燃气电厂汽轮机旁路系统的设计与运行

燃气电厂汽轮机旁路系统的设计与运行

夏萍

（中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司辽宁省沈阳市110179）

摘要：对国内外汽轮机旁路系统的设计与运行进行了对比分析，论述了我国汽轮机旁路系统设计和运行中存在的问题。提出通过对旁路系统的技术改造，可使我国的旁路系统发挥更大的经济效益。

关键词：汽轮机；旁路系统；设计；故障分析

一、燃气电厂的汽轮机旁路系统简介

燃气电厂运行特点是两班制运行，并且随时有可能根据电网要求进行机组启停调峰，通常燃气电厂设置100％旁路，以适应机组的最大产汽量。旁路系统的主要组成部分有喷水减温系统、气动执行机构、旁路控制系统、旁路蒸汽管路等。

燃气电厂与普通燃煤电厂相比对旁路系统提出了更高的要求，这主要是由于燃气电厂启停频繁要求旁路系统可靠性高、减温减压效果好，在频繁动作的情况下不发生内漏。同时，由于燃气电厂的余热锅炉起压快、温升抖，要求旁路系统能够及时地打开和关闭。

高压主蒸汽通过高压旁路调门和减温器后直接到冷再热蒸汽管路，中压主蒸汽通过中压旁路调门和减温器直接到凝汽器，低压旁路是低压主蒸汽通过低压旁路调门和减温器排至凝汽器。高压旁路减温水由高压给水泵中间抽头提供，中压和低压旁路减温水由凝结水泵出口提供。

二、旁路系统设计问题

2.1管道设计问题

我国旁路系统普遍存在的问题是低压旁路管道在投运时振动严重。在某厂200MW机组调试时，就发生过低压旁路的严重振动，造成管道晃动最大达到0.5m左右。我国300MW机组曾两次发生低压旁路管道振动导致管道断裂，引发油系统着火，造成机组严重损坏的重大事故，以致于最终下令停止使用旁路系统保护功能。

造成低压旁路管道强烈振动的原因是低压旁路蒸汽控制阀后管道太长，投运前后压力、温度变化较大，特别是刚投入时，低压旁路管道温度较低，再热蒸汽进入后会急剧凝结，形成汽—液两相流，造成管道剧烈振动。在某厂机组调试时曾经做过试验：在低压旁路管道温度较低时，按照设计的旁路投运控制逻辑，先打开喷水减温阀，然后再投运旁路控制阀，管道振动强烈；但如果在打开喷水减温阀之前，先稍微打开蒸汽控制阀，将低压旁路控制阀后蒸汽温度升高到约90℃以后，再打开喷水减温阀控制旁路阀后蒸汽温度，这时，无论将旁路控制阀开多大，管道也不振动。高压旁路管道设计较短，且控制阀后管道温度在机组运行时一直较高，所以，高压旁路管道不存在投运时管道振动问题。由此可见，低压旁路控制阀后管道太长，且控制阀后管道温度在机组运行时一直较低是其投运时振动的主要原因。

a.低压旁路蒸汽控制阀的布置位置不同

我国的设计是将控制阀布置在低压旁路的始点位置，控制阀后至凝汽器的管道一般还有25～30m，国外的设计是将控制阀布置在低压旁路的终点位置，控制阀后至凝汽器的管道仅有5～6m。

b.国外的设计在控制阀前增加了一路至中压主汽门前的、管径较细的暖管管道。这样，就保证了机组运行时低压旁路管道始终保持在一个热备用状态，避免了对低压旁路的热冲击。通过邯峰发电厂机组调试和运行，以及甩负荷试验（旁路保护投入）证明，这样的系统设计可以避免旁路系统管道振动，使旁路系统运行良好，各种控制功能均能投入使用。

2.2控制阀门选取问题

旁路系统控制阀门的选取也对机组安全可靠性有着较大的影响。我国就曾发生过因旁路控制阀动作异常，造成冷汽进入高温机组，导致机组转子弯曲、汽缸变形的严重事故。某厂300MW机组高压、低压旁路控制阀全部采用双速电动门，机组正常运行时旁路保护投入自动；当机组跳闸后，旁路保护动作，高压、低压旁路控制阀迅速自动打开。但恰在这时厂用电自动切换失败，柴油发电机又没能自动联启，结果造成保安电源丧失，旁路控制阀开着失去电源，不能关闭，且减温水因失去动力源而不能投入，高温蒸汽通过低压旁路进入凝汽器和低压缸，造成低压缸超温超压，并通过低压导汽管将低温蒸汽送入中压缸。虽然这个事故是许多偶然因素的集合，事故率极低，但是说明旁路系统在设计时对控制阀门的选取考虑不足，降低了机组运行的安全可靠性。

三、旁路系统的运行

a.修改旁路控制阀与喷水减温阀之间的联锁逻辑

目前，我国旁路控制阀与喷水减温阀之间的联锁逻辑一般为“水闭汽”，即喷水减温阀不开，禁止旁路控制阀打开。这样的控制逻辑，使原本就极其容易形成两相流的低压旁路阀门后管道更加剧了两相流的形成，造成旁路管道振动更加剧烈。建议取消“水闭汽”，将此控制逻辑修改为旁路系统正常投运时，先打开旁路控制阀，然后打开喷水减温阀，喷水减温阀的开度根据旁路后的汽温决定，以控制旁路后的汽温不超过旁路保护设定值；在机组跳闸旁路控制阀快开时（建议将旁路系统管道改造后再使用），相应喷水减温阀也快速打开，然后，根据旁路后汽温情况逐渐关小至合适位置。如此在低压旁路管道系统未改造的情况下，即可以避免或大大减小低压旁路管道的振动，还可以快速投运旁路并较好地控制旁路后的汽温。

b.将“低压旁路闭锁高压旁路”的控制逻辑修改为“各自独立控制阀前压力”

我国旁路控制逻辑中普遍设计有“低压旁路闭锁高压旁路”的控制逻辑，即如果低压旁路控制阀未打开，则高压旁路控制阀禁止打开。设计的指导思想是，宁可主汽系统超压、过热器安全门动作，也不要再热系统超压、再热器安全门动作。其实这种设计思想是不对的，从安全性的角度出发，主汽系统超压给机组带来的危害更大：首先主汽系统超压将造成锅炉汽包上水困难；其次是万一过热器安全门动作后不能回座，将造成汽包压力急剧下降，汽包水位失控，很可能导致汽包变形和过热器过水等问题。如果高压旁路控制阀前压力超过高压旁路控制阀设定值时，高压旁路控制阀自动打开，而不受低压旁路控制阀是否打开的限制，将保护主汽系统不超压，就不会出现上述问题。如果高压旁路控制阀打开后，低压旁路控制阀未能按设计要求动作，则再热系统将超压，再热器安全门将动作。如果发生再热器安全门动作后不能回座的情况，还可以手动关闭高压旁路控制阀，不致使汽包压力下降至超标和汽包水位失控；从经济性的角度出发，过热器和再热器的汽温是一样的，但压力相差较多，其材料及安全门的价格都不一样的。应该首先保证主汽系统和过热器尽量少超压或不超压，保证过热器安全门尽量少动作，以尽最大可能地延长它们的使用寿命。

c.适当提高机组启动时的冲车参数，并尽早投运旁路系统和凝结水精处理系统，以便在调整启动所要求的汽温的同时，提高汽轮机冲车时的汽水品质。邯峰发电厂660MW机组的高压缸，设计每14a大修一次，所以，其对冲车时的汽水品质要求非常严格，这种严格不是指标高于我国的标准（指标是一样的），而是必须合格才允许冲车，在机组启动前，首先在10MPa压力下旁路运行，直至汽水品质达到冲车要求。我国许多电厂现在正在开展机组状态检修工作，严格控制汽水指标是防止汽轮机内部结垢的非常有效的方法。

结语：

对于燃气电厂来说，在实际机组的运行过程中，汽轮机旁路系统存在诸多问题。要解决这些问题需要我们共同研究与探讨并找出有效的解决办法，通过不断总结和分析现场出现的问题，经过多次讨论，经过现场实践运行与设计优化相结合，通过优化设计来更好地应用旁路系统，充分发挥其作用，从而使旁路系统发挥出最大作用，达到缩短机组的启动时间，提高机组的经济性和安全性的目的，最终保证机组和电厂的运行安全。

参考文献：

[1]霍如恒，彩生，万华，等．200MW汽轮机组旁路系统特点及安全运行[J].山西电力技术，2011（3）：31—34．

[2]孙向前．燃气电站汽轮机组旁路系统设计[J]．自动化应用，2011（1o1：78-82．

[3]冯兴隆．汽轮机组旁路系统形式及容量的选择[J]．热力发电，2011（8）：15-18．