循环水系统水锤事件的分析及处理

吴宝华

(国投曲靖发电有限公司，云南 曲靖 655000)

曲靖电厂1号机为上海汽轮机厂生产的引进型N300-16.7/538/538反动、凝汽式汽轮机。循环水系统采用闭式循环，水管通径为1 600 mm。循环水系统配置了2台长沙水泵厂生产的64LKXB-20型立式、斜流循环水泵，水泵出口阀采用了DX7K41X-6型蓄能罐式液控缓闭止回蝶阀。

2010-09-30，1号机组停运后，运行人员在最后停运2号循环水泵时，循环水系统产生了巨大的水锤，就地产生了一阵强烈的振动和闷响。经检查发现，2号循环水泵的出口管检修孔阀门垫子被吹破，检修孔放空气门严重损坏，循环水大量外泄，给电厂设备造成了损坏，给机组的安全运行带来了不良影响。

1 水锤形成的原因

2008年5月，曲靖电厂1号机循环水泵控制系统进行了PLC改造，机组只能采用“启泵开阀，关阀停泵”的运行方式。在停运循环水泵时，出口液控阀关至30°，循环水泵联停。

在本次事故中，当2号循环水泵停运后，循环水系统内的水瞬间失去驱动力，水泵出口压力会很快下降，但在较长的循环水管道中，前进水流在惯性作用下依然会向原方向行进。因此，在水泵出口阀门前一定范围内的管线中压力会急剧下降。此时，如果阀门依然开启，尚有部分水从水泵吸进来补充，可缓解压力下降；如果阀门快速关闭，则在很短时间内断绝了补充水源，从而加剧了水泵出口门后负压的形成，引起部分水汽化，发生水柱中断。当前进水流的惯性流动停止后，在冷却塔和管道两侧水压差的作用下，循环水向出口蝶阀前倒流，而因出口蝶阀已快速关闭，倒流回来的水在循环水管道中流动受阻，瞬间产生相当大的冲击力，这就形成了水锤。

2 事故原因分析

通过调查发现，只有在最后停运2号循环水泵时1号机才会产生水锤。在双泵运行时停运其中的任何1台循环水泵或最后停运1号循环水泵时均不会产生水锤。随后，检修人员对2号循环水泵出口液控阀的关闭情况进行了试验，发现2号循环水泵出口液控阀关闭角度为：快关75°，慢关15°；关闭时间为：快关3 s，慢关30 s。结合厂家提供的技术资料和对比1号循环水泵出口液控阀的关闭情况来看，2号循环水泵出口液控阀存在着关阀时间过快、快关角度过大和慢关角度过小的问题，这是引发本次事故的根本原因。在水锤形成的过程当中，阀门的关闭时间和关闭特性是水锤形成的2个关键的因素。

2.1 出口蝶阀关闭过快

从检修试验情况来看，2号循环水泵出口液控阀关闭时间为：快关3 s，慢关30 s，总的关阀时间为33 s；而1号循环水泵关阀时间为：快关8 s，慢关34 s，总的关阀时间为42 s。2号循环水泵的关阀时间明显偏短。

根据水锤刚性理论和动量定理，下式成立：

由上式可知，水锤压力F与水流速度Δv及水柱质量m成正比；与水锤时间Δt成反比。其中，水锤时间Δt是指系统内的水倒流至循环水出口蝶阀处后与蝶阀的减速撞击时间，而不是蝶阀关闭的时间。

2010年7月，电厂1号机组凝汽器进行了改造，将镍黄铜冷却管全部更换为TP304不锈钢管。为了保证机组的真空，冷却管增加了约951 m3冷却面积，也增加了约5 300 m3/h循环水流量。这样，水柱质量m在改造后增加了很多。因此，如果此时阀门再关闭过快，水锤时间Δt将会减短，则水锤压力F将因m的增加和Δt的减少而大幅增加。

从以上分析可以看出，在其他条件不变的情况下，尽可能延长阀门关闭时间将有利于水锤压力的减小。当然，如果阀门关闭时间过长，则有可能在2台循环水泵同时运行而1台循环水泵跳闸的情况下，循环水倒流，引起循环水泵倒转，从而损坏循环水泵和电机，同时也可能造成循环水短路，影响机组真空。因此，蝶阀的合理关闭时间必须结合管道特性综合考虑。

2.2 关阀角度调整不当

试验表明，2号循环水泵出口蝶阀的关闭角度调整得不合理，使得循环水流速的变化得不到有效减缓。从水锤刚性理论可以看出，水锤产生的压力F与水流速度的变化值Δv成正比，只有尽可能地减少水流速度的变化才有利于减小水锤的危害。因此必须对蝶阀的关闭特性进行调整。

3 处理措施

3.1 调整阀门的关闭时间

结合循环水系统的管道特性及厂家相关资料，将循环水泵出口蝶阀关闭时间调整为：快关8 s，慢关33 s。这样，延长了水锤形成的时间，有利于减小水锤的冲击力。

3.2 调整蝶阀的关闭特性

将蝶阀原来的关阀角度调整为：快关65°，慢关25°。这样，既可以减小循环水流速的变化值，也利于减小水锤的冲击力甚至消除水锤，保证了循环水泵不倒转而损坏。

4 结束语

循环水系统发生水锤在电厂多年的运行中还是第1次。通过这次事件，电厂工作人员对水锤的形成和危害有了更深入的认识和了解，为避免在今后的工作中发生同类事件提供了宝贵经验。通过采取上述措施，对2号循环水泵多次启停试验表明，电厂1号机组循环水系统的水锤问题得到了解决，机组的安全运行得到了保障。