韶钢低压饱和蒸汽余热利用机组真空急剧下降的分析与处理

陈营波,陈日兴,张　涛

1　概述

韶钢低压饱和蒸汽余热利用机组是将炼钢转炉产生的低压饱和蒸汽回收，经过锅炉加热提升过热度后用于发电和供汽。低压饱和蒸汽的压力0.6～1.2 MPa，温度159～188℃（压力对应的饱和温度）。该机组于2013年8月底投产，年均发电量5300万kWh，效益显著。该机组在投产之后出现多次真空急剧下降，导致汽轮机因真空低跳闸，给生产造成了不良影响。经过多次跳机后的排查，才彻底解决影响真空的因素，使机组真空不再受外界干扰。

2　事故现象

机组几次因真空低跳闸的共同特点就是真空在1 min内从-92 kPa下降至-61 kPa以下，即使启动备用射水泵、将发电机紧急解列，仍会造成跳机。事故后，在不对机组系统做任何调整的情况下，开机时真空正常。查询曲线，真空下降、排汽温度上升，根据饱和关系，证明真空信号是真实的，并非误信号。

3　机组本体及辅机故障排查

从汽轮机本体及其辅机方面来分析，导致真空急剧下降的因素应当包括以下一点或几点：

(1)凝汽器循环冷却水量急剧减少或凝汽器水侧存有大量空气。

（2）真空系统管道破裂，漏入大量空气。

（3）排汽缸安全保护装置膜片破裂，漏入大量空气。

（4）凝汽器铜管大量泄漏，水位迅速异常升高。

（5）射水箱水位过低，水位未能淹没抽气器的出水口，导致漏入大量空气。

鉴于事故后在不对机组系统做任何调整的情况下开机时真空正常，可以排除以上5个原因，也就是说排除了机组本体及其辅机的故障。

4　系统分析

回归原点思考问题。在运行过程当中，汽轮机真空的建立主要是在循环水冷却作用下使蒸汽凝结、比容骤然缩小而形成，其次是靠真空泵或射水抽气器抽出蒸汽中微量的不凝结性气体来维持。既然经过多次事后判断排除了机组本体及辅机故障，那么问题的焦点就指向蒸汽携带大量不凝结性气体。这是一个大胆的推测。

4.1　推测依据

该机组所配套的射水抽气器型号为CS-7.5，抽气量7.5 kg/h（便于理解换算约为190 mL/s，40℃时饱和空气密度1.097 kg/m3）。即使2套射水抽气器同时运行，每秒钟也只能抽走不凝结性气体380 mL，相当于1支小矿泉水瓶大的体积。如果蒸汽中携带的不凝结性气体体积超过该值，就会表现出真空下降，携带越多、下降越快。

该机组蒸汽参数是0.6～1.2 MPa，蒸汽来源于炼钢转炉，而转炉炼钢所需的氮气等介质压力正好涵盖此蒸汽压力范围，如果操作不当或设备缺陷就会窜入低压饱和蒸汽中，引起机组真空急剧下降。

经与上工序详细了解，在机组出现真空急剧下降的几次故障中，炼钢工序正好是吹扫、切换密封气源时，与故障时间重合，氮气使用量远远超过射水抽气器的出力。

4.2　设备现状及存在的问题

在炼钢系统中与低压饱和蒸汽有直接或间接连接关系的能源介质是氮气，氮气有中压氮与低压氮之分，压力分别为0.8、1.6 MPa，主要使用设备是氧枪口和转炉煤气吹扫系统。

炼钢厂在2008年利用自产低压饱和蒸汽成功替代密封转炉氧枪口的氮气，同时蒸汽管道与氮气管道进行了碰接。炉子在检修时两路汽（气）源相互共存、交替使用，以及在转炉开炉阶段或蒸汽压力低时使用氮气密封。

炼钢厂的转炉煤气风机三通阀用自产的低压饱和蒸汽吹扫，同时配有一路氮气备用气源，这两路（汽）气源进行碰接，当低压饱和蒸汽压力低或有检修时会切换为氮气。

以上设备状态可能会出现：

（1）氮气阀与蒸汽阀同时内漏时，会造成压力高的氮气漏入压力低的饱和蒸汽系统中。

（2）在氮气与蒸汽的切换使用过程，会导致一定量的氮气进入饱和蒸汽系统中。

（3）误操作，使氮气阀与蒸汽阀同时打开，造成氮气窜入蒸汽中。

5　解决方案

为避免蒸汽携带氮气影响生产，制定以下解决方案：

（1）在氧枪口、转炉煤气吹扫系统的氮气、蒸汽管道上安装一、二次阀，确保关闭严密。

（2）切换汽（气）源时，要保证蒸汽压力高于氮气压力才能进行，防止氮气窜入蒸汽。

（3）密封、吹扫时，禁止氮气与蒸汽同时投入使用。氮气压力是公司母管制运行，压力变化小，而低压饱和蒸汽压力受转炉生产、自用以及发电机负荷影响较大。氮气与蒸汽同时投入密封、吹扫，当蒸汽压力低时会使蒸汽携带大量氮气进入汽轮机。

（4）当转炉从检修转生产后，将前两炉蒸汽放散，保证蒸汽管道及蓄热器内的氮气等不凝结性气体全部排尽。

6　结束语

从2014年实施以上方案以来，韶钢低压饱和蒸汽余热利用机组真空未出现急剧下降的现象，因此验证了之前的推测。

蒸汽携带氮气等不凝结性气体从而影响机组真空，在电力行业中是少之又少，或许只有在冶金行业自备电厂中存在。这些不凝结性气体包括氮气、压缩空气、氩气等气体在钢厂得到普遍使用。随着各钢厂大力回收转炉饱和蒸汽的同时，在设计或操作时要保证蒸汽不得携带氮气等不凝结性气体，以免影响机组安全运行。