水环泵出力低的原因分析及处理措施

金纬

(江苏华电能源有限公司望亭发电分公司，江苏 苏州 215155)

0 引言

望亭发电厂#14机组汽轮机为东方汽轮机厂改造过的亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴布置的冲动式凝汽式汽轮机。汽轮机型号为N300-16.18/535/535。其高、中压缸为分缸结构，具有独立的高压缸和中压缸，低压缸为2只双流、双排汽的汽缸。#14机组凝汽器的结构为双分式双流程表面换热式，冷却面积为17 000 m2，介质流量为35 500 t/h。主机真空系统配备2台水环式真空泵，其中真空泵14B于2004年5月进行过升级改造，采用佛山水泵厂生产的2BW4 353-0 EL4型水环泵，转速为590 r/min，轴功率为160 kW，真空泵内的叶轮、分配板和泵体都为304材质，真空泵冷却器管束材质为TP316L，采用填料密封，其冷却水采用内供水方式。

2018年6月26日，当机组负荷230 MW，真空泵14A，14B例行切换时，发现真空泵14A与14B同时运行时，凝汽器真空度比真空泵14A单台运行时下降1.0 kPa。真空泵14A单台运行时电流为14.291 A，凝汽器真空度为94.0 kPa。尝试停运真空泵14A，继续运行真空泵14B时，发现其电流较真空泵14A单开时上升大约1 A，凝汽器真空度下降至最低90.6 kPa，此时紧急启动真空泵14A，停运真空泵14B，真空系统各项参数立刻恢复正常。

1 设备异常分析

1.1 水环泵原理和工作流程

图1 水环泵原理示意

水环泵工作原理如图1所示。水环泵利用旋转水环充当活塞作用造成泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气。转子偏心地安装在泵壳内，在泵体内充有适量的水作为工作介质，#14机组真空泵工作水来自机组凝结水。当叶轮在泵内旋转时，水被叶轮甩向四周，由于离心力的作用，水形成了一个与泵壳形状接近的等厚度的封闭圆环。在旋转前半周，叶轮中的水被叶轮加速，其圆周速度增大，当水从叶片顶端被甩出时，达到了叶轮的圆周速度，此时，小空腔的容积由小变大，且与端板上的吸气口相通。气体被吸入到空腔内。当叶轮继续旋转至后半周时，水重新进入叶轮，速度下降，动能转换为压力能，此时空腔的容积由大变小，气体被压缩，当空腔与端板上的排气口相通时，压缩后的气体被排除泵外。

水环真空泵工作时，凝汽器中的气汽混合物经过水环泵的抽吸，进入气水分离器。分离出来的气体进入大气，分离出来的水与工作水、补充水一起进入真空泵冷却器进行换热冷却。望亭发电厂#14机真空泵冷却器管侧为开式循环水。冷却后的工作水分为两路：一路经喷嘴进入水环泵入口，冷却从凝汽器来的气汽混合物，提高水环泵的抽吸能力；另一路直接进入水环泵作为工作水，维持真空泵的水环和水环温度，其工作流程如图2所示。

1.2 设备异常原因分析确认

辅机检修人员在设备出现异常后就地试转真空泵14B，进行缺陷确认。设备试转情况与概述中所描述的情况一致，检修人员同时对就地设备进行进一步检查。检查发现真空泵14B轴承振动、温度正常，转动部分无异声，补水正常。就地对真空泵14B冷却器进行温度检测，发现真空泵工作循环冷却水进水温度为50.00 ℃，工作冷却水出水温度为48.00 ℃，均比真空泵14A相应处温度高10 ℃左右，工作水压为0.14 MPa。冷却器管侧循环水进水温度为33.80 ℃，出水温度为35.00 ℃，循环水压0.11 MPa。初步怀疑为冷却器管侧循环水堵塞，但是冲洗过程中未发现堵塞现象，且循环水压也很稳定。

图2 水环泵工作流程

经分析，设备异常现象原因为真空泵工作正常而系统真空度因其他原因降低，主要表现在真空泵出力不足[1]。影响水环泵出力低的因素有很多。首先考虑到真空泵14B运行情况平稳，基本排除了机械故障；电机电流相比A泵仅增大1 A，轴功率上升不明显，轴端盘根上半年已更换过，检查正常，可以排除轴套与盘根磨损造成径向间隙大而漏空气的原因。其次，汽水分离器液位正常，汽轮机排汽温度等相关系统参数也正常。一般来讲，2台真空泵分别在同一运行方式运行，排汽温度相同，不会使单一泵的出力发生变化。由于冷却器水温偏高较大，工作水温明显升高，冷却效果大大降低，技术人员一致认为这是影响真空泵出力的直接原因。

在就地检查中，管侧循环水冲洗未见污垢堵塞，工作水喷嘴拆卸未见损坏堵塞，如图3所示。所以最终判断真空泵14B管束间可能由于大量污垢的堆积附着而使冷却面积大大缩小，直接影响了冷却效果。就地实测工作水温也进一步验证了这一个判断，即当工作水温升高时，会引起泵内运行总体温度的升高，泵内水环汽化加剧，改变了真空泵内水环的厚度，从而影响了真空泵的出力，无法维持凝汽器真空。为了验证这个判断，我们对冷却器壳侧进行了孔探，发现冷却器管束间有大量结垢现象，如图4所示。

图3 工作水喷嘴

图4 对冷却器壳侧进行孔探

2 处理方案及实施

2.1 制定处理方案

通过对污垢的化学分析，其成分主要是水垢、碳酸钙，还有少部分的锈垢。这些物质的堆积不但会大大降低水环泵冷却器的换热效率，增加电机的负荷，还会对泵内零部件造成不同程度的侵蚀，必须尽快处理掉这些污垢，恢复真空泵14B的出力。同时考虑到消缺成本，需要一款运用较为广泛，操作方便，价格合理的除垢剂进行清洗。在经过调查研究后，决定采用ZJ-821除垢剂处理。

ZJ-821是一种可降解的高效环保清洗液剂。主要用于清除用水设备中所产生的最顽固的水垢、氧化钙产物、泥垢和锈沉积物。这种液剂安全、无毒、无害，人体皮肤直接接触不会产生重大损伤。其除垢原理在于其液剂中含有特殊的湿润剂、穿透剂和分散剂，可以把沉积污垢中的复杂垢质进行有效分解，并直接清洗到设备的原有金属面，且清洗后产品中的特殊缓蚀复合物可以在金属表层形成一层预膜层。这样可以保护金属材质免遭介质腐蚀，有效延缓垢质的二次生成。在除垢剂中，含有乙酸、核酸等多种有机成分，乙酸的水溶性极低，对水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁等，整合能力极强，黏度小，流动性强，排出方便。

另外，技术人员认为该除垢剂使用方法简单，满足生产实际的需要。它用水稀释使用，对于真空泵冷却器，适合采用浸泡加冲洗的方式清洗。通常，如果垢质坚硬，建议1 000 kg水至少用50 kg除垢剂稀释使用，最低剂量使用标准为1 000 kg水最少用25 kg除垢剂。根据估算，将500 kg水用25 kg除垢剂稀释，对冷却器壳侧进行浸泡。

2.2 清洗处理步骤

除垢剂原液pH值约为2，用水稀释后除垢液剂pH试纸测定为2～3。打开水环泵冷却器放水门，将存水排尽，拆除顶部喷嘴法兰，作为除垢液剂倒入口。

检查冷却器隔绝措施已完毕，倒入除垢液剂。浸泡液剂2 h后排放，发现有大量污水排出。为了彻底清除污垢，重新配制上述比例的除垢液剂进行浸泡。反复2次清洗后，排放液体中，浑浊物已基本清除，内管束基本可以见本色。

最后重新进行pH值测定，pH值在5～6之间，认为已经清洗干净，没有污垢继续与除垢液剂反应。打开底部放水门，用凝结水进行冲洗，直至排放出干净的水，持续时间10 min。撤出隔绝措施，恢复真空泵14B的安全措施。

2.3 效果检查

试转真空泵14B，记录设备各项参数。其中管侧循环水温进水温度为33.0 ℃，出水温度为38.0 ℃。工作冷却水进水温度为46 ℃，出水温度为39.0 ℃。凝汽器真空度为94.2 kPa。水环泵电机电流为14.9 A，真空泵14B出力得到了满足。

3 结束语

在对水环泵冷却器进行清洗时，考虑到首次使用配方除垢剂，清洗经验不足，所以未将真空泵体参与到循环清洗过程中去。但是从结果来看，完全可以将真空泵工作水管路进行循环清洗，有可能取得更好的效果。总的来说，真空泵14B出力低异常现象分析及时，判断准确。设备缺陷消除后运行至今工况稳定。本文撰写的目的旨在突出设备异常的分析，提高隐患排查的能力和预防同类缺陷的能力，避免真空系统事故的发生。为了将类似问题消除于萌芽状态，班组技术人员还将举一反三，用ZJ-821除垢剂清洗我厂其他水环泵管式冷却器。所以本次消缺方法具有推广应用的前景，且该除垢剂成本低廉，具备推广使用的条件。