1×350MW级燃气蒸汽联合循环机组工程建设的问题探讨

11×350MW级燃气蒸汽联合循环机组工程建设的问题探讨周福生，王胜恩（北京京丰燃气发电有限责任公司，北京100074）摘要：介绍了北京京丰燃气发电有限责任公司燃气蒸汽联合循环发电机组工程建设过程中所遇到的问题及解决办法，涉及到施工、制造、设计、调试等方面的问题，总结这些经验有利于提高我们预见问题、分析问题、处理问题的能力，并给后续燃机工程提供借鉴作用。关键词：燃气蒸汽联合循环发电机组；工程建设；问题及解决北京京丰燃气发电有限责任公司1×350MW级燃气蒸汽联合循环发电机组（简称1号机组），是国内首批建设的“F”级大容量燃气蒸汽联合循环发电机组之一，也是华北地区第一台大容量联合循环发电机组，采用日本三菱公司M701F燃气轮机，三压、再热、下排汽凝汽式汽轮机。余热锅炉采用东方日立锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式余热锅炉。燃机、汽机本体部分采用日本三菱公司的DIASYSNETMATION控制系统（TCS+TPS+PCS）；机组中的余热锅炉，电气以及其他辅助系统的控制系统为FOXBORO公司的I/ASERISE系统。1号机组发电工程始终按照“六个一”标准，即“安全第一、设计一流、设备制造一流、安装质量一流、调试一流、运行一流”的标准，建立健全各项规章制度，加强科学管理。通过工程各参建单位的艰苦努力的工作，克服了建设工期短，设备交货晚，国内电力建设市场繁忙等各种不利条件，努力实现安全、优质、工期短、质量好、造价低、效益高、投产后达到国内一流发电机组的既定目标。工程从2004年3月18日开工建设，于2005年11月29日顺利、安全、稳定、圆满一次通过了168小时连续满负荷运行。在整个工程过程未出现轻伤及以上人身伤害事故和设备损坏事故，并实现了余热锅炉水压试验、厂用电受电、低压缸扣盖、锅炉酸洗、燃机点火、余热锅炉蒸汽吹管、机组首次并网、首次带满负荷、甩50%、75%、100%负荷、168H满负荷试运等项目均一次成功。并于2005年11月30日完成机组的整体性能考核试验，试验结果表明1号机组达到了合同要求的各项性能指标要求，多项性能达到优良标准。100%负荷工况下，机组整体性能试验结果经全部修正到基准参考工况后的输出功率为411713kW，热耗率为6276.2kJ/kWh；100%负荷工况机组整体性能试验结果与机组性能保证值相比，机组输出功率较保证值高出4883kW(1.20%)，机组热耗率较保证值低0.8kJ/kWh(0.0127%)，机组性能验收合格。机组在400MW负荷工况下的轴振值最大为#5轴承处，振幅X为42μm，Y为43μm，合同保证值为燃机侧为88μm，汽机及发电机侧为80μm。本工程建设工期为20个月（期间由于天然气供应问题无法进行调试，2005年7、8、9月处于等天然气状态，耽误3个月，扣除外界不可抗拒因素影响，工程实际建设工期为17个月）。任何建设工程总会遇到这样或那样的问题，尤其作为国内第一批“F”级燃机项目，对于所有参建单位来说都是第一次接触，没有任何可以参考的经验，我们在燃机工程在建设中也遇到一些问题，总结这些经验有利于提高我们预见问题、分析问题、处理问题的能力。1施工中出现的问题1．1打桩的问题2燃机工程从打第一根桩开始，燃机部分桩基工作进展顺利，但是在进行余热锅炉部分桩基工程时我们遇到了问题。余热锅炉K6轴以南及烟囱区域为8-12m厚虚填土，未经碾压，打桩时出现塌孔，无法成孔，而且地下水位较高、水量较大，极大影响了桩基工程的进度。为了解决这个问题，我们组织施工单位、监理公司、设计单位并请中科院专家现场讨论商量对策。为了解决成孔难和消除基桩负摩阻，设计单位提出碎石挤密桩处理方案。因无法满足设计提出的0.96压实系数要求，施工单位建议采用C10砼沉管桩并得到设计人员同意。沉管桩施工结束后，基土呈橡皮土，表面隆起。现场采取换土进行硬化处理，在试桩过程中，塌孔问题没有得到改善，且因沉孔桩移位使冲孔桩无法进行。中科院专家到现场了解了冲孔桩的设计桩长、桩径、单桩承载力及填土过程后，指出起初回填土方法错误（五通一平时对场地进行了回填土处理，未充分夯实），设计院采用挤密桩的思路正确。由于土质原因，沉管桩施工后表面隆起，桩间土水份饱和，未能起到挤密作用。中科院专家根据基桩单桩承载力的设计值，认为现阶段再采取挤密桩没有效果；降水固化时间过长，工期不允许；冲孔桩采取加长钢护筒与砼沉管桩相撞的概率高，不可行；可采用人工挖孔与降水固结同步进行的方案解决这个问题。最后确定进行人工挖孔并采用不低C15砼护壁，个别孔可用钢护筒与砼护壁配合，砼护壁内配置适量盘条钢筋。挖至老土层后再用旋挖钻挖至桩底设计标高，其余施工方法不变。同时在冲孔桩位外围打降水井，并设一个观测井。施工单位根据这个方案施工，效果良好，解决了成孔问题，顺利完成了最后的48根桩基工作。至2004年5月21日止完成全部424根混凝土灌注桩的打桩工作。1．2凝汽器基础底板的问题2004年10月13日下午监理工程师在复验凝汽器基础底板二次灌浆质量时,用小铁锤检查垫板时,发现垫板底下二次灌浆不密实有空鼓声,因此进行抽检,揭开一块垫板,检查不密实度,结果发现垫板底下四块小铁板予埋铁板上有3块用纸片垫在小铁板上,连续揭开二块,均用纸垫在小铁板上作调整用。经各方现场检查,确认这是施工质量事故,监理工程师签发了整改通知单,要求施工单位必须全部返工,重新施工,后经施工单位研究处理方案,并征得日方三菱技术人员同意后进行施工,二次灌浆前业主会同监理土建监理工程师和汽机监理工程师在现场共同对垫板检查合格后才进行二次灌浆,并进行旁站,经养护后复验合格,才准许凝汽器壳体就位。因此要做好隐蔽工程的验收和把关。1．3凝汽器不锈钢管的安装工艺问题由于本工程循环水补水采用城市中水，所以凝汽器冷却水管采用316L不锈钢管，由日本三菱公司供货并提出安装工艺要求。三菱公司并没有使用316L不锈钢管的实际业绩，只是根据铜管或钛管的相关规范提出了胀管率6-8%的要求，并坚持要求达到。电建公司为达到这个要求在试验管板上反复作试验发现316L非常硬，无法达到胀管率要求，而且损坏很多涨管机和涨头。胀管的难题使得本不是关键路径的凝汽器安装成了制约工期进度的瓶颈。通过试验分析我们认为凝汽器不锈钢管的安装关键在于胀管后的焊接，而不必拘泥于胀管率，我们及时把我们的观点和日本三菱公司进行沟通，三菱公司也专门从日本派来凝汽器安装的专家到现场按照我们的建议进行试验检测后，同意了我们的观点降低胀管率。胀管率问题解决后，凝汽器安装工作很快顺利进行，保证了循环水系统的按期试运。1．4燃料管道的焊接工艺差导致燃机燃烧器喷嘴堵塞问题在燃机机组点火吹管期间，发现燃机BPT温差大，三菱公司判断燃料喷嘴堵塞，停机拆下燃料管道及喷嘴进行清理，发现堵有异物。通过分析认为可能是管道施工中工艺造成的遗留物，立即和安装公司了解施工工艺。安装公司介绍在终端过滤器后主燃料管道（不锈钢材质）氩弧焊接时在焊口两端使用胶带纸堵塞，便于充氩，是在常规火电机组主汽管道通常采用的工艺。但是常规火电机组在吹管阶段会将胶带纸吹掉，没有任何后果。但燃机燃料管道3和火电机组的主汽管道不同。贴附在燃料管道内壁的胶带纸尽管在清管阶段经爆破吹扫，仍有部分遗留在管道内壁，在通天然气后逐渐脱落，喷嘴很小，任何异物都可能造成喷嘴堵塞，使机组无法运行。为彻底清理燃气管道，我们全部拆下燃机喷嘴和分配管道进行清理，对终端过滤器后燃料管道全部进行内窥镜检查，并通过压缩空气吹扫等措施对燃气管道（终端过滤器后）系统、燃气控制阀（7个）和燃烧器喷嘴及其燃料支管进行了彻底清洁。系统清理干净后，燃机BPT温度分布均匀，未再发现异常，但也影响了一周的工期。这件事情使我们明白要充分了解燃机系统的特殊性，避免由于理解系统不深刻造成不必要的麻烦。2设备制造厂家的问题2．1余热锅炉烟囱排烟挡板振动问题余热锅炉烟囱在负荷大于320MW时排烟挡板下部烟道振动大，锅炉厂家认为振动的原因是两层消音器之间的250mm间隙存在共振情况。通过对导流板加固；在两层消音器之间加设隔板，改变此处烟气振动频率，以消除共振。目前，余热锅炉烟囱排烟挡板振动有了明显改善。当初谈合同时，我们根本没想到余热锅炉钢烟囱会发生振动，在合同中对烟囱振动值没有约定。所以后续燃机项目，在余热锅炉合同中要约定烟囱的振动值。2．2凝结水泵A电机下轴承超温问题试运期间，曾发生A凝泵电机下轴承超温烧毁事故。由于发现及时，采取措施得当，未对电机转子严重伤害。事故发生的原因有两点：一是该电机为厂家装配好后运至现场，安装前未进行解体检查。事后检查发现电机下轴承定位环螺纹方向与电机转动方向一致（设计失误），且锁紧垫片未按要求安装（厂家装配问题），致使凝泵长期运行后下轴承定位环松脱，与电机下端盖发生摩擦引起超温。二是原设计中电机上、下轴承未设计温度测点，分部试运期间在调试方的要求下在上、下轴承（包括推力轴承）处分别加装了1个温度测点，但仅作为报警监视点。由于系统当时报警功能未完善，故轴承温度超温后未能引起运行人员注意。事后我们克服困难，及时联系相关单位，在吹管临时系统恢复期间对电机轴进行焊接加工，轴承进行了更换，并对系统内监视画面、报警功能进行了完善。包括我们的两台循环水泵，也发现水泵轴的连接锁母螺纹方向厂家设计错误，导致在长时间运转中连接失效，后通知厂家免费更换。所以，转动部件上连接件的螺纹方向要符合越旋越紧的原则。3调试期间发现的一些问题及其解决方案3．1启动过程中低压冷却蒸汽投入时引起低压转子振动问题机组启动过程中，在低压冷却蒸汽投入时，低压转子振动增大到报警值。分析确认这是由于低压冷却蒸汽过热度太低，引起低压转子热弯曲产生的振动。通过观察，确认是低压冷却蒸汽的管道最低点缺少疏水，在低压冷却蒸汽系统暖管期间，由于汽量较小，加上减温器可能存在泄漏，冷却蒸汽减温器前的管道存在积水。为此，调试方要求在冷却蒸汽减温器前管道最低点增加一处疏水管道，从而彻底解决该问题。3．2高压给水泵备用逻辑的完善原设计不具备高压给水泵变频与工频之间的备用联锁功能，通过调试方对控制逻辑的修改完善了高压给水泵变频（正常工况）和工频（变频器故障时）两种工况的备用逻辑，使给水泵在不同运行方式下都可以实现可靠备用。3．3循环水系统管道撞管问题2005年10月30日上午09：55运行启动A循环水泵过程中，由于当值人员未依据规程检查系统，在循环水上塔门（5个）全部关闭的情况下，冒然启泵，引起循环水系统管路瞬间超压并产生水击，导致凝汽器进、回水管道多处法兰漏水、变形，膨胀节严重变形，膨胀节拉筋螺栓断裂或严重变形，部分拉筋螺栓固定端开焊，部分循环水上塔门法兰漏水的严重4后果。事后，安装公司对受损系统进行了紧急抢修，对受损膨胀节加压复原，消除了各处法兰渗漏，更换了膨胀节受损拉筋螺栓。调试方完善了循环水泵启动允许逻辑，增加“循环水上塔电动门开启（五取二）”作为循环水泵启动允许条件之一。我们联系厂家订购了备件，选择适宜时机对受损膨胀节进行了更换。3．4机侧主汽管道疏水阀自动控制方式下机组启动初期影响凝汽器真空由于机侧主汽管道疏水进凝汽器，因此机侧主汽管道疏水阀开起时机应考虑对凝汽器真空的影响。试运初期，调试方发现由于机前疏水阀开启前未考虑汽包内压力，往往在余热锅炉汽包内未起压力且对空排气阀开启状态下，因机侧主汽管道疏水开启而对凝汽器真空产生较大影响。通过多次启动过程的摸索，调试方对疏水阀的逻辑进行了优化，即当机组启动后汽包及管道内达到一定压力时，才允许主汽管道疏水阀开启，由于只有管道内少许空气会抽入凝汽器，因而不会影响大机真空。通过后来多次启动过程来看，上述修改是可靠的。3．5电超速保护试验自动控制三菱机组设计有电超速保护，原设计中进行超速试验前，先选择试验类型（main或back-up），确认试验开始后，通过GOVERNORSET提升转速设定，转速设定输出后机组升速率为300rpm/min（TCS内设定），但升速期间升速指令的提升速度却由运行人员控制，调试方认为这样存在很大安全隐患。在超过运行转速条