高压锅炉给水再循环系统改造.pdf

第2 9 卷2 0 1 1 年第6 期( 总第 1 5 6 期) 技术改造与改进 高压锅炉给水再循环系统改造 曹志军亓德栋蒋庆伟 ( 莱芜钢铁集团能源动力厂 莱芜2 7 1 1 0 4 ) 【 摘要】 针对5 o Mw发电机组高压锅炉配套高压给水再循环系统存在的管道振动剧烈、 再循环高压截止 阀寿命短和 内漏严重造成给水泵电动机过电流从而制约锅炉负荷等问题进行技术攻关。通过实施泵保护阀改 造和再循环管路优化改造等措施， 不仅彻底解决 了以上问题而且实现了再循环 自动控制， 为5 0 MW机组满发稳 发提供 了保障， 经济效益和安全效益显著。 【 关键词】 给水再循环系统振动 泵保护阀 改造 I m pr o v e me nt o f Hi g h-p r e s s ur e Bo i l e r Fe e d W a t e r Re e i r c u l a t i o n S y s t e m C A O Z h i - j u n ， Q I D e d o n g ， J I A N G Q i n g w e i ( E n e r g y P o w e r F a c t o r y o f L a i w u S t e e l C o r p o r a t i o n ， L a i w u 2 7 1 1 0 4 ) 【 A b s t r a c t 】 S o m e t e c h n i c a l p r o b l e m s in t h e h i g h p r e s s u r e b o i l e r f e e d w a t e r r e c ir c u la t i o n s y s t e m f o r 5 0MW Po we r Un i t h a v e b e e n s o l v e d，s uc h a s t h e s e rio u s v i b r a t i o n o f p i p e l i ne ，s h o r t e r s e r v i c e l i f e o f h i g h -p r e s s ur e s h u t -o ff v a l v e ， s e rio u s i n t e r n a l l e a k a g e whi c h c a u s e s t he f e e d wa t e r mo t o r o v e r c u r r e n t t o r e s t r i c t t h e b o i l e r l o a d ，e t c T h e i mp r o v e me n t o f p r o t e c t i v e v a l v e a n d t h e o p t i mi z i n g mo d i fi c a t i o n o f r e c i r c u l a t i o n p i p e l i n e a r e c a r rie d o u t t o s o l v e t h e a b o v e - me n t i o n e d p r o b l e ms a n d a c h i e v e t h e a u t o ma t i c c o n t r o l o f r e c i r c u l a t i o n ， t h e r e b y p r o v i d i n g t h e g u a r a n t e e for t h e s t a b l e o p e r a t i o n a n d p o w e r g e n e r a t i o n t o f u l l c a p a c i t y a n d a c h i e v i n g s i g n i fi c a n t e c o n o mi c a n d s o c i a l b e n e fi t s 【 K e y w o r d s 】 B o i l e r f e e d w a t e r r e c i r c u la t i o n s y s t e m ， v i b r a t i o n ，p u m p p r o t e c t i v e v a l v e ， i m p r o v e m e n t 1 前言 能源动力厂 5 0 M W 汽轮发电机组为典型的单 元制发电机组 ， 由1 7 0 t 高温高压燃气锅炉、 5 0 M W 汽轮发 电机 以及 高压旋膜除氧器 、 高压锅炉给水 泵等主辅设备组成。其中原高压给水再循环系统 采用多级节流旁路模式。但是系统建成调试时发 现再循环系统无法正常工作和管路振动大等问 题 ， 后经多次改造虽然有所改善但仍无法彻底消 除， 成为机组安全稳定运行的制约因素， 应彻底 解决。 2 存在问题 离心泵在开停车过程中或非正常操作状态 下， 泵的流量可能很小。尤其是输送锅炉给水或 凝结水等介质温度接近汽化温度的离心泵 ， 由于 流量小， 叶轮与液体间因摩擦产生的热量不易被 带走， 使水温升高， 引起介质汽化而对泵产生汽蚀 一 42一 现象， 造成泵的工作不稳定以及泵体损坏， 甚至引 发事故 。因此泵的流量不得小于一最小 流量值 ， 通 常把这一最小流量值称为离心泵的最小流量 ， 工 程 上 就 是 靠再 循 环 系 统来 保 证 泵 的最 小 流 量 的。 ( 1 ) 再循环水经过 四级节流孔板减压后 回流 到除氧器水箱， 在系统调试时就发现两台给水泵 均存在再循环高压截止阀开闭过程中管路剧烈振 动的问题 ， 虽然经设计院以及安装单位多次采取 改进管路 、 支 吊架及更换多级节流孔板等但仍无 法彻底消除振动， 导致再循环水量无法正常调节， 给设备运行以及正常操作造成了安全威胁。2 0 0 8 年3 月已经发生了一次因再循环管道振动导致管 路断裂而引起的停机事故 ， 给生产造成了巨大 损失。 ( 2 ) 再循环水经过 四级节流孔板降压后 由 1 7 MP a 下降至 2 MP a ， 然后进人除氧器水箱 以减小 技术改造与改进 第2 9 卷2 0 1 1 年第6 期( 总第 1 5 6 期) 对水箱的冲击。但是启动给水泵以及运行打开或 关闭再循环阀时发现高压差导致水的流速极高 ， 在再循环截止阀与多级节流孔板之间空管段形成 冲击气囊型 管路振动 ， 虽然随着空管段充满水后 振动会逐渐减小， 但是瞬时振动却极大， 对管路支 吊架以及阀门、 法兰、 焊口等造成较大破坏 ， 容易 引起泄漏事故。要消除振动必须改变多级节流孑 L 板位置， 最好将其移至泵出口处， 这样其后压力为 低压 ， 相关阀门也可以采用低压 阀门， 同时可以消 除高压差导致的汽蚀与冲击。 ( 3 ) 再循环高压截止阀寿命短 ， 内漏严重 ， 造 成给水泵电动机电流过大。给水泵开停时以及机 组低负荷时， 为避免给水泵汽蚀需要打开再循环 系统 ， 而此时给水泵 出 口压力高达 到 1 7 MP a ， 再循 环 阀打 开 以及关 闭 过程 中 阀前 后 的压 差 接 近 1 7 MP a ， 阀开度较小时高压差对阀芯密封面造成强 烈吹损 ， 而高温水产生汽蚀进一步对阀芯造成剧 烈损害。虽然再循环阀采用了高压阀， 但是多次 启闭后密封面还是会发生 吹损造成 内漏 ， 随运行 时间增加 内漏逐渐加大 ， 最终造成给水泵再循环 阀失去启闭作用 ， 给水再循环量增大而锅炉上水 量减少， 甚至水量不足， 制约锅炉负荷提升 ， 对发 电生产造成严重影响。 ( 4 ) 再循环阀的检修需要频繁停机， 高压截止 阀检修时 间较长 ， 难度较大 ， 对系统稳定运行造成 较大影响。 3 改造方案 3 1 方案的选择 在工程设计 中 ， 离心泵 的再循 环最小流量控 制一般有4 种方法 ： ( 1 ) 设置旁路用手动阀操作： 因手动操作误差 较大， 一般不常使用或不单独使用。 ( 2 ) 设置旁路用限流孔板来控制： 但孔板的设 计因工艺条件变化很难做到准确 ， 当泵的扬程较 高时压差较大 ， 容易引起管路振动并伴有很大噪 声， 对操作和安全不利。另外 ， 在泵流量较低时旁 路一般是常开的， 这样泵的流量要包括操作流量 及旁路流量两部分， 增大了泵的负荷。 ( 3 ) 设置旁路 自动调节系统： 这虽然克服了第 二种方法的部分不足 ， 但必须增加一套 自动控制 系统及调节阀， 系统复杂而且造价以及维护费用 昂贵。 ( 4 ) 设置泵保护阀： 它既克服了前三种方法的 不足 ， 又兼有止回阀的作用 ， 可取消泵出 口常用 的 止 回阀 ， 但 是 目前设 备一 般 为 国外进 口且价 格 较高。 3 2方案 的确 定 综合分析再循环系统存在的问题 ， 主要是由 循环高压 截止 阀启 闭过程 中高压差导致 的水 冲 击 、 汽蚀以及多级节流孔板位置不合理等因素造 成。为彻底消除给水系统存在的问题 ， 结合当前 四种再循环控制方式的优缺点， 决定采用泵保护 阀改造方案 ， 即将给水泵出口的逆止阀更换为泵 保护阀， 将四级节流孔板取消并对再循环管路进 行改造。泵保护阀能实现再循环自动调节及逆止 阀的功能 ， 同时多级减压旁路即相当于将多级节 流孔板移至泵出口处 。 ( 1 ) 泵保护阀工作原理： 泵保护阀用于保护离 心泵 ， 防止泵在低流量工况下 由于过热 、 不稳定和 汽蚀而损坏 。T D M型泵保 护阀根据 主流量的不 同， 再循环的主阀瓣将被确定在某一个位置上， 主 路止回阀的阀杆通过杠杆将主阀瓣动作传递至旁 路 ， 控制通过旁路的流量， 同时将压力减至出口所 需压力。当主阀瓣关闭时， 所有流量 ( 此时即为给 水泵最小流量) 通过旁路进人除氧器水箱； 当主阀 瓣上升到顶端位置时， 旁路则完全关闭， 所有泵的 流量全部供给锅炉。安装泵保护阀后 ， 当系统非 额定负荷时给水泵的流量产生波动， 如小于泵所 要求的最小流量时， 旁路 自 动开启， 补偿主管路流 量 与最小流量 间的不足 ， 实现再循环水量 自动调 节， 保证了离心泵的安全运行。泵保护阀结构见 图 1 。 图1 I D M型泵保护阀结构示意 43 第2 9 卷2 0 1 1 年第6 期( 总第1 5 6 期) 技术改造与改进 改造前 图2 管路改造前后示意 ( 2 ) 泵保护阀的选型： 泵保护阀应结合系统设 计来选用。主阀通径一般与离心泵出口管径相 等， 泵出口有异径管时， 取变径之后的管径； 旁通 阀流量与通径应依据离心泵的最小流量确定 ， 旁 通阀最大流量应不小于泵的最小流量。离心泵一 般所取的最小流量与泵的最大流量之比大部分在 2 0 4 0 之间， 有些泵高达5 0 以上。在工程设 计 中， 离心泵的最小流量根据输送介质的性质 、 工 艺操作条件确定， 据此再向阀门生产厂家提出订 货要求。 ( 3 ) 泵保护阀与再循环管路的匹配： 泵保护阀 由于具有逆止阀作用， 同时应尽量满足接近泵出 口的要求， 所以改造时可以利用原出口逆止阀位 置。由于2 号给水泵未改造， 所以再循环水仍为高 压水， 而 1 号泵改造后为2 M P a 的低压水， 这就造成 一 4 4一 改造 后 原先的再循环母管方式 已无法运行 ， 因此应对再 循环管道进行改造 ， 使两台泵再循环水分别通入 除氧器水箱。这样改造后再循环系统检修调试更 加方便 ， 同时两路水不连通， 消除了以往运行泵与 备用泵通过再循环管道串水问题。管道改造前后 示意见图2 。 4 方案实施效果 改造实施后运行试验表明 ， 再循环 系统管道 振动、 汽蚀、 水冲击等问题彻底消除， 系统运行安 全可靠， 再循环实现了自动调整 ， 避免了手动调整 带来的偏差以及安全隐患。给水泵电动机电流大 幅降低 ， 运行安全性以及经济性大大提高。此外 泵保护阀可以代替止回阀的作用 ， 可以更有效地 防止发生泵的汽蚀现象， 从而延长泵的使用寿命。 ( 2 o l 1 0 5 2 5 收稿 )