“双机单泵”运行风险评估及经济性分析

□岳宏利

一、概述

华润电力曹妃甸电厂2 ×300MW 燃煤供热机组工程，三大主机均为上海电气集团生产，汽机凝汽器由上海动力设备有限公司生产，按汽轮机VWO 工况设计，当循环水进口温度18℃，循环倍率为55 时，凝汽器压力设计值为4．9kPa，采用海水直流冷却，具有在夏季工况和海水温度33℃连续运行能力，凝汽器冷却面积18，150 m2，循环水泵采用上海KSB 公司生产的立式混流泵，水泵设计流量22，248 m3/h，设计扬程14．3mH2O。自2009年投产以来，机组在夏季时真空较好，凝汽器真空比其他同类型电厂高2kPa，凝汽器端差也在正常范围内，但是到了冬季海水温度较低时每台机只运行一台循泵却出现凝汽器端差异常增大的情况。有什么办法能保证机组在最佳真空的基础上降低凝汽器端差呢?公司相关领导和专业人员多次开会分析研究，利用精益管理的工具全面分析排查，小组成员全面分析并罗列出影响端差的各个因素，即:凝汽器脏污程度、凝汽器单位面积蒸汽负荷、凝汽器内的漏入空气量、凝汽器入口水温、冷却水流速等，最终确定导致冬季凝汽器端差大的主要原因为海水温度低循环水流量大，同时提出了一个全新的解决思路——“双机单泵”运行。

二、“双机单泵”运行风险评估与控制

“双机单泵”运行是一种非正常运行方式，具有一定的风险性，主要包括运行循泵跳闸循环水压力突降、启停循泵时出口蝶阀开关不当造成循环水压力过低、单泵运行压力低造成虹吸破坏、开式水泵入口压力过低发生气蚀等，其中最重大的风险就是运行单泵出现故障将对两台机组产生影响。但是通过专业团队对风险性的评估，采取了一系列措施后将其运行风险逐一规避，确保了机组安全稳定运行。主要手段包括以下几种:

(一)修改循环水系统逻辑由单元制为扩大单元制。“双机单泵”运行时，单台机组之间的两台泵联锁逻辑已不再适合这种工况，从安全的角度考虑必须修改系统逻辑，使双机四台泵互为备用，这样不仅使循泵的运行方式更加灵活，而且当出现极端的运行单台循泵跳闸时会快速顺序联启其它循泵，保障在跳闸循泵出口蝶阀关闭过程中的水压正常，从本质上规避风险，保障机组安全稳定运行。由于备用循泵多，理论上讲扩大单元制后的“双机单泵”运行比常规的单元制单泵运行风险更小。

(二)合理设置泵阀联锁。在循泵启动之初，若开门启动循环水泵，势必会造成循环水倒流，在泵还没有达到供水出力前，可能已经破坏循环水供水，所以设置启动循泵泵阀联动逻辑，即在起泵的同时出口门联开，这样既可避免启泵过程中的断水现象，又可以减小在循泵启动过程中循泵跳闸事故处理的难度。同样，在停泵时为防止水压下降过多应先关出口蝶阀，出口蝶阀关至15 度允许停循泵脉冲信号由以前的3 秒改至120 秒，出口蝶阀关到位后手动停运循泵。从循环水泵出口液控蝶阀参数表中可以看出，关至15 度以后是慢关阶段，由6 至60 秒可调节，也就是说从15 度关至全关位最多用60 秒，如果超过60 秒，说明门已经卡涩，此时需要视情况决定是将门开启继续运行循泵还是直接将循泵停止运行。所以新逻辑里120 秒的停泵允许已足够，若还为3 秒，在3 秒内必须停止循环水泵运行，此时循泵出口蝶阀开度还比较大，直接停泵会造成循环水倒流威胁机组安全。

(三)防止虹吸破坏。凝汽器采用定期反冲洗、半侧隔离人工清理杂物等手段提高循环水流量，通过对凝汽器水室憋压排空气的方法增大凝汽器的换热面积并提高虹吸效应。在夏季海生物增多的情况下加强前池耙式清污机与旋转滤网的运行，采用定期加药方式减少贝类等海生物进入凝汽器。同时考虑增设循环水二次滤网，降低凝汽器水室杂物含量防止虹吸破坏。

(四)定期切换。一方面，出口蝶阀长时间在开(关)位置停留，管道内滋生海洋生物易造成卡涩;另一方面，电机长时间停运，由于循泵所处环境较为潮湿，会影响其绝缘，故采用定期切换试转保证每台循泵可靠备用。各值长根据调度曲线及计算后的启停循泵点综合判断，尽量避免循泵频繁启停。在停循泵时两台机组加强联系，合理关小循环水回水门保证虹吸及开式水入口压力正常。利用循泵启停时机切换循泵，保证每台循泵可靠备用。

(五)复查循环水泵热控及电气保护。配合电气专业对每台循泵保护定值进行核对，保证设置正确;联系热控专业复查相关逻辑保护定值，紧固各接线端子;对就地事故按钮移位并增设防雨罩等;通过以上手段避免循泵保护误动。

(六)细化循环水系统规定等措施。主要包括:作为单泵运行的循泵应无缺陷，循泵出口蝶阀油站保压正常，蝶阀能够正常严密关闭;加强就地巡检，发现异常及时切换循泵;循泵房门应关闭严密，巡检后及时上锁，无关人员禁止进入;就地控制箱柜门关闭严密，事故按钮防误罩应遮盖严密，防止发生人为误动;凝汽器A、B 侧反洗定为每周一前夜负荷200MW 以下进行，反洗时必须保证两台循泵运行;“双机单泵”运行时启停循泵及投连锁时应查看好逻辑，避免误操作，单泵运行时至少保证其它两台循泵投备等。

(七)做好事故预想。为了保证运行的可靠性，做好事故预想是很有效的一种方式，通过技术问答与现场考问讲解的方式使每个运行人员都能对其有很好的掌握。在人员培训方面，运行人员树立了良好的就地意识，在任何时候启停循泵必须安排有经验人员到就地，做好各种工况的事故预想，在第一时间发现问题及时解决。就地液控蝶阀油站上都贴着紧急操作方法及阀门标示，与此同时部门安排组织专题讨论，加深理解，这些举措都对此运行方式的可靠性提供了保障。

通过采取上述措施后已将“双机单泵”的运行风险降到最低，经过专业团队的多次风险评估后一致认为可以将“双机单泵”作为冬季经济运行有效运行方式。

三、“双机单泵”运行经济性分析

循环水量过大不但造成循泵耗电率上升，影响全厂用电率和机组供电煤耗，而且会增大凝汽器端差，使冷端损失加大，进一步影响煤耗。根据300MW 机组能耗差经验数据，端差增加1℃煤耗上升0．85g/kWh，真空度每下降1%，煤耗增加2．1 g/kWh。

根据目前掌握的数据，在海水温度在7℃时，机组负荷各在220MW 情况下，“双机单泵”运行方式下，真空完全满足设计要求，当两台机组负荷不平衡时，值长应及时协调两台机组的循环水量来平衡各自的真空情况。“双机单泵”时，当循环水温度每上升1℃，预计会影响真空最大0．5kPa(300MW时);双机双泵时，水温每上升1℃，预计会影响真空最大0．2kPa。“双机单泵”运行时，海水温度低于8℃，总负荷低于440MW 时，适用于“双机单泵”。当水温高于8℃或机组负荷较大且真空已下降至96kPa，此时值长根据情况应调度启动第二台循泵。当海水温度在10℃左右时，双机双泵工况下，机组带额定负荷时，真空基本满足设计要求，当海水温度上升至14℃左右，机组满负荷情况下，值长根据情况应调度启动第三台循泵。当海水温度在18℃左右时，双机三泵工况下，机组带额定负荷时，真空基本满足设计要求，当海水温度上升至21℃左右，机组满负荷情况下，值长根据情况应调度启动第四台循泵。

根据海水温度及负荷情况调整循泵运行台数是运行经验，它的准确性受凝汽器脏污程度及真空严密性影响，若想做到精益求精，必须引入最佳真空计算。最佳真空是指提高真空效率增加节约煤耗和为了提高真空而增加的循环水泵电耗综合考虑效益最高时的真空。所以计算合适的循泵启停点是保证机组在最佳真空下运行的前提，同样这也为“双机单泵”运行提供了有力的数据支持。

双机循环水为扩大单元制，按每台机150MW 循环水泵运行方式何时启动循泵问题:根据经验数据两台机共提高1kPa 真空影响煤耗2．1g/kWh，双机150MW 全天电量为7，200MWh。

7200* 0．0021 =15．12 t/kPa

以每吨标煤730 元折算:15．12* 730 =11037 元/kPa。

启动下一台循泵后，母管压力升高，原运行循泵电流会增加10A，加上新启动循泵150A 电流，最终增加160A 电流。

循环水泵每小时单耗:P =1．732* 6．3* 160* 0．85 =1483．97kWh

一天耗电量:W=Pt=1483．97* 24 =35615．3KWh

以上网电价0．432 元/kWh 折算每增加一台循环水泵增加成本:35615* 0．432 =15385 元，单台循环水泵损耗折合为真空为:

15385/11037 =1．3939kPa

通过以上计算得出:当新启动一台循泵，两台机组真空上升1．394kPa 时，增加的厂用电量与降低的煤耗价值相当。以此类推计算，即:

a．负荷150MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于1．394KPa 就达到最佳真空。

b．负荷160MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于1．307KPa 就达到最佳真空。

c．负荷170MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于1．230KPa 就达到最佳真空。

d．负荷180MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于1．162KPa 就达到最佳真空。

e．负荷190MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于1．100KPa 就达到最佳真空。

f．负荷200MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于1．046KPa 就达到最佳真空。

g．负荷210MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．996KPa 就达到最佳真空。

h．负荷220MW 启动循泵后两每台机组真空上升值大于0．950KPa 就达到最佳真空。

i．负荷230MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．909KPa 就达到最佳真空。

j．负荷240MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．871KPa 就达到最佳真空。

k．负荷250MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．836KPa 就达到最佳真空。

l．负荷260MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．804KPa 就达到最佳真空。

m．负荷270MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．774KPa 就达到最佳真空。

n．负荷280MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．747KPa 就达到最佳真空。

o．负荷290MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．721KPa 就达到最佳真空。

p．负荷300MW 启动循泵后两台机组真空上升值大于0．697KPa 就达到最佳真空。

通过结合经验数据和机组最佳真空的计算值，为循泵设置了合适的启停点，并在运行中不断完善，旨在取得最大的经济效益。2014年最低海水温度为2月11日的－0．2℃，全年海水温度低于7℃时间近4 个半月。全年通过优化循泵运行方式，特别是在这段时间内根据负荷情况采用“双机单泵”运行，配合合适的循泵启停点，在保证最佳真空的前提下降低凝汽器端差，最大限度促使供电煤耗下降，为电厂创造了较大的经济效益，不仅保证了汽轮机在最佳真空下运行，而且成功完成全年综合厂用电率4．86%的目标，循环水系统全年耗电量1，829 万KWh，占全厂厂用电率的0．55%，特别是在“双机单泵”运行月份循环水系统耗电量只占全厂厂用电率的0．25%，仅“双机单泵”一项就节电300 多万kWh，且降低凝汽器端差约4℃，降低端差引起的煤耗下降近3g/kWh，在海水温度低于7℃的四个半月内通过“双机单泵”运行方式共节约资金近400 万元。

四、社会推广价值

鉴于目前节能降耗的要求，各厂都将设备技术改造与优化运行方式作为挖掘内部潜能的重要手段，“双机单泵”运行是一次大胆的尝试，也是一次成功的尝试，达到了节能降耗的目的，对于海边电厂颇有益处，值得推广借鉴。