带冷却段水封在机组疏水回收中的应用与研究

徐谦益

摘 要：通过对大唐韩城第二发电有限责任公司二期2×600 MW机组轴加疏水系统进行分析，找出了疏水系统存在的主要问题是疏水在靠近排汽装置段因压力降低疏水汽化致使水封不能正常工作，创新性地改进了疏水流程，增加了疏水冷却段，彻底解决了轴加疏水及轴封回汽管道疏水回收等一系列疑难问题，充分发挥了水封简单、可靠的优势。

关键词：带冷却段；水封；轴加疏水系统；轴封加热器

中图分类号：TK227.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.106

水封是热力发电厂中常用的一种疏水回收装置，它是利用水柱高差平衡水封两端的压差，具有无机械转动、无磨损、无卡涩、无电气元件、不耗电、结构简单、免维护和不需要操作等优点，广泛替代了一些疏水器和疏水泵。但是，在使用过程中，由于系统工况的不断变化和水封（尤其是多级水封）设计不合理，水封不能正常、稳定地运作。

1 轴封加热器系统简介

大唐韩城第二发电有限责任公司二期汽轮机为东方汽轮机厂生产的NZK600-16.7/538/538型亚临界直接空冷凝汽冲动式汽轮机，设计背压为16 kPa（20 ℃），背压变化范围为5.6～33 kPa。

轴封加热器为东方汽轮机厂生产的JQ-150型轴封加热器。轴封疏水通过多级水封回收至排汽装置。轴封加热器布置在6.9 m高的平台上。

轴封加热器系统正常运行时，轴加疏水通过4级水封进入排汽装置，轴封回汽管疏水通过单级U形水封排至地沟。轴封回汽管疏水通过单级水封外排至排水漏斗。改造前的轴封加热器系统如图1所示。

图1 改造前的轴封加热器系统

2 轴封疏水系统存在的问题

2.1 轴加疏水水封存在的问题

自2008年投产以来，3号机组轴加疏水不稳定，疏水经常不畅，轴封加热器水位高，导致轴加危急疏水动作，严重影响了机组的安全运行。

2.2 轴封回汽管疏水存在的问题

轴封回汽管疏水设计为通过水封外排，造成工质和热量的浪费。

3 水封存在的问题

通过排查水封本体及管道，排除了3号机组轴加疏水不畅的原因为管道阻塞。查阅相关资料发现，国内轴封疏水存在的问题较多，不是疏水不畅就是疏水导通，水封失效造成的机组真空降低跳闸事故比比皆是，解决方法众多，但都没有彻底解决问题。通过认真分析轴加疏水流程发现，水封入口端工况相对于出口端属于高压高温，比如，韩城地区的大气压为95～98.5 kPa，

轴封加热器内真空为3.5 kPa，则轴封内部绝对压力为91.5～95 kPa，对应的疏水温度为97.1～98.2 ℃；而水封出水端为汽轮机排汽装置，压力为8～33 kPa，对应的水饱和温度为41.5～71.3 ℃，疏水从水封入口经水封流到水封出口，疏水压力会逐渐降低，对应的饱和温度也逐渐降低，入口高温饱和疏水流经水封某一处时必然会产生汽化现象。疏水汽化造成水封的实际运行状况远远偏离设计要求，汽化严重时会产生气阻，造成疏水阻塞，更多的是疏水汽化导致水封上升段疏水密度减小，水封水柱产生的压差不能满足平衡水封两端压差的需要，水封部分或整体失效，疏水就会导通，水封无法正常工作。由此可见，疏水汽化及汽化的不确定性是水封不能正常、稳定运作的根本原因。疏水的汽化程度与水封两端的压力、疏水的温度、疏水量、水封本身的特性等有关，这些是运行人员无法调节和控制的，因此对机组的安全运行造成了很大的威胁。

4 解决方案和系统改进

由上述分析可知，降低疏水温度是保证水封正常运作的根本方法，而排汽装置热井的主机凝结水就是理想的冷源。在疏水进入水封前，先利用主机凝结水充分冷却，降低疏水温度，避免疏水汽化，以保证水封的有效性，同时回收疏水热量。

为了避免多级水封对改造的影响，将原多级水封改为单级水封，同时，为了降低轴加疏水温度，给疏水加装单级水封（控制轴加水位，也可以将其设计为无水位运行，充分利用轴加的换热面积，这些可根据轴加面积和机组漏汽量确定），使疏水淹没部分换热管，从而使轴封加热热疏水先在其内部冷却，降低新增冷却器的面积（管道长度）。为避免封闭管道对水封高度产生不利影响，在不同区段加装排气管，保证各个水封按设计要求稳定工作。

利用改造后的水封一同将低压轴封回汽管疏水回收。为了确保机组的安全运行，防止改造后出现意外情况，在水封出口加装了调整门作为应急手段。改造后的轴封加热器系统如图2所示。

图2 改造后的轴封加热器系统

5 改造后的效果

改造后，系统运行稳定。水封第一次注水后，无需运行人员进行任何操作均可满足机组的任何工况（含机组启动），机组的安全性大增，经济性也得到了提高。同时，二期轴封回汽管疏水也得到了回收。

6 结论

通过对轴封加热器进行改造，笔者得出了以下几点结论：①改造后，水封在机组疏水回收系统中能够稳定、可靠地运作，与其他疏水回收方式相比，安全性、经济性较高，运行及维护成本较低；无需疏水泵、疏水调节阀或疏水器。目前，提升疏水器的工作可靠性仍旧是面临的难题之一。②改造后的水封不仅可以被应用于轴加疏水、轴封回汽管疏水中，还可以应用于一些机组的给水泵冷动水回收系统中。③对于轴封加热器疏水的回收，建议根据实际情况确定加热器水位的高低，以取得最佳经济效益。笔者认为无水位运行（疏水不浸没冷却管）效果更好，因此需尽量回收轴封回汽管中的水蒸气。④如果条件允许，最好使用低位水封（将水封置于地下），将疏水出口接在热井水位以下。⑤笔者个人偏爱单级水封，简单、直观，且不受不溶气体的影响。使用多级水封时应加大水封裕度。⑥在选择水封管的通径和冷却段的冷却面积时，要根据实际情况测算，通流能力和冷却能力要足够，这两点是水封应用的关键。⑦在多个水封组合使用时，要考虑不同封闭管道造成的相互影响，设计时要设计必要的排气管或连通管。

参考文献

[1]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安：西安交通大学出版社，1994.

〔编辑：刘晓芳〕