姜成刚
福建大唐国际宁德发电有限责任公司 福建 宁德 355006
摘要：针对运行中凝结水泵出力降低问题， 采用故障树诊断方法进行研究， 建立了标准化的诊断流程及体系， 并结合两台机组凝结水泵出力降低案例进行分析、验证。 采用该故障诊断方法，能够快捷判断凝结水泵出力降低的故障类型及原因， 为运行调整和检修提供可靠依据。
关键词：凝结水泵；故障树；汽蚀；气缚；机械故障
中图分类号: 文献标识码：A
引言
凝结水泵是火电机组的重要动力设备，如运行中出力降低，会直接威胁机组的安全运行。 采用故障树诊断方法，从汽蚀、气缚、机械故障等方面，列出凝结水泵出力降低的各种故障象征，建立故障诊断模型。 结合 2 台 300 MW 机组运行中凝结水泵出力降低案例进行测试验证，找到出力降低的原因，检修后恢复正常。
1 凝结水泵故障简介
某电厂共有 4 台 300 MW 亚临界、 一次中间再热、单轴、双缸双排汽、高中压合缸、凝汽式汽轮机组， 每台机组配置 2 台沈阳水泵厂制造的 9LDTA-4型 100%容量的凝结水泵，１ 台工频、１ 台变频， 正常运行中保持变频凝结水泵运行。 2019 年 5月至 6 月，1 号机组 ２ 号凝结水泵、4 号机组 １ 号凝结水泵运行中先后发生出力突然降低的问题。 适逢迎峰度夏期间，给机组的安全运行带来严重威胁。
2 凝结水泵故障树诊断模型及故障特征分析
2.1 凝结水泵故障树诊断模型
故障树诊断方法是针对特定的故障目标进行演绎推理分析，按照由总体至局部逐级细化的原则。 在分析过程中，首先对最顶层故障目标进行辨识，如果异常，继续查找造成此目标异常的直接影响因素，然后再分别对这一级影响因素进行辨识，依次类推，最终找出最基本的故障因素。
１ 号机组 ２ 号凝结水泵、４ 号机组 １ 号凝结水泵均是在运行中发生出力突降，可以排除系统、设备设计方面存在的缺陷。 运行中造成凝结水泵出力降低的主要故障有：变频器或电机故障、备用凝结水泵倒转、出口阻力增大、凝结水泵气缚、凝结水泵汽蚀、入口流量及扬程降低、泵体机械部分故障等。 每项故障象征不同，其诊断方法也不同。 通过对凝结水泵各种类型的故障进行理论分析，对不同的故障象征、诊断方法进行分类，编制了故障树诊断框图。
2.2 故障特征分析
变频器故障、备用凝结水泵倒转、出口阻力增大３ 种故障象征比较明显，通过比较、试验即可准确判断。 而凝结水泵气缚、凝结水泵汽蚀、入口流量及扬程降低、泵体机械部分故障 ４ 种故障象征比较复杂，具有一定的相似度，需要对故障理论进行分析，并进行区分。
2.2.1 凝结水泵气缚
气缚是泵内吸入空气后产生的不正常现象。 如果泵及吸入管路系统密封性差或吸入管安装位置不当，致使泵内吸入较多空气。 由于空气密度很小，不能抛到叶轮外缘，就会堵住叶轮部分或全部流道，使排液中断。凝结水泵运行时， 热水井至泵首级叶轮入口为负压区。 当凝结水泵备用时，热水井至出口逆止门前均为负压区，易漏入空气部位包括：入口电动门盘根与阀盖法兰、入口滤网法兰、入口滤网排空阀门及底部放水阀门、水泵本体与泵筒法兰、水泵盘根及泵进口法兰、填料函或平衡水室连接法兰、水泵平衡水卸压管接头、出口逆止阀泵侧法兰。运行中当凝结水泵中漏入的空气量较少时，空气可通过凝结水泵抽空气管被吸进凝汽器， 不影响泵的正常运行。
当漏入空气量较大时，空气不能被完全抽进凝汽器，从而进入泵体形成气缚，导致凝结水泵出力降低。
2.2.2 凝结水泵汽蚀及入口流量、扬程降低
凝结水泵汽蚀及入口流量、 扬程降低 ２ 种故障，均是由于入口凝结水异常节流造成的。由于沿程阻力的存在，首级叶轮入口压力是最低的。 入口电动门节流、入口滤网等流道堵塞均会造成凝结水节流损失增加，首级叶轮入口凝结水扬程、流量减少，流速增加。1）当节流现象轻微，不影响凝结水泵的正常通流，出力不变化。2）汽蚀是指液体内局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴（空泡）的形成、发展和溃灭的过程。 当节流造成首级叶轮入口凝结水压力不超过入口水温对应的饱和压力时， 凝结水汽化形成气泡，开始只有少量气泡，叶轮流道堵塞不严重，对泵的正常工作没有明显影响，泵的外部性能也没有明显变化，这种汽蚀称为潜伏汽蚀。 当汽化发展到一定程度时，气泡大量聚集，叶轮流道被气泡严重堵塞，致使汽蚀进一步发展，影响到泵的外部特性，导致泵难以维持正常运行。
有效汽蚀余量与泵入口法兰前吸水管路系统的布置和液体性质有关，与泵本身无关；必需汽蚀量是表示泵本身汽蚀性能的参数， 与泵进口处的流道情况有关，取决于泵本身的设计和构造。 为了避免凝结水泵发生汽蚀， 要求有效汽蚀余量应始终大于必须汽蚀余量。 凝结水节流后压力降低、流速增加，从式（2）可以看出，有效汽蚀余量降低。将凝结水泵汽蚀与气缚混为一谈是不正确的，二者有着本质区别。 汽蚀发生时，凝结水泵电流、出口压力、流量突降且大幅摆动，振动声音异常；气缚发生时，上述参数突降但不摆动，振动声音正常。3）当节流造成首级叶轮入口流量、扬程降低（入口压力未降至汽蚀压力）至一定程度（多由首级叶轮入口堵塞造成），电流、出口压力、流量突降但不摆动。 当停运后如果堵塞现象改善，再次启动时出力能短时增大，但堵塞加剧后出力将再次降低。
3 凝结水泵出力降低过程及分析处理
3.1 １ 号机组 ２ 号凝结水泵出力降低过程及分析处理
3.1.1 ２ 号凝结水泵出力降低过程
2019 年 5 月 11 日 11∶00，1 号机 负荷 190 MW，凝结水流量 500 t／h， 出口压力 1.3 MPa，２ 号变频凝结水泵运行，电流 44 A。定期工作启动 1 号凝结水泵试验正常将其停止后，凝结水流量降至 350 t／h，２ 号凝结水泵电流降至 39 A， 出口压力降至 1.2 MPa，增加 ２ 号凝结水泵变频器指令，压力流量无变化，就地检查凝结水泵振动、声音正常。 启动 1 号工频凝结水泵，凝结水压力、流量恢复正常，停止 ２ 号凝结水泵。
2019 年 5 月 14 日至 6 月 12 日，先后 20 余次启动 ２ 号凝结水泵进行试验检查， 运行正常停止 1 号凝结水泵， 但 ２ 号凝结水泵运行一段时间后其出力均再次突降。
结语
总而言之，凝结水泵的主要作用是将凝汽器冷凝后的凝结水输送至除氧器， 为各减温减压器等用水设备提供冷却水、密封水。凝结水泵的可靠性是汽轮机组稳定运行的重要保障和前提。若凝结水泵不能正常工作，热水井内的凝结水就无法抽送至除氧器，汽水循环将无法建立或被破坏， 机组将不能启动或被迫停运。 国内电厂机组运行中凝结水泵出力降低的案例很多，查阅文献发现，目前针对凝结水泵运行中出力降低，均采取依次排除的方法进行查找，尚没有结合故障特征进行科学的分类并形成体系化的诊断思路，诊断效率较低。 结合某电厂 2 台机组凝结水泵出力降低案例进行研究，建立故障树诊断模型和方法，以便快速、准确地查找故障原因。
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