盧承斌,楊賢彪

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司,江蘇南京211102)

某廠2號(hào)超超臨界660 MW機(jī)組配置2臺(tái)循環(huán)水泵，采用長(zhǎng)沙水泵廠生產(chǎn)的92LKXA-21型立式斜流泵，配長(zhǎng)沙電機(jī)廠生產(chǎn)的電機(jī)。全廠循環(huán)水系統(tǒng)采用母管制，1號(hào)、2號(hào)機(jī)和2號(hào)、3號(hào)機(jī)母管間均有聯(lián)絡(luò)閥門，運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要開啟。2010年8月16日，2A循環(huán)水泵運(yùn)行中發(fā)生異常，出口壓力和電流突然下降，并最終導(dǎo)致了循環(huán)水泵外套筒斷裂，轉(zhuǎn)子軸承損壞，造成重大損失。

1 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

8月16日上半夜，2號(hào)機(jī)負(fù)荷422 MW，真空-91.93～-92.3 kPa。2A循環(huán)水泵運(yùn)行，電流304 A，出口壓力0.08 MPa，2B循環(huán)水泵投備用。凝汽器循環(huán)水出水門全開，循環(huán)水入口壓力0.08 MPa，出口壓力0.03 MPa。

1號(hào)機(jī)負(fù)荷414 MW，2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，1A循環(huán)水泵電流328 A，出口壓力0.12 MPa；1B循環(huán)水泵電流336 A，出口壓力0.10 MPa。凝汽器循環(huán)水出水門全開，循環(huán)水入口壓力0.09 MPa，出口壓力0.03 MPa。機(jī)組真空 -93.4～-94.4 kPa。1號(hào)、2號(hào)機(jī)循環(huán)水聯(lián)絡(luò)一道門、二道門全開。

8月16日3:33，運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)2A循環(huán)水泵出口液控閥由全開位變?yōu)橹虚g位，電流由304 A降至273 A，出口壓力由0.08 MPa突降至0.05 MPa。泵體振動(dòng)瞬間突然增大后又降低并穩(wěn)定。同時(shí)，1A循環(huán)水泵電流由328 A降至298 A，1B循環(huán)水泵電流由335 A降到308 A。運(yùn)行人員逐漸關(guān)小2號(hào)機(jī)凝汽器循環(huán)水出水門至50%左右維持壓力，關(guān)小1號(hào)機(jī)凝汽器循環(huán)水出水門至60%左右維持壓力。機(jī)組真空下降，排汽缸溫度升高。

2A循環(huán)水泵異常發(fā)生后，運(yùn)行人員就地檢查發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水泵略有異音、振動(dòng)比平時(shí)稍大，2A循環(huán)水泵出口蝶閥就地約65～70°開度。因懷疑旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)入口堵塞雜物，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)雜物，通知汽機(jī)、熱控、運(yùn)行電氣人員到場(chǎng)檢查。

5:04，啟動(dòng)2B循環(huán)水泵，電流301 A，出口壓力0.10 MPa。2A循環(huán)水泵電流上升至300～317 A波動(dòng)，出口壓力上升至0.08 MPa。5:18，分運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)2A循環(huán)水泵出口閥全關(guān)，電流289 A擺動(dòng)，出口壓力為0.04 MPa。檢查發(fā)現(xiàn)，液控閥油缸與閥門轉(zhuǎn)軸連接桿脫開，造成液控閥全關(guān)。5:35，手停2A循環(huán)水泵。

8月17日至26日，碟閥油缸返廠檢修、裝復(fù)。8月29日2A循環(huán)水泵試轉(zhuǎn)，電流330～350 A，出口壓力最大0.02 MPa，振動(dòng)最大150 μm，5 min后停泵。停泵后惰走時(shí)間短，泵有明顯異音。泵試運(yùn)期間網(wǎng)前水位由10.4 m上升至14.6 m。

9月1日循環(huán)水泵電機(jī)拆除，電機(jī)和泵對(duì)輪脫開后轉(zhuǎn)子下沉約150 mm，初步判斷泵體出現(xiàn)損壞。9月2日導(dǎo)流體吊出，泵軸下沉約1.5 m，同時(shí)發(fā)現(xiàn)出口三通出現(xiàn)嚴(yán)重破裂，外筒體上部斷裂，如圖1所示。

圖1 2A循環(huán)水泵外筒體斷裂損壞

2 原因分析

2.1 故障發(fā)生前設(shè)備狀況

資料顯示，2A循環(huán)水泵安裝、調(diào)試過(guò)程中未發(fā)生異常。8 h試運(yùn)過(guò)程中以及至事故發(fā)生時(shí)的2個(gè)月期間，循環(huán)水泵均運(yùn)行正常。8月10日停泵時(shí)，CRT顯示出口碟閥未能關(guān)閉，隨后經(jīng)處理后正常。在發(fā)生故障前，從運(yùn)行監(jiān)視參數(shù)上未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 電流和出口壓力突然下降分析

8月16日2A循泵運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)電流和出口壓力突然下降。經(jīng)當(dāng)時(shí)檢查以及事故后泵體吊出檢查確認(rèn)，不存在入口濾網(wǎng)堵塞、入口水位下降、吸入口雜物堵塞等情況。同時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)中也未發(fā)現(xiàn)任何漏水點(diǎn)，而2A循環(huán)水泵入口前池的水位，在異常發(fā)生后上升了4 m。綜合以上現(xiàn)象，根據(jù)外筒體損壞情況以及參考泵的性能特性（循環(huán)水泵流量Q-揚(yáng)程H曲線如圖2所示）分析，2A循泵電流和出口壓力下降的原因是泵外筒體破裂，循環(huán)水出水大量泄漏，導(dǎo)致流量增加，循泵運(yùn)行工況點(diǎn)向右移動(dòng)。出水彎管處漏出的水落入吸入口前池，造成水位上漲。同時(shí)，在瞬間因出水彎管處破裂漏流，形成對(duì)泵體的反作用力，導(dǎo)致了泵體振動(dòng)瞬間大幅爬升。

圖2 循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線

查看數(shù)據(jù)曲線發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)水泵電流突降前數(shù)秒，出口碟閥全開信號(hào)消失，現(xiàn)場(chǎng)檢查實(shí)際位置關(guān)至65%。出口碟閥的突然關(guān)閉，對(duì)循環(huán)水泵有一定沖擊，但這種沖擊在泵正常的情況下是完全能承受的，因?yàn)檠h(huán)水泵停止的正常邏輯，就是先快關(guān)蝶閥至20%再停泵。

循環(huán)水泵外筒體為鑄造件，現(xiàn)場(chǎng)查看破裂面及碎片發(fā)現(xiàn)，外筒體壁厚很不均勻。設(shè)計(jì)壁厚為30 mm，但部分?jǐn)嗫谔幾钚H22 mm，而有些斷口處則達(dá)近40 mm?，F(xiàn)場(chǎng)筒體上仍有部分殘留裂紋，有些裂紋邊緣有明顯的銹痕（如圖3所示），是長(zhǎng)時(shí)間泄漏水流造成。因此可以判斷，在循環(huán)水泵故障前，就有多處裂紋并漏水，只是漏量相對(duì)于整個(gè)循環(huán)水泵的流量非常小，在電流和出口壓力等參數(shù)上未能反映。在筒體自身重量和水流沖刷的作用下，當(dāng)裂紋發(fā)展到一定程度，外筒體整片破裂。外筒體產(chǎn)生裂紋并破裂的原因，與制造缺陷有很大關(guān)系，也可能是運(yùn)輸、安裝過(guò)程中受到了損傷。

圖3 外筒體殘留裂紋

2.3 故障發(fā)生后損壞擴(kuò)大的分析

2A循環(huán)水泵電流和壓力下降前，出口碟閥已發(fā)生故障，自主關(guān)閉至65°位置。其后，繼續(xù)運(yùn)行1.5 h后啟動(dòng)2B循泵，又12 min后碟閥全關(guān)。運(yùn)行人員就地確認(rèn)后停泵，期間運(yùn)行約10多分鐘。在出口碟閥離開全開位置及循環(huán)水泵電流下降后，數(shù)秒內(nèi)碟閥一度關(guān)至25°開度，約40 s后信號(hào)消失。期間造成電流短暫的波動(dòng)上升，然后又迅速下降。在這以后，前池濾網(wǎng)后水位上升速度明顯加快。可以看出，經(jīng)過(guò)這一波動(dòng)，外套筒的泄漏有所加大。在此后至2B循環(huán)水泵啟動(dòng)這段時(shí)間內(nèi)，循泵電流和出口壓力基本維持不變，前池水位小幅上升。表明循泵的運(yùn)行工況穩(wěn)定，外筒體泄漏沒(méi)有擴(kuò)大。

2B循環(huán)水泵啟動(dòng)后，2A循環(huán)水泵電流和出口壓力均上升。出口壓力回升至故障前單泵運(yùn)行的0.08 MPa。這是因?yàn)橄到y(tǒng)壓力增加，阻力增大，循環(huán)水泵的工作點(diǎn)又向左移動(dòng)。此后，至2A出口碟閥突然關(guān)閉的12 min內(nèi)，泵出口壓力逐步降低，由0.08 MPa降至0.07 MPa，電流在高位波動(dòng)。前池濾網(wǎng)前水位，因2B循環(huán)水泵的啟動(dòng)迅速降低。這期間循環(huán)水泵運(yùn)行不夠穩(wěn)定，但不能認(rèn)定筒體漏水有擴(kuò)大，至少破裂面積沒(méi)有突然增加。

出口碟閥突然關(guān)閉后，2A循環(huán)水泵的電流由319 A下降至289 A，出口壓力由0.07 MPa降至0.04 MPa。前池濾網(wǎng)前水位由原先上升的趨勢(shì)又快速下降并穩(wěn)定。考察碟閥關(guān)閉前后泵的運(yùn)行工況，電流和出口壓力同時(shí)大幅下降，根據(jù)泵的運(yùn)行特性，流量必然大幅增加[1]。而此時(shí)出口碟閥已完全關(guān)閉，因此，外筒體泄漏面積一定是顯著增大了。在碟閥全關(guān)至停泵的時(shí)間內(nèi)，泵體振動(dòng)大幅波動(dòng)，X向最高至175.3 μm，Y 向最高至 80.3 μm， 這表明該段時(shí)間內(nèi)循環(huán)水泵運(yùn)行極不穩(wěn)定。在停泵前，電流較穩(wěn)定，出口壓力已降為0.03 MPa，表明筒體泄漏已非常大，但泵仍能工作。

2A泵停止后，至8月29日重新啟動(dòng)，期間并未對(duì)泵作運(yùn)行操作和檢修工作，只是檢修了出口碟閥。啟泵后，電流在340 A上下波動(dòng)，出口壓力曲線顯示為2個(gè)尖峰，最高僅為0.02 MPa，最低為0，振動(dòng)在100 μm以上。該次啟動(dòng)未走聯(lián)鎖，而是先開泵后開碟閥，停泵前泵出口壓力已為零。從泵參數(shù)看，此時(shí)外筒體已損壞斷裂。發(fā)生的時(shí)間可能是上次停泵、該次啟泵及運(yùn)行過(guò)程中。

3 分析建議

（1）綜合循環(huán)水泵故障的全過(guò)程，運(yùn)行參數(shù)異常后，尤其是振動(dòng)瞬間大幅增加時(shí)，應(yīng)及時(shí)停泵做檢查（當(dāng)時(shí)2B泵備用，有條件）。因出口碟閥發(fā)生故障，運(yùn)行人員為防止循環(huán)水泵倒轉(zhuǎn)而未停泵，同時(shí)檢修碟閥。期間筒體泄漏未明顯擴(kuò)大。至碟閥突然全關(guān)，此過(guò)程中泄漏顯著擴(kuò)大。停泵前，外筒體并未斷裂，仍能運(yùn)行。其后的停泵和再次啟泵過(guò)程中，泵外筒體徹底斷裂。

（2）2A循環(huán)水泵在安裝調(diào)試階段狀況正常，故障前運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，也無(wú)不當(dāng)?shù)牟僮鳌ｋm然出口碟閥先關(guān)閉了一定角度，但在泵本身無(wú)缺陷的情況下，不會(huì)造成故障。

（3）運(yùn)行中2A循環(huán)水泵電流和出口壓力突然下降，是循泵外筒體突然破裂，循環(huán)水大量泄漏導(dǎo)致流量增加所造成。筒體破裂的主要原因?yàn)楣收锨氨皿w存在嚴(yán)重缺陷。

（4）從泵損壞的過(guò)程看，碟閥的故障影響了運(yùn)行的正確操作，其突然關(guān)閉，更使得筒體泄漏擴(kuò)大。

（5）2A循環(huán)水泵外筒體的斷裂，以致造成軸承損壞，最可能發(fā)生在碟閥檢修后的啟動(dòng)、運(yùn)行和停泵等狀態(tài)變化過(guò)程中。

（6）對(duì)循環(huán)水泵筒體產(chǎn)生初始裂紋的原因，建議結(jié)合材料監(jiān)測(cè)的結(jié)果，從制造缺陷、材料特性、運(yùn)輸安裝等方面繼續(xù)作進(jìn)一步的分析。

4 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)水泵在運(yùn)行中發(fā)生參數(shù)突然變化時(shí)，運(yùn)行人員一定要引起高度重視。尤其是伴隨著振動(dòng)的突然增大，表明泵體很可能發(fā)生了異常。在排除系統(tǒng)因素影響后，應(yīng)及時(shí)停泵檢查。原因未找到不能再次啟動(dòng)，否則將會(huì)造成更大的設(shè)備損壞。

[1]郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.