給水泵倒轉(zhuǎn)的原因分析及處理

給水泵倒轉(zhuǎn)的原因分析及處理陳永雄【摘要】對云浮發(fā)電廠3號機組給水泵切換操作時出現(xiàn)逆止門卡澀關(guān)不嚴所造成的機組停機事件進行描述，從給泵參數(shù)特性、流程以及故障過程等方面分析了B給泵逆止門倒轉(zhuǎn)的原因；剖析高壓給水泵倒轉(zhuǎn)的風(fēng)險，并對今后切換給水泵提出相應(yīng)的防范措施.【期刊名稱】《廣東電力》【年(卷)，期】2012(025)012【總頁數(shù)】5頁(P115-119)【關(guān)鍵詞】給水泵;逆止門;倒轉(zhuǎn);風(fēng)險控制【作者】陳永雄【作者單位】浮發(fā)電廠，廣東云浮527328【正文語種】中文【中圖分類】TK223.52006年1月28日14點25分，云浮發(fā)電廠3號機組功率為85MW、主蒸汽壓力為8.3MPa、主蒸汽溫度為532(533)C。運行人員對3號機組給水泵(以下簡稱給泵)進行切換操作，在降低B給泵轉(zhuǎn)速過程中，由于出口逆止門發(fā)生卡澀不能關(guān)閉，B給泵發(fā)生倒轉(zhuǎn)，A給泵出口處的大量給水通過B給泵倒流回到前置泵，A、B前置泵進口三通；有部分給水經(jīng)B給泵的再循環(huán)管回到流至除氧器，兩者同時出現(xiàn)引起汽包缺水，導(dǎo)致鍋爐滅火保護動作、汽輪機停運；同時，B給泵液力耦合器（以下簡稱耦合器）的工作油溫高，耦合器旋轉(zhuǎn)外殼易熔塞融化，工作油失壓，耦合器失去了調(diào)速作用。云浮發(fā)電廠3號機組是上海汽輪機廠生產(chǎn)的N135-13.24/535/535型、超高壓、中間再熱機組，配備2臺FK5G32型給泵［1-2］。給泵的基本參數(shù)：額定流量為505m3/h、額定轉(zhuǎn)速為4640r/min、額定出口壓力為17.5MPa。電動機的電壓和電流分別為6kV和356A［1-2］。在正常情況下，給泵是1臺運行1臺備用，由電動機通過齒輪、耦合器驅(qū)動，采用調(diào)節(jié)勺管開度進油來控制給泵轉(zhuǎn)速，從而滿足鍋爐在不同工況狀態(tài)下的給水流量。前置泵與電動機同軸聯(lián)接［3-5］。1事件經(jīng)過B給泵倒轉(zhuǎn)前、后的主要操作及現(xiàn)象表1為2006年1月28日14時運行人員對給泵的主要操作及產(chǎn)生的現(xiàn)象。B給泵倒轉(zhuǎn)時的設(shè)備狀況圖1為B給泵倒轉(zhuǎn)時記錄的歷史數(shù)據(jù)曲線。2006年1月28日14時23分監(jiān)控操作畫面顯示B給泵轉(zhuǎn)速及流量迅速下降，其轉(zhuǎn)速從2997r/min降至2213r/min，然后再直線下降至1951r/min，后又以“V”形尖角折返，直接上升至2697r/min（事后分析認為是給泵倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速），其后B給泵轉(zhuǎn)速曲線未再出現(xiàn)急速變化的尖角，B給泵轉(zhuǎn)速隨其勺管開度縮小或A給泵勺管開度擴大而上升，B給泵轉(zhuǎn)速達2697r/min，但其出口流量始終為0。表1給泵主要操作及產(chǎn)生的現(xiàn)象時刻內(nèi)容14:16將A給泵勺管開度關(guān)至零，啟動A給泵運行。14:17緩慢開啟A給泵勺管開度（調(diào)整幅度約2%）,A給泵升速。14:21A給泵勺管開度達到49%，轉(zhuǎn)速約2700r/min;A、B給泵的轉(zhuǎn)速趨于平衡，共同向鍋爐供水。退出B給泵給水自動，投入A、B給泵再循環(huán)門自動調(diào)節(jié)，A給泵自動跟蹤調(diào)節(jié)［6-7］。14:22手動緩慢降低B給泵勺管開度（調(diào)整幅度約2%),B給泵降速。14:23監(jiān)控操作畫面上顯示給水流量及B給泵轉(zhuǎn)速迅速下降，B給泵倒轉(zhuǎn)。14：24：28B給泵的工作油溫大于110°C，報警［1］。14:24:48B給泵的工作油溫大于130C，報警。14:253號爐汽包水位低于B值，報警；同時，鍋爐滅火保護動作，汽輪機停運［8］。14:26緊急停B給泵電機(現(xiàn)場耦合器冒煙)，關(guān)閉其出口電動門，B給泵停止倒轉(zhuǎn)。圖1B給泵倒轉(zhuǎn)歷史曲線在鍋爐汽包水位出現(xiàn)下降趨勢時，值班人員將A給泵水位及勺管開度的自動調(diào)節(jié)切換為手動，并提高其轉(zhuǎn)速，A給泵出口流量最高為800t/h，同時也提升B給泵轉(zhuǎn)速以加大補水［5］。但都無法避免鍋爐汽包水位下降，最終導(dǎo)致3號爐汽包水位低于B值，鍋爐滅火保護動作、汽輪機停運［8］。停B給泵電機時，B給泵的最高轉(zhuǎn)速已達到4345r/min，直至關(guān)閉出口電動門后，B給泵才停止倒轉(zhuǎn)。B給泵轉(zhuǎn)速從2997r/min直線下降到1951r/min期間，耦合器內(nèi)泵渦輪殼溫度直線上升，原來處于下降狀態(tài)的工作油溫從70C瞬間上升至150C(150C為工作油溫設(shè)定最高限值)，并持續(xù)了8min，現(xiàn)場耦合器因高溫出現(xiàn)冒煙。根據(jù)A、B給泵倒轉(zhuǎn)的歷史數(shù)據(jù)，提取A、B給泵5個時刻點(A點、B點、C點、D點、E點)的水流量、轉(zhuǎn)速、電流數(shù)據(jù)進行分析，見表2。表2A、B給泵5個時刻點的主要數(shù)據(jù)時刻點B給泵轉(zhuǎn)速/(r-min-1)流量/(t-h-1)電流/AA給泵轉(zhuǎn)速/(r-min-1)流量/(t-h-1)電流/AA點22131081403408392217B點19511081403451269C點269701934320741387D點205102254156752384E點41590041563812B給泵倒轉(zhuǎn)的幾個疑點在沒有大幅度調(diào)整情況下，14時23分，B給泵轉(zhuǎn)速從2997r/min下降至1951r/min,然后又上升至2697r/min，其后B給泵轉(zhuǎn)速變化平滑。是何種原因造成B給泵轉(zhuǎn)速以“V型”折返急劇變化；正常現(xiàn)況下，B給泵勺管開度減小其轉(zhuǎn)速應(yīng)是下降的，B給泵轉(zhuǎn)速與A給泵勺管開度是不存在關(guān)聯(lián)性的，但是何種原因造成日給泵轉(zhuǎn)速卻隨其勺管開度的減小反而上升，隨A給泵勺管開度的增大也上升；2臺給泵并列運行，各自轉(zhuǎn)速都接近3000r/min，只要1臺給泵就足以維持85MW負荷的爐水供給，況且A給泵的穩(wěn)定流量維持在740t/h左右，最高時達800t/h,遠超過其正常的補給水流量，但汽包水位卻下降，汽包補水失效導(dǎo)致水位低鍋爐滅火保護動作，且汽水系統(tǒng)并未發(fā)現(xiàn)內(nèi)外泄漏，鍋爐補給水去向不明；B耦合器工作油溫從下降趨勢急轉(zhuǎn)上升，由70OC瞬間直線上升到150°C以上（維持8min），瞬間熱量倍增，讓工作油溫急升，耦合器冒煙。以上幾個異?，F(xiàn)象、疑點瞬間重疊同時出現(xiàn)，讓值班人員無法及時找出給泵倒轉(zhuǎn)引發(fā)鍋爐事故問題的根本原因［5］。3B給泵逆止門、耦合器解體情況技術(shù)人員對B給泵出口逆止門進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)逆止門閥芯兩側(cè)背弧都有與閥體內(nèi)壁相碰卡澀痕跡（如圖2所示），逆止門閥芯螺栓與閥芯定位板未接觸。在正常情況下，閥芯螺栓與閥芯定位板應(yīng)接觸，閥芯開度到位。圖2B給泵出口逆止門卡澀痕跡解體B給泵耦合器發(fā)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)外殼4個易熔塞已熔穿，渦輪與供排油腔密封面的鎢金少量燒掉，此時測得該密封面直徑為220.78mm（正常時應(yīng)為220.20~220.48mm）［2］，渦輪密封面剩余鎢金已燒壞，其他所有部件均未見異常。從B給泵逆止門和耦合器解體檢查結(jié)果可以初步判斷，出口逆止門在降速時門芯背弧發(fā)生卡澀不能關(guān)閉，耦合器的旋轉(zhuǎn)外殼易熔塞熔穿以及渦輪密封面鎢金燒壞。4B給泵逆止門倒轉(zhuǎn)原因分析4.1參數(shù)分析14時23分B給泵轉(zhuǎn)速從2997r/min下降至1951r/min，再又上升至2697r/min，出現(xiàn)一個“V”形折返角，其后轉(zhuǎn)速變化相對平滑。從B給泵轉(zhuǎn)速的變化可以看出，其測量功能仍有效，轉(zhuǎn)速記錄也相對〃準確”。由于轉(zhuǎn)速取樣周期為2s,轉(zhuǎn)速記錄對轉(zhuǎn)動方向是無法識別的，所以測量裝置無法檢測出轉(zhuǎn)速的急劇變化，轉(zhuǎn)速曲線只顯示一個“V”形拐點，是相對值。但轉(zhuǎn)速的變化趨勢卻是B給泵實際運行狀況的反映。因此解決整個事故的關(guān)鍵就是破解這個“V”形拐點。B給泵流量在變化之前一直平穩(wěn)正常，B給泵停電機前（14時23分54秒至26分15秒），其出口流量為0t/h，與從圖1曲線記錄查到的B給泵電機電流為193~225A、轉(zhuǎn)速為2697-2051r/min時的出口流量不相符。在正常情況下，若B給泵轉(zhuǎn)速為2697r/min時，其出口流量應(yīng)達到210m3/h。B給泵電機電流從193上升至225A時，轉(zhuǎn)速從2697r/min降至2051r/min，電流增量與勺管開度增量成正比，轉(zhuǎn)速變化與電流增量成反比。初步反映B給泵轉(zhuǎn)速實際偏離了正常轉(zhuǎn)速的特性［5,7］。A給泵的流量基本維持740t/h左右，而其單泵最大設(shè)計流量只有505t/h，已超出近235t/h,其電機電流387A比額定值356A超出31A。流量與電流基本吻合，也就確認了A給泵流量是準確的，但鍋爐給水中斷也是確鑿的。同樣B給泵轉(zhuǎn)速從2997r/min下降至1951r/min期間，其耦合器內(nèi)泵輪渦輪殼溫度直線上升，工作油溫由70°C瞬間直線上升150°C，是隨著轉(zhuǎn)速突變而突升，B給泵相應(yīng)的其他溫度也同步快速上升，這說明其溫度是準確的，從耦合器燒壞也驗證這點。從歷史曲線圖分析及事后儀表的校驗得出，A、B給泵的轉(zhuǎn)速、流量、電流以及工作油溫的顯示均“準確”，數(shù)據(jù)傳輸也沒有失真，唯一的疑點就是B給泵轉(zhuǎn)速曲線那個“V”形急變的拐點。由于轉(zhuǎn)速測量是沒有識別轉(zhuǎn)向的，而這個“V”形拐點可能就是B給泵轉(zhuǎn)速由正向變?yōu)榉聪虻墓拯c。4.2流程分析從上述參數(shù)分析可初步確定B給泵轉(zhuǎn)速在“V”形拐點由正向變?yōu)榉聪颍孕鑿脑O(shè)備的實際運行狀況分析B給泵是由何種原因引起反轉(zhuǎn)的。假設(shè)B給泵轉(zhuǎn)速是反轉(zhuǎn)的，那么引起B(yǎng)給泵轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)的首個原因應(yīng)是其出口逆止門不能關(guān)閉。從B給泵出口逆止門解體情況可判定，其出口逆止門在降速時門芯背弧發(fā)生卡澀不能關(guān)閉。其次是給水倒流流向的論證。B給泵出口逆止門卡澀不能關(guān)閉，大量給水從B給泵及前置泵倒流回至除氧器下降管（A給泵入口），形成以下主循環(huán)系統(tǒng)：第一路，A給泵-給泵出口三通-B給泵出口逆止門-B給泵-B前置泵-前置泵進口三通-A前置泵-A給泵；第二路，A給泵-給泵出口三通-B給泵出口逆止門-B給泵再循環(huán)門-除氧器；第三路，A給泵-A給泵出口逆止門-A給泵再循環(huán)門-除氧器。由于B給泵倒流等三路管道泄壓，A給泵最大給水流量雖然達800t/h,但其穩(wěn)定流量為741-750t/h,A給泵出口壓力達不到汽包壓力無法向鍋爐供水，汽包水位依然下降，從而引至鍋爐滅火保護動作。這樣的給水流向、實際流量與實際運行狀況吻合。4.3過程分析查看表2中A、B給泵的主要參數(shù)，14時23分逆止門卡澀時B給泵的轉(zhuǎn)速從2997r/min開始改變原來平穩(wěn)降速，突然大幅度下降，B給泵從此進入給泵正轉(zhuǎn)、給水倒流的狀態(tài)。從A點-B點，只有1s區(qū)間，A給泵尚處于正常供水的臨界點，流量偏大（392t/h），轉(zhuǎn)速稍高（由3408r/min升至3451r/min），電流突升（由217A升至269A）;B給泵維持正轉(zhuǎn)（由2213r/min降至1951r/min），其前置泵維持108t/h流量經(jīng)再循環(huán)回流至除氧器。此時A、B給泵都處于正轉(zhuǎn)、給水頂托，A給泵出力加大，B給泵隨著倒流的增大轉(zhuǎn)速開始下降，給水倒流但B給泵還處于正轉(zhuǎn)。從B點-C點。隨著B給泵給水倒流加大，致使B給泵耦合器受到過大力矩，工作油溫、油壓過高易熔室熔穿，B給泵瞬間失去大部分原動力，被A給泵帶來的給水沖動，導(dǎo)致B給泵快速倒轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速達2697r/min。A給泵流量大幅增加近—倍，達741t/h,其電機電流超限，這說明了B給泵轉(zhuǎn)速的“V”形拐點是由正向變?yōu)榉聪颉腃點-D點。增大B給泵勺管開度，B給泵電機電流由193A升至225A,B給泵轉(zhuǎn)速反向由2697r/min降至2051r/min，但實際轉(zhuǎn)速上升了。從D點-E點。停B給泵電機，B給泵組（包括前置泵）全部原動力完全失去，B給泵完全處于自由狀態(tài)，被A給泵高壓給水瞬間沖至反向，轉(zhuǎn)速達4159r/min,與正向A給泵轉(zhuǎn)速4156r/min相約，直到關(guān)閉B給泵出口電動門，B給泵倒轉(zhuǎn)才停止。綜合上述分析，說明從一開始至關(guān)閉B給泵出口電動門，B給泵出口逆止門一直處于卡澀狀態(tài)。B給泵整個故障過程為出口逆止門卡澀-B給泵給水倒流降速-耦合器燒毀-B給泵給水倒流倒轉(zhuǎn)-停電機，B給泵倒轉(zhuǎn)加速-閉關(guān)出口電動門-B給泵停止倒轉(zhuǎn)。4.4耦合器燒毀原因分析由于A、B給泵正轉(zhuǎn)，給水頂托，B給泵給水倒流，在電機側(cè)B給泵耦合器泵輪正向高速旋轉(zhuǎn)，與水泵側(cè)渦輪的反向高速旋轉(zhuǎn)相互摩擦，瞬間產(chǎn)生大量熱量，使得加熱耦合器的工作油溫高達150°C，迅速熔化了耦合器旋轉(zhuǎn)外殼4個易熔塞，4個易熔塞全部熔掉后，耦合器內(nèi)工作油泄壓，耦合器高溫冒煙［5,9］。耦合器泄壓后，其動能傳遞作用幾乎消失，電機的力矩對B給泵已不起作用，而B給泵在A給泵出口的高壓水反方向作用下則迅速由正向轉(zhuǎn)速變?yōu)榉聪蜣D(zhuǎn)速，故調(diào)大A給泵耦合器的勺管開度反而提升了B給泵的轉(zhuǎn)速。5B給泵逆止門、耦合器檢修處理先將B給泵出口逆止門閥芯背弧上相應(yīng)的磨點磨掉，進行試裝，拉起閥芯，閥芯螺栓與閥芯定位板相接觸，而閥芯與閥體不接觸，逆止門活動正常，進行裝復(fù)［2］；將耦合器旋轉(zhuǎn)外殼4個熔穿易熔塞全部更換，將已燒壞渦輪與供排油腔密封面剩余鎢金熔去，剩余鎢金清洗干凈重新掛錫焊上新鎢金，密封面直徑為220.32mm；清洗各部件按標準裝復(fù)，并進行潤滑油濾油［2］。6給泵倒轉(zhuǎn)的風(fēng)險因給泵轉(zhuǎn)速沒有轉(zhuǎn)向識別，出現(xiàn)給泵倒轉(zhuǎn)時無法從轉(zhuǎn)速判斷給泵的運行狀況，而且B給泵轉(zhuǎn)速由正向2997r/min變?yōu)榉聪?697r/min，轉(zhuǎn)速絕對值基本相同，可見其隱蔽性極高，使得運行人員無法第一時間快速準確采取措施進行處理。大量高壓給水（最高流量達800t/h）經(jīng)B給泵進水管道及再循環(huán)2條低壓管道返回至除氧器下降管（A給泵入口），會造成B給泵高速倒轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動部件松脫磨損、泵體動靜碰磨損壞，甚至松脫部件飛出傷人事件［9-10］；同時，大量高壓給水進入B給泵進水管道及再循環(huán)管低壓管道，使工作壓力為1.3MPa的低壓管道需承受超過其壓力和通流量的給水，若此時再關(guān)閉前置泵進水門或再循環(huán)門，低壓管道承受的給水壓力已超過其工作壓力10倍以上，最高可達18MPa,勢必造成低壓管道及其部件爆裂，甚至釀成大事故。耦合器泵輪正向高速旋轉(zhuǎn)與渦輪反向高速旋轉(zhuǎn)相互磨擦作用下，瞬間產(chǎn)生大量熱量，使耦合器工作油高達150°C，大量高溫油體迅速氣化膨脹，會引發(fā)耦合器爆破，冒出大量高溫油氣，極易誘發(fā)火災(zāi)事件。由于給泵倒轉(zhuǎn)使得給泵組要承擔(dān)過大的力矩，極易引起電機因過負荷、超電流而燒毀。7防范措施在今后計劃停機時要定期對給泵出口逆止門進行解體檢查，檢查其閥芯背弧與閥體有沒有接觸痕跡，或者接觸面的接觸情況，保證熱態(tài)閥芯背弧與閥體不會發(fā)生卡澀;另夕卜需檢查啟閉桿與閥芯螺栓的配合間隙、啟閉桿與銷軸的配合間隙是否符合標準。鍋爐和汽輪機監(jiān)盤人員應(yīng)密切配合，在切換給泵時，密切監(jiān)視鍋爐及2臺前置泵的給水流量、給泵轉(zhuǎn)速、工作油溫等參數(shù)變化。在進行切換給泵操作時，應(yīng)采用手動調(diào)節(jié)勺管開度來調(diào)升切換泵的速度，原運行泵應(yīng)保留水位及勺管開度的自動調(diào)節(jié)，并保留給泵再循環(huán)調(diào)整門自開關(guān)保護；鍋爐操作人員在調(diào)節(jié)勺管開度時需緩慢進行，若A、B給泵出力接近平衡時，每次增（減）勺管開度不得大于2%。切換過程中確認原運行給泵出口逆止門不能關(guān)閉或不嚴時，應(yīng)立即提升該泵轉(zhuǎn)速，且同時降低待切換泵轉(zhuǎn)速，盡量維持汽包水位在正常范圍內(nèi)，并暫停給泵的切換工作。做好事故預(yù)想，防止因給泵出口逆止門不嚴導(dǎo)致給泵到轉(zhuǎn)，引致給泵超速、低壓管道爆漏、工作油溫高著火等擴大事故的發(fā)生。若給泵出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)、出口逆止門不嚴或故障泵要停運時，應(yīng)立即關(guān)閉該泵出口電動門，全開該泵再循環(huán)門才停泵，嚴禁關(guān)閉該泵再循環(huán)門、前置泵進口門。要避免為了保機組運行而出現(xiàn)設(shè)備損壞擴大事故的發(fā)生，或威脅人身安全。8結(jié)束語無論機組大小，高壓給水泵是電廠熱力的重要設(shè)備，高壓給水泵及其附件安全可靠性不可忽視，小至一個逆止門同樣重要。本文所描述是一個逆止門卡澀關(guān)不嚴造成機組停機的事件，具有較好的借鑒意義。參考文獻：[1]云浮發(fā)電廠.汽輪機機組運行技術(shù)標準[S].云?。涸聘“l(fā)電廠，2004.YunfuPowerPlant.TurbineUnitOperationTechnologyStandards[S].Yunfu:YunfuPowerPlant,2004.[2]云浮發(fā)電廠.汽輪機機組檢修技術(shù)標準[S].云?。涸聘“l(fā)電廠，2003.YunfuPowerPlant.TurbineGeneratorMaintenanceTechnologyStandards[S].Yunfu:YunfuPowerPlant,2003.[3]糜若虛，宋元明.大型電動調(diào)速給水泵[M].北京：水利電力出版社，1990.MIRuoxu,SONGYuanming.LargeMotor-drivenVariableSpeedFeed-waterPump[M].Beijing:WaterConservancyandElectricPowerPress,1990.[4]羅光華，張家齊.125MW機組熱力設(shè)備及運行[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1992.LUOGuanghua,ZHANGJiaqi.ThermalDynamicApparatusandOperationof125MWUnit[M].Beijing:BeijingScienceandTechnologyPress,1992.[5]江樹基.液力耦合器制造技術(shù)及使用維護指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.JIANGShuji.FluidCouplingManufacturingTechnologyandUseMaintenanceGuide[M].Beijing:ChinaMachinePress,2012.[6]陳葉，楊達文，方耀清.調(diào)速型液力耦合器的研究及應(yīng)用[J].哈煤礦機械，2002(7):14-15.CHENYe,YANG