多點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(tǒng)取樣管在設計和施工中存在的一些問題，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)電廠中實現(xiàn)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(wěn)定運行、節(jié)能降耗有著重要的意義。因此，凝汽器真空度測量的準確與可靠，就顯得尤為重要。
1、取樣存在的問題
1.1、常見的問題
由于凝汽器真空度不同于常見的一般壓力，其測量取樣方法也有其特殊性，測壓點和取樣管路的設計和施工不能等同于常見的壓力測量系統(tǒng)。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(tǒng)設計時，可能會因考慮不周，設計不夠細致而出現(xiàn)設計不完全合理的現(xiàn)象。有的安裝和施工人員可能會認為，在密閉容器內(nèi)部，質量檢驗難以發(fā)現(xiàn)問題，甚至存在測量儀器只要插入凝汽器內(nèi)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(xiàn)象，其中，測點安裝不到位、取樣管路長距離水平布置、測量儀表安裝分布不合理等現(xiàn)象尤為明顯。這些設計和施工中存在的問題，會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(tǒng)(ETS)保護和旁路控制系統(tǒng)(BPS)保護中，是至關重要的條件，特別是在表征凝汽器綜合性能和節(jié)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例，詳細分析凝汽器真空度測量中存在的具體問題。
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滿負荷試運行中，常出現(xiàn)凝汽器真空度測量值偏低的現(xiàn)象，而排汽溫度和凝結水溫度未見明顯變化，即凝汽器過冷度未增加，凝汽器端差也無明顯變化。
針對這種現(xiàn)象，首先對真空泵進行運行泵和備用泵切換，未發(fā)現(xiàn)原運行真空泵系統(tǒng)有異�，F(xiàn)象。然后分別檢查了循環(huán)水流量和進出水壓力、軸封系統(tǒng)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的閥門，盡量排除循環(huán)水量不足、凝汽器水位過高以及閥門體內(nèi)漏或破裂對凝汽器真空度的影響。接下來維護人員對凝汽器真空度測量系統(tǒng)的真空變送器進行校驗，未見異常。于是，筆者懷疑可能是軸封系統(tǒng)工作異常或與凝汽器真空度的相關閥體內(nèi)漏所致，待停機后進一步檢查處理。機組停運后，進入凝汽器檢查真空度測量系統(tǒng)取樣管路和測壓點，發(fā)現(xiàn)在設計和施工方面，存在偷工減料、敷衍了事、不遵守相關規(guī)范的現(xiàn)象。其凝汽器測量系統(tǒng)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在凝汽器中上部，2根取樣管從凝汽器內(nèi)部引出后，經(jīng)一次閥、二次閥后分別供給變送器、真空表、真空開關等測量儀表，雖然測量取樣管路少且簡單，施工方便，但明顯存在取樣點位置未在飽和蒸汽區(qū)、取樣管路易積水、量儀表分布不利于監(jiān)視保護動作等問題，這些問題會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(tǒng)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(tǒng)(DCS)畫面顯示；PA為真空表，供就地顯示；PS1/PS2/PS3為開關，>-79.7kPa，3取2塊關低壓旁路；PS4為開關，>-86.5kPa，輔盤光字牌報警；PS5為開關，>-86.5kPa，真空度低ETS動作選通；PS6/PS7/PS8為開關，>-74.7kPa，3取2ETS動作。
2、多點匯合式取樣方案
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(tǒng)存在的取樣點位置未在飽和蒸汽區(qū)、取樣管路易積水、測量儀表分布不合理等問題，在凝汽器真空度測量系統(tǒng)取樣改造方案制訂時，著重從以下3個方面入手。
2.1.1、規(guī)范安裝取樣點
凝汽器真空度測量取樣點應在凝汽器的喉部，剛好處于機組排汽的飽和蒸汽區(qū)，不要因為施工麻煩，把取樣點隨便安放在凝汽器內(nèi)，這樣會嚴重影響凝汽器真空度測量的準確性(如圖2所示)。規(guī)范的設計和施工應為:在凝汽器的上部安裝支架，把取樣點固定在凝汽器喉部，以保證測量位置的準確性，從而避免出現(xiàn)真空度測量值偏低和凝汽器水位影響的問題。
2.1.2、加裝疏水裝置
由于凝汽器測量取樣點在飽和蒸汽區(qū)，真空中帶水嚴重，若取樣管路中無疏水裝置，易出現(xiàn)取樣管路中積水的現(xiàn)象。真空取樣管路集水后，當集水較多時，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，故往往會出現(xiàn)測量值比實際值大的現(xiàn)象。當機組真空度實際降低時，由于測量值偏大，會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。
因此，在凝汽器外取樣管引出點處加裝疏水裝置，排水管末端插入凝汽器內(nèi)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儀表，集中布了報警和保護動作開關，真空表和變送器布置在另一管路上，保護開關取樣管路上無數(shù)值監(jiān)視儀表，在保護開關取樣管路泄漏時，由于監(jiān)視不力而未得到及時處理，會導致保護誤動或拒動，進而引起汽機跳閘等嚴重后果。另外，由于保護開關同在一條取樣管路上，單一開關需要日常維護和校定，拆裝時存在相互影響的問題，不利于維護和檢修工作的開展。
為了使測量儀表合理布置，增加取樣輸出管路，把汽輪機危急跳閘系統(tǒng)(ETS)跳閘保護和快關旁路的各3個開關分開，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(tǒng)(ETS)動作選通開關并用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(jiān)視，也有利于維護和檢修。
2.2、多點匯合式取樣實施
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個方面的問題，消除了凝汽器真空度測量常出現(xiàn)的測量值偏低的現(xiàn)象。為了進一步提高凝汽器真空度測量的準確性，在現(xiàn)有改造方案的基礎上，充分考慮凝汽器自身的特點，采用多點匯合式取樣，是非常行之有效的方法。多點匯合式取樣是在真空度測量取樣點(凝汽器喉部)同一水平面上布置多個測點，通過取樣管路引出到凝汽器外加裝的匯合筒中匯合，再經(jīng)過取樣管路從匯合筒中引出真空系統(tǒng)，開關、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外，還采用了多點匯合式取樣方案，該方案是在凝汽器喉部的4個角及其同一水平面上分別安裝1個測壓頭，它通過取樣管下降段、三通管及其取樣管引出點，再經(jīng)球閥后，匯入?yún)R合筒。在匯合筒內(nèi)，多個取樣點實現(xiàn)了真空度匯合，從匯合筒中引出真空至熱工測量儀表。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(nèi)加裝的三通管和下降管，以達到排放凝汽器內(nèi)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行了改造，通過改造，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冷度和凝汽器端差對應關系一致，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(xiàn)取樣管路積水現(xiàn)象，真空度測量儀表布置合理，方便運行人員對真空度測量系統(tǒng)及保護進行監(jiān)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(shù)見表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(shù)
4、注意事項
采用多點匯合式取樣方案，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，在設計和施工過程中，應注意如下7個方面的問題。
(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入凝汽器喉部的真空取樣管內(nèi)。
(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后取樣管應傾斜向上，不允許向下傾斜或長距離水平布置，管路長度≤100m，管徑應≥16mm，最好選用不銹鋼管，以防止取樣管路中積水。
(4)應保證焊口質量，避免焊口處漏氣或通徑減小而出現(xiàn)缺陷，確保取樣管整體無損傷。
(5)測量真空度的指示儀表或變送器應設置在高于取源點的地方。匯合筒的排水管應插入凝汽器內(nèi)，并且排水管出口應接近凝汽器底部。
(6)施工結束后，應進行真空度管路嚴密性試驗，用0.10～0.15MPa壓縮空氣進行試驗，15min內(nèi)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，應在機組抽真空時拆開儀表或變送器的接頭，把取樣管內(nèi)的水抽回到凝汽器。
5、結論
在凝汽器真空度測量中，采用多點匯合式取樣方案，設計合理，能消除取樣點單一或某一點異常時造成的測量誤差，避免保護誤動或拒動帶來的嚴重后果。在現(xiàn)場應用中，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(wěn)定運行、節(jié)能降耗有著非常重大的意義，在火電廠凝汽器真空度測量中，多點匯合式取樣方案可供其他同類項目改造時參考和借鑒。
