2.2 汽輪機方面
汽輪機啟動過程中,汽水系統(tǒng)暖管時間不夠,疏水不凈,運行人員操作不當或疏忽,使冷水汽進入汽輪機內。如某廠一臺200 MW汽輪機組啟動過程中發(fā)生大軸彎曲事故,其原因為:
(1) 根據(jù)汽缸壁溫記錄,從09:49:00汽機沖轉開始高壓上下缸溫差開始拉大,到09:59:00達到42℃,結合運行人員操作情況綜合分析認為:夾層加熱裝置暖管疏水不充分,開機投夾層加熱時高壓缸進水或冷蒸汽,而機組此時又突然掉閘,使繼續(xù)進入汽缸的水或冷蒸汽不能及時被較高溫度的蒸汽帶走,造成上下缸溫差增大,汽缸變形,導致動靜碰磨,機組振動,大軸彎曲。
(2) 沖轉過程中沒 有及時監(jiān)視到汽缸溫度以及上下缸溫差的變化,沒有及時發(fā)現(xiàn)高壓缸進水或冷蒸汽;汽機跳閘后沒有全面檢查,沒發(fā)現(xiàn)缸溫已超標,就再次掛閘沖轉,且升速過快,沒有及時發(fā)現(xiàn)機組振動異常增大。
(3) 在機組停運狀態(tài)下由于閥門泄漏而使汽缸夾層聯(lián)箱積水,而運行人員提前投入夾層加熱裝置,且夾層加熱系統(tǒng)暖管至投夾層加熱的時間較短,造成夾層加熱系統(tǒng)暖管疏水不充分。
2.3 其他方面
(1) 再熱蒸汽冷段采用噴水減溫時,由于操作不當或閥門不嚴,減溫水積存在再熱蒸汽冷段管內或倒流入高壓缸中,當機組啟動時,積水被蒸汽帶入汽輪機內。
(2) 汽輪機回熱系統(tǒng)加熱器水位高,且保護裝置失靈,使水經抽汽管道返回汽輪機內造成水沖擊。
(3) 除氧器發(fā)生滿水事故,使水經除氧器汽平衡管進入軸封系統(tǒng)。
(4) 啟動時, 軸封管道未能充分暖管和疏水,也可能將積水帶到軸封內;停機時,切換備用軸封汽源,因處理不當使軸封供汽帶水。
3 防止汽輪機水沖擊的措施
3.1 設計方面
(1) 正確設置疏水點和布置疏水管。在鍋爐出口至汽輪機主汽閥間的主蒸汽管道上,每個最低點處均應設置疏水點;主蒸汽管道的疏水管不得與鍋爐任何疏水管的聯(lián)箱連接,再熱蒸汽管道的最低點處亦應設置疏水點。
(2) 汽封供汽管應盡可能短,在汽封調節(jié)器前后以及汽封供汽聯(lián)箱處均應裝疏水管。
(3) 疏水管應有足夠的通流面積,以排盡疏水。
(4) 設置可靠的水位監(jiān)視和報警裝置,除氧器、加熱器和凝汽器應裝高水位報警;加熱器水位高時,應有自動事故放水保護、抽汽逆止門應能自動關閉。
3.2 運行維護操作方面
(1) 在機組啟、?!∵^程中要嚴格按規(guī)程規(guī)定控制升(降)速、升(降)溫、升(降)壓、加(減)負荷的速率,并保證蒸汽過熱度不少于80℃。
(2) 蒸汽 管道投用前(特別是軸封供汽管道,法蘭,夾層加熱系統(tǒng)和高中壓導汽管)應充分暖管,疏水,嚴防低溫水汽進入汽輪機。
(3) 要嚴密監(jiān)視鍋爐汽包水位,注意調整汽壓和汽溫。
(4) 注意監(jiān)視除氧器,凝汽器水位,防止?jié)M水。
(5) 定期檢查加熱器水位調節(jié)及高水位報警裝置;定期檢查加熱器高水位事故放水門、抽汽逆止門動作是否正常。
(6) 機組熱態(tài)啟動前應檢查停機記錄和停機后汽缸金屬溫度記錄。若有異常應認真分析,查明原因,及時處理。
(7) 啟、停機過程中,應認真監(jiān)視和記錄各主要參數(shù)。包括主、再熱汽溫,壓力,各缸溫度,法蘭、螺栓溫度,缸差,軸向位移,排汽溫度等。
(8) 機組沖轉過程中因振動異常停機而必須回到盤車狀態(tài)時,應全面檢查,認真分析,查明原因,嚴禁盲目啟動。當機組已符合啟動條件時,應連續(xù)盤車不少于4 h,才允許再次啟動。
(9) 當汽輪機發(fā)生水沖擊時,應立即破壞真空、停機。在停機過程中應注意機內聲音、振動、軸向位移、推力瓦溫、上下缸溫差及惰走時間,并測量大軸幌度。如無不正?,F(xiàn)象,在經過充分疏水后,方可重新啟動。在重新啟動過程中,若發(fā)現(xiàn)汽機內部或轉動部分有異音,或轉動部分有摩擦,應立即拍機,并進入人工盤車。