光热电站熔盐爆破片破裂引发机组跳闸分析

光热电站熔盐爆破片破裂引发机组跳闸分析

郑建林

中国绿发投资集团有限公司青海分公司 西宁 810000

摘要：随着我国新能源产业的发展，光热电站作为清洁能源的代表，相比于风电和光伏有其显著的优势，但毕竟是新的能源形态，免不了会出现各种各样的新问题。本文就光热电站熔盐爆破片连续两次发生破裂的异常，分析产生问题的根本原因，方便后续同类项目进行借鉴。

0．前言

塔式光热发电机组是利用布置于地面的定日镜将太阳光反射并聚积到位于塔顶的吸热器上，吸热器将聚积的太阳辐射能转变为热能，加热内部的传热熔盐，达到一定温度后，通过管道输送到地面，存储于高温熔盐储罐，发电时高温熔盐通过热盐泵输送至蒸汽发生器与汽轮机给水进行热交换，产生高压过热蒸汽推动汽轮发电机组发电。

为了防止熔盐侧超压，在如下位置设置有爆破片装置：预热器壳侧本体 1 只；蒸发器壳侧本体 1 只；过热器进口熔盐管道 1 只；再热器进口熔盐管道 1 只；蒸发器进口熔盐管道 1 只；预热器进口熔盐管道 1 只。本文提到的异常就发生在再热器进口熔盐管道爆破片上。

1．异常事件的具体经过

异常事件1经过：2021年11月04日20时32分47秒，某光热电站汽轮机组发生机组跳闸，首出为再热蒸汽温度保护动作。机组负荷35.5MW，20:29:41 SGS系统入口盐流量1005t/h，热泵A出口盐压力1.269MPa，系统入口热盐温度535℃；再热器入口盐流量390t/h；主汽压力12.9MPa，主汽温度531℃；再热器出口蒸汽压力2.24MPa，再热器出口汽温 526℃；机组背压 6.6KPa。热盐泵A运行，频率41.8Hz，出口压力1.269MPa；强制循环泵B运行，给水泵B变频运行，凝结水泵A变频运行。20:29:42 机组升负荷至42.614MW，SGS系统入口盐流量1005.5t/h,再热器入口盐流量390t/h。20:29:42 SGS系统入口盐流量由1005.5t/h突增至1093.735t/h；再热器入口盐流量由390.9t/h突降至12.69t/h，于20:29:50回升到156t/h；蒸发器入口盐压力0.533MPa突降至0.279MPa后再无变化。20:30:15 主值汇报值长主汽压力，再热器出口汽温下降，SGS系统入口流量突增，联系汽轮机降负荷，安排巡检人员就地检查。20:32:45汽轮机跳闸，SGS跳闸，热盐泵A跳闸，发电机逆功率保护动作，机组跳闸，首出为再热蒸汽温度保护跳闸。20:35:40 启动热盐泵A，出口调门开至21%，SGS系统进盐流量261t/h，汽包压力6.17MPa，仍有下降趋势。20:40:00 就地巡检人员感觉事故排盐槽附近环境温度高，怀疑SGS 爆破片破裂。20:49:03 立即停止热盐泵A运行，打开SGS疏盐阀、排气阀，对 SGS 系统进行疏盐。20:49:50 退出汽机高、低旁系统运行，关闭SGS 主蒸汽截止阀。20:55 值长汇报站长“机组跳闸，检查发现事故排盐槽熔盐溢出”，站长依次汇报公司安监部、生技部和公司领导。

异常事件2经过：2022年07月06日，机组负荷43.4MW，主蒸汽压力13.45MPa，温度527.3℃；再热蒸汽压力2.5MPa，温度522.9℃；汽轮机背压10.7KPa。热盐泵A变频运行，频率41.28Hz，热盐泵A出口压力1.26MPa，SGS系统进盐流量998t/h，进盐温度530℃，SGS蒸发器入口压力0.59MPa，强制循环泵B运行；冷盐泵B、C变频运行，吸热器在功率模式下运行，吸收功率165MW，DNI856W/㎡，平均风速7.5m/s，吸热器进盐流量1539t/h；给水泵B变频运行，凝结水泵B变频运行，辅机冷却水泵B运行。10:51:52 汽机值班员监盘发现主蒸汽压力变化率-0.044MPa/min且主蒸汽压力下降趋势明显，并汇报值长。此时机组负荷43.4MW，10:52:00 值长下令减负荷，并派巡检人员到就地进行检查。10:53:40就地巡检人员告知热盐泵A运行正常，紧急排盐槽附近温度较高。10:54:00机组负荷降至31.7MW，汽轮机跳闸，首出为再热蒸汽温度保护跳闸；SGS跳闸后联跳热盐泵A。10:54:00汽轮机转速下降，高、低旁联开正常，高低压缸自动主汽门、调门、各抽汽逆止门联关正常。SGS手动紧急疏盐。10:55:10根据再热器入口电伴热温度上升趋势、再热器壳侧温度下降趋势及现场排盐槽温度升高，进一步判断为再热器进口熔盐管道爆破片破裂。安排运行巡检在紧急排盐槽附近装设警戒围栏。10:55:30值长向站长汇报“机组跳闸，检查发现事故排盐槽温度突升，有熔盐进入”，站长依次汇报公司安监部、生技部和公司。

2．异常事件的原因分析

异常事件1原因分析：因再热器入口盐流量测点安装在再热器盐侧调阀爆破片之后并靠近再热器本体，初步分析为进入再热器的热盐被分流，造成再热器入口盐流量突降，导致再热汽温度下降过快，触发TCS侧再热蒸汽温度到达下限，机组跳闸。结合电伴热操作系统发现，20:29:30 再热器入口紧急排盐SED01电伴热温度HT92开始上升，再热器本体温度电伴热开始下降，可判断，再热器附近有热盐流入紧急排盐管道，并且进入再热器本体熔盐减少，可以判断再热器入口爆破片肯定发生泄露。机组停运后，SGS进行疏盐，拆除再热器盐侧调阀后爆破片后发现该爆破片有明显变形并发生破裂。此爆破片额定压力为2.0MPa，事故发生前热盐泵A出口压力1.269MPa、蒸发器入口盐侧压力 0.533MPa，均未达到再热器入口熔盐调节阀后爆破片的铭牌整定值2.0MPa，确定为该爆破片是因为质量原因引起的设备误动。

异常事件2原因分析：异常发生前，机组负荷43.4MW；SGS系统进盐流量998t/h，热盐泵出口压力1.26MPa，进盐温度530℃，各系统稳定运行。10:51:52热交换系统压力变化率下降趋势明显，通过电伴热画面判断，再热器入口紧急排盐SED01电伴热HT92温度明显上升趋势且直逼SGS熔盐温度，据此判断再热器入口紧急排盐管道有熔盐进入，再热器入口爆破片损坏。本次破裂的再热器盐侧入口爆破片使用的是2021年11月5日更换的新爆破片，型号为LC150-2.0-565，即直径150mm、压力2.0MPa  温度565℃，使用至今共计八个月，未达到两年后进行更换的使用年限；发生爆破片破裂时热盐泵出口压力1.26MPa＜2.0MPa，未达到爆破片设计的爆破压力、未达到使用年限再热器进口熔盐管道爆破片发生破裂。对比2021年11月4日异常，发现两次事件简直一模一样，这次如果再怀疑是爆破片的质量问题，显然是说不通的。于是我们进行了问题的深入研究，对设计图纸进行了深入比对，经检查发现：现场再热器进口熔盐管道爆破片实际安装位置与杭州锅炉集团设计图纸（图纸号RT072/SP40-33-SY）中爆破片安装位置不符，爆破片直接安装至再热器入口门后的第一个弯头前，门一旦打开，熔盐有很强的冲击力，导致爆破片被冲击而损坏。图纸设计爆破片是安装在避开冲击弯头的水平管段上，而不是直接安装在弯头前。结合两次异常，判断再热器爆破片安装位置与设计图纸不符是造成本次再热器进口熔盐管道爆破片破裂的主要原因，而不是第一次认定的爆破片质量问题。

3．异常事件的防范措施

结合两次异常事件，由储换热专业牵头，运维单位配合，联系厂家就爆破片实际安装位置与设计安装位置不符问题出具书面原因分析及整改措施，杜绝再次发生同类事故。

进一步防范措施：

1.加强对爆破片质量的监督检查，做好爆破片日常检查、定期检查和定期更换工作。

1）日常检查：经常检查爆破片装置是否有介质渗漏现象；检查事故排盐槽结构是否完整。

2）定期检查：检查周期为半年，检查内容包括：检查爆破片装置安装方向是否正确，核实铭牌上的爆破压力和爆破温度是否符合运行要求；检查排放接管是否畅通，是否有严重腐蚀，支撑是否牢固：检查事故排盐槽是否存在腐蚀、开裂、变形等情况。

3）定期更换：按照《特种设备安全技术规范TSG ZF003—2011 爆破片装置安全技术监察规程》B6.3.1条规定：将爆破片更换周期由2至3年缩短为1年。

2.在“预热器出口至冷盐罐”母管上加装流量计，用于与“系统入口总流量”进行对比。

3.在“至排盐槽母管”水平段安装流量计并带逻辑保护，当发生爆破片误动时，触发“SGS 疏盐”

4.在“紧急排盐槽”入口处安装三支温度测点逻辑中三取二判断后用以监视管道内熔盐情况。

5.改造紧急排盐槽，在紧急排盐槽内设置最低点，最低点上方安装耐高温立式熔盐疏盐泵，方便内部熔盐排出。

6.加强盘面参数监视，加强现场巡检，做好事故预想。

参考文献：

[1] 塔式光热电站《仪控培训教材》

[2] 塔式光热电站调试报告

[3] 塔式光热电站设备检修规程

[4] 塔式光热电站运行规程

作者简介：

郑建林，（1980.06-），工程硕士，高级工程师，现就职于中国绿发青海分公司太阳能塔式光热电站，研究方向：太阳能塔式光热发电项目运维技术。