9FA燃机启动时中压给水母管水锤现象的分析研究

王龙辉 卢志伟 富海波

【摘 要】9FA燃机在启动过程中，中压给水母管发生水锤现象，严重时导致中压给水母管上的安全阀动作。如果不能有效解决母管内水锤现象，对中压系统各个管道及设备造成安全隐患。研究造成中压给水母管产生水锤现象的主要原因，对保障机组的安全运行具有重要意义。

【关键词】9FA燃机，性能加热器，水锤现象

1.引言

S109FA燃气—蒸汽联合循环发电机组由PG9351FA型燃气轮机，D10型、三压、再热、双缸双流式汽轮机，390H型氢冷发电机和三压、再热、自然循环余热锅炉组成[1]。

中压系统在燃气—蒸汽联合循环发电机组中具有重要作用，承担着中压汽水循环和为性能加热器提供热源的任务。研究发现，在机组启动过程中，中压给水母管内会有一次剧烈的水锤现象，造成中压给水母管上的安全阀动作，本文通过全面分析中压给水系统，找出中压给水母管内形成水锤的主要原因，根据运行经验提出解决办法，为同类型机组解决中压给水母管水锤问题提供有益借鉴。

2.中压系统介绍

中压系统主要包括中压锅炉系统和性能加热器相关系统，下面进行基本原理介绍。

2.1.中压锅炉系统的汽水流程

低压汽包的水经过中压给水泵进入中压省煤器，中压省煤器加热中压给水后，一路去性能加热器，一路经过中压给水调节阀后进入中压汽包。中压汽包炉水通过一根集中下降管进入分配集箱，在蒸发器内被烟气加热，产生的汽水混合物回到中压汽包。分离出的中压饱和蒸汽在中压过热器中获得一定的过热度后，和再热冷段蒸汽混合，进入再热器，中压给水系统如图1所示。

2.2.性能加热器系统介绍

性能加热器系统在天然气前置模块内，系统图如图2所示，该系统由两台壳-管式热交换器串联而成。燃料气从壳侧流过，而管内则是给水通道。

性能加热器系统主要是增加燃料气体进入燃机的温度，减少燃料加入量，从而改善燃机效率[2]。在机组启动过程中，中压给水温度高于52℃；性能加热器放气阀顺控完成；发电机开关合闸；控制阀已具备运行条件；加热器温度允许已满足等条件后，性能加热器将投入运行。

3.中压给水母管水锤现象分析

在机组START之前，中压给水泵处于运行状态，出口阀打开，连锁投入。中压汽包水位在开机水位，中压汽包给水调节阀在关闭状态。性能加热器进水侧通风阀和出水侧通风阀打开，电磁阀FV-4205、电磁阀FV-4211、电磁阀FV-4212、电磁阀FV-4217和温度控制阀FV-4233在关闭状态。

机组START之后，中压系统相关设备及阀门状态没有变化，性能加热器自动投入，进水侧通风阀和出水侧通风阀关闭，电磁阀FV-4205和电磁阀FV-4211打开。

初步怀疑性能加热器的启动是造成中压给水母管发生水锤现象的主要原因，做以下试验进行验证。

启动单台中压给水泵，启动性能加热器，检查发现，在性能加热器启动过程中，中压给水母管压力下降至2.6MPa左右，后立即上升至7MPa左右，给水泵电流由14A左右上升至25A左右，压力最高值与中压给水电动阀后安全阀设定值相近。

性能加热器投用时，调取各相关管道内压力变化曲线。在图3中可以看出，当投入性能加热器后，中压给水母管压力急剧上升，随后又下降趋于正常。

上图可知，性能加热器启动瞬间，中压给水母管压力急剧升高。在性能加热器启动前，管道内是空管，当电磁阀FV4205、FV4211开启时，这些阀门是气动阀，开启时间短，水流动的惯性和水不可压缩性，进入热交换器的热水压力极速升高，致使中压给水母管压力升高，在中压给水母管内产生水锤现象。

4.解决方案

在上述分析中，找到了中压给水母管产生水锤现象的根本原因，针对原因，制定在机组启动时，开启中压给水调节阀一定开度策略，并进行试验验证。

在机组start之前，打开中压汽包给水调节阀，可以对中压给水母管进行有效泄压，防止水锤现象的发生。图4是机组启动时，没有打开中压汽包给水调节阀，中压给水母管压力变化曲线，图5是机组启动时，打开一定开度的中压汽包给水调节阀，中压给水母管压力变化曲线。

由上图可知，随着中压汽包给水调节阀开度的逐渐增加，中压给水母管压力在逐渐下降，下降趋势趋于平缓。

在机组启动之前，中压汽包水位一般在-250至-200mm之间，可以保证机组在开机过程中一直处于一个安全水位。如果采用打开中压汽包给水调节阀开度来降低中压给水母管压力，就要综合考虑，水位和压力的变化。在中压给水母管上，中压给水安全阀的动作值是6.65MPa，把中压给水母管压力降到这个压力值以下，并能保证中压汽包水位不影响正常开机，根据图6所示，选取中压汽包给水调节阀开度为20%，作为降低中压给水母管压力的安全措施。

通过上述措施，我们随机选取在试验前后母管压力值，其对比如下图所示。

上圖我们可以看出，试验前，母管压力最大值平均为6.9MPa，试验后，母管压力平均下降到5.7 MPa，效果明显。

5.结论

通过中压锅炉系统的分析研究，发现性能加热器的启动是造成中压给水母管发生水锤现象的主要原因。本文根据机组的实际运行情况，给出在性能加热器启动前开启中压汽包给水调节阀20%开度的建议，并通过验证，该方法有效的降低了中压给水母管的压力，解决了中压给水母管在开机过程中的产生水锤现象的问题。

参考文献：

[1]中国华电集团.大型燃气―蒸汽联合循环发电技术丛书设备及系统分册[M].北京：中国电力出版社，2009.9，247-250.

[2]董建刚.燃气轮机燃烧技术探讨[J].山东工业技术，2013（11）：7

（作者单位：杭州华电半山发电有限公司）