凝泵空管启动时水锤现象研究

摘 要：某燃机电厂每次启动凝泵时发生严重的水锤。本文主要介绍了针对凝泵启动时的水锤现象，通过分析现象并查找原因，成功解决了此重大缺陷。并为类似机组的缸温异常分析提供参考。

关键词：S109FA燃机；凝结水泵；水锤；振动

一、引言

某燃机STAG 109FA 单轴联合循环机组，凝结水系统配备两台多级立式双层壳体离心水泵，同时为了在日开夜停时节能，配备一台辅助凝泵。每次凝泵启动时，由于管道布置，空管启动发生剧烈振动并伴随一声巨响，即严重的水锤现象。为解决该问题，先后采用不同的方法，经过多方努力，终于成功解决了此重大缺陷。

二、水锤介绍

（一）水锤介绍

在压力管道中，由于介質流速突然变化引起压力急剧上升或降低的现象，称为水锤（又叫水击）。泵站水锤细分启动水锤、停泵水锤和关阀水锤。在一般情况下，启动水锤较小，对系统影响不大。但如果是空管启动，当系统管路中空气不能及时排出而被压缩时（气体压缩性强），会造成水流压力的急剧变化；关阀时如果按正常速度关闭阀门，一般不会引起过大的水锤压力；由于突然停电或误操作引起的事故，停泵所产生的停泵水锤往往数值较大，一般可达到正常压力的1.5～4倍，甚至更大，破坏性强，往往造成意外损失。

（二）凝泵启动水锤

凝泵启动时，管道会发生剧烈振动并伴随一声巨响，而当其中一台凝泵运行，启备用凝泵时，并无强烈振动和巨响，根据前面水锤现象的分类，为凝泵在空管启动时，当管中空气不能及时排出而被压缩时才会加剧水流压力的变化。那么，凝结水系统究竟是哪个部位发生空气压缩呢？凝结水管路上容易发生空气压缩的主要是两个旁路：轴加旁路和凝结水再循环旁路。而从管路布置的结构上，由于凝结水管路低点如果不放水，凝结水系统即使不投用，轴加旁路也是充满水的。那么剩下只有凝结水再循环旁路（图1）。

根据现有的资料，要想解决该问题，就要解决空气如何排出或者避免管道有空气。

针对该问题，曾对凝结水管道进行加固，防止振动。该方法能短时解决该问题，但治标不治本，时间一久，振动问题又浮出水面。

三、原因分析并制定措施

在充分了解凝结水管路布置和发生水锤时的要因以后，制定了多条措施来避免该问题。①燃机运行方式为日开夜停，在机组停役后，为节省厂用电，将凝结水泵切至辅助凝泵运行，而机组启动前投轴封，又重新切回凝结水泵运行，那么，可否在切回凝结水泵时，保证凝结水管路有残余压力，避免空管启动。②在凝泵空管启动时，通过技改措施，将空气及时排出，避免振动。

（一）凝泵及时切换避免空管启动

凝结水系统启备泵时，无水锤现象，那么我们怎么保证凝结水管道有水，避免空管启动呢？

开启凝结水泵时，辅助凝泵出口电动阀应全关且辅助凝泵停运，然后才能快速启动凝结水泵。那么问题关键就是辅助凝泵出口电动阀全关且辅助凝泵停运两个条件均满足时，凝结水母管还能保持多少压力。下面是三种不同停辅助凝泵方式的母管压力（表1）。

根据前面我们统计的相关参数，我们制定了相关的试验方案：

方案一：停辅助凝泵→自动关阀→立即启动凝结水泵→再循环设置在70%→启动成功

方案二：关辅助凝泵出口电动阀→联锁停辅助凝泵→立即启动凝结水泵→再循环设置在70%→启动成功

方案三：关辅助凝泵出口电动阀→待凝结水母管压力开始下降停辅助凝结水泵→辅助凝泵出口阀关死后立即启动凝结水泵→再循环设置在70%→启动成功

制定方案后，进行相关试验，得到数据如下：

方案一：该方案共试验10次，试验成功0次，凝泵启动时振动程度和声音未见好转。

方案二：该方案共试验10次，试验成功0次。虽然该方案试验失败，但是凝泵启动时振动程度和声音在一定程度上由减弱。

方案三：该方案共试验10次，成功9次，试验成功率达90%。该方案有效的降低凝结水泵空管启动时的水锤现象，减少管道的振动，提高设备的安全性和可靠性。

（二）凝泵启动时快速排出空气

既然凝结水泵空管启动时，是由于凝结水再循环旁路电动阀前后空气压缩所致，那么是否有什么办法，在凝结水泵启动时，及时将空气排出。下面是我们根据系统制定的方案：

方案四：开启再循环旁路电动阀后透气阀，按正常启动顺序启动凝泵。开启再循环旁路电动阀后透气阀，凝泵启动时水锤现象有一定的减弱，效果还是不错的。该方案虽然解决了再循环旁路电动阀阀后空气急剧压缩造成的水锤问题，但是再循环旁路电动阀阀前空气不能排出，仍造成振动，但振动程度有所减弱。

四、总结

根据以上的试验方案，建议机组日开夜停时，在辅助凝泵切至凝结水泵运行时，采用方案三。而第一次启动时，仍可以采用方案三，即先用辅助凝泵冲压，然后根据方案三投用凝结水系统。或者采用方案五，保持再循环旁路电动阀有一定开度，将空气及时排出。同时，建议实施以上技改。

通过这次试验，成功解决了凝泵启动时由于空管造成的严重水锤问题，根据该方案可以为其他单位类似情况提供参考，提高机组设备的安全和可靠性。

参考文献 （References）

[1] 王国清. 汽轮机设备运行[M]. 北京： 中国电力出版社， 2005.

[2] 中国华电集团公司. 大型燃机——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.

作者简介：

潘小丰（1990-），男，浙江永嘉，助理工程师，电厂运行技术管理