水环真空泵工作液系统改造分析

2020-05-07郑立国韩泓池

山西电力 2020年2期

郑立国，韩泓池

（中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，河北石家庄 050031）

0 引言

随着我国火力发电的快速发展，技术也在不断进步，抽真空系统设备由起初中小机组的射水抽气器和射汽抽气器逐渐被水环真空泵所代替。抽真空采用真空泵设计，系统简单，效率高，运行维护方便，已普遍用于各火力发电厂。但在实际使用中，水环真空泵往往因被抽吸气体的状态和工作液的温度影响导致其工作性能不理想，机组不能维持稳定和高效的运行。针对某工程真空泵实际运行出现的问题，结合本工程工业抽汽需要连续补充除盐水的特点，提出了工作液密封系统的改造方案，改善真空泵工作的内环境，有利于真空泵的安全运行和提高机组的出力。

1 水环真空泵工作原理

水环真空泵内装有带固定叶片的偏心转子，并由电机带动旋转，叶轮的转动可以使工作液在泵体内形成数个转动的液环，同时，由于这种偏心的安装，不但形成了一个轴向的压降，还有一个上下的绝对压降，这一压降形成对气体的吸入动力。叶轮转动时，液环在叶轮的两个叶片之间脉动，中间封闭着吸入的气体。在吸入侧，液环逐渐远离叶轮轮毂[1]，气体通过圆盘上的吸入口轴向进入泵体，并在液环带动下径向扩散，在排出口，气体被压缩并通过排气口排出，周而复始，实现气体排送。

2 水环真空泵冷却系统[2]

冷却水系统对于真空泵的运行尤为重要，真空泵的冷却水系统主要分为外冷却系统和内冷却系统。外冷却系统主要用来冷却内冷却系统的工作液，水源一般为电厂开式循环水或闭式除盐水；内冷却系统工作液水源为除盐水，通过换热器工作液被外冷却系统进行冷却，进而冷却吸入的压缩气体和密封叶轮与圆盘之间的间隙。工作液的温度影响机组的背压和出力[3]，温度越低越有利于机组运行，而工作液的温度受换热器的面积和外冷却系统介质温度的影响，当换热器面积余量不足，外冷却水温比较高时，工作液的温度会比较高，比如夏季时可能会达到50 ℃，这样无法保证抽真空系统的正常运行。图1 为不同工作液温度的真空泵特性曲线图，从图1 可以看出，工作液温度对真空泵影响较大，特别是在抽气压力比较低的情况下影响更加明显，而电厂真空泵的工作抽气压力正好在此范围内。

图1 不同工作液温度的真空泵特性曲线

3 实际运行存在的问题

随着水环真空泵工作时间的延长，由于真空泵的功耗和水蒸气释放汽化潜热都会造成工作液温度不断升高，而工作液温度的升高使真空泵抽气能力下降，进而使凝汽器真空降低，影响机组的经济性，严重时还会引起真空泵汽蚀，影响机组的安全运行。工作液的设计温度为15 ℃，而实际运行中均高于这一温度。

本工程真空泵工作液采用开式循环水冷却，循环冷却水温度受室外气温的影响，特别是夏天，随着循环水温度升高，真空泵工作液温度将远高于设计值，实际运行过程中存在以下问题。

3.1 真空不足影响机组出力

机组投运以来大部分时间都能够实现满负荷运行，但到了夏季，尤其是气温比较高的7—8 月份，当机组出力达到90%额定出力时，再提高出力非常困难，经调各系统运行参数发现，凝汽器的真空比较低，对凝汽器真空泄漏进行了检查，不存在问题，最后发现真空泵的外冷却循环水温度比较高，超过了33 ℃，换热器没有足够的换热面积余量，导致工作液温度将近50 ℃，已完全达饱和气化状态，真空泵不能正常工作，凝汽器内存有大量的不凝气体。

3.2 水环真空泵汽蚀

真空泵在运转中，若局部区域工作液的绝对压力降低到当时温度下的工作液汽化压力时，工作液便在该处开始汽化并产生大量蒸汽气泡。这些细微的气泡极易破碎，破碎的过程中会对叶轮产生强烈的撞击，久而久之叶轮穿孔，最终因无法修补而被迫更换叶轮，严重影响设备安全、高效运行。

机组停运期间对叶轮进行了检查，发现叶轮局部有凹凸不平的小坑，叶轮已经产生了一定的破坏，但发现比较及时，影响比较小。

3.3 水环真空泵结垢[4]

真空泵停机检修时发现叶轮、换热器、管路等与工作液接触的部分出现不同程度的结垢现象，其主要原因是工作液的温度偏高，出现气化现象，再加上工作液水质的硬度超标导致结垢。设备结垢后换热器端差加大，会影响传热，内环境变差，结垢的速度会越来越快，形成不利循环。

4 改造方案

机组实际运行存在问题的主要原因是工作液的温度偏高，内环境较差。为解决这些问题，需要降低工作液温度，本工程结合真空泵组原有工作系统和工程的特点，进行了系统改造。

改造系统增加了1 台多级水封和部分管道及阀门（见图2），通过利用工业补水水温较低、水质较好的特点，实现改造系统与原有工作系统的耦合。当外界环境温度较高时，利用工业补水作为工作液开式循环冷却和密封，此种循环方式可以一直保证进入真空泵内的工作液为低温的液体（20～25 ℃），极大地降低了工作液的温度。

图2 真空泵改造后工作系统图

系统改造的主要特点：第一，充分利用工业补水水温低、水质好的特点，优先进行真空泵内冷却使用，最后至凝汽器进行补水，实现了水的阶梯利用。第二，改造系统工作液温度低，能够彻底解决因夏季温度高而机组出力不足和气化结垢的问题，提高机组运行的经济性和安全性。第三，改造仅增加1 台自制的水封和部分管道阀门，投资小，收益大。第四，保留原有系统不变，进行外围系统改造，可方便实现系统间的切换，运行灵活。第五，改造系统简单，不存在技术难点，运行安全可靠。

5 改造后的效果

真空泵改造后凝汽器的凝补水优先进入真空泵充当工作液进行工作，分离器出口的工作液排出进入凝汽器进行补水，补水温度可以适当提高，这样可以提高凝结水的温度，对机组的运行具有一定的经济性，改造后最主要的效果是工作液温度由原来50 ℃降至25 ℃，运行的背压也由近13 kPa降至8.5 kPa，机组由改造前只能实现约90%的负荷，很容易达到100%负荷，提高了机组的出力，具有很好的经济性。此外，改造以后，大修时未发现管道和分离器等出现结垢现象，噪声明显降低，各工况下噪声测试结果均低于85 dBA，说明工作液温度的降低对机组有很大的影响。