超临界燃煤机组水环式真空泵冷却改造及优化技术应用.pdf

No ． 01 ． 2Ol 2 北京电力高等专科学校学报 B e i j i n g E l e c t r i c P o w e r Co l le g e 一 程研究四 超 临界燃煤机组水环式真 空泵冷却 改造及优化技术应用 张翠华 广东粤电靖海发电有限公司， 广东 靖海5 1 5 2 2 3 摘要 介绍了超 临 界燃煤机组采用海水冷却的水环式真空泵在运行中出现的几个问题， 分别提出了水环式真空泵防止汽蚀及改善运行安 全性的方法和真空泵采用海水冷却其系统的改造措施 ， 通过实施改造方案证明其改造的可行性 ， 是海滨电厂真空泵系统节能改造值得借鉴的应 用技 术 。 关键词 超临界； 水环式； 真空泵； 汽蚀； 节能改造 中图分类号 T M 5 文献标识码 A 一 、概 述 一 系统简介 燃煤机组汽轮机真空系统设备优良和安．牟 运行足保证机组 能降 耗雨要 素， 直接关系若机组的经济性， 也是火电 安全运行的丛础。 某发电公司州食 6 0 0 M W 超Il缶 界燃煤机组， 汽轮机为东方 汽轮机生产 N 6 0 0 E --2 4 ． 2 ／ 5 6 6 ／ 5 6 6型。 。 缸【JII 排汽结构， 额定负荷排汽量为 9 8 7 t ／ h ， 额定排汽压力为5 ． 8 8 K P a 。系统设置 台单级水环式真空泉， 两川一备 运 行模式 ， 真 空泵吸入绝压 为 3 ． 31 0 1 ． 3 Kp a， 转 速 5 9 0 r ／ rai n ， 额 定功耗 为 1 6 0 k w， 循环冷却水为海水 ， 印度温度范围 1 8 2 9 。 c ， 管式换热器， 冷 却 面积为 3 9 ． 5 m ， 冷却流量为3 0 7 9 ． 8 t ／ h ，i 流群结构， 冷却水取 凝 汽器循环水入 口水窄前 管段， 泵壳材 质为 1 C r l 8 N i 9 f i ， 叶轮材质 为 0 C r l 8 N i 9 T i ， 泵轴为4 5 优质碳索钢， 冷却器换热管材质为T j ， 规格为4 , 1 8 X 0 ． 5 ， 冷却水侧水阻约 0 ． 0 2 4 8 M p a 。1 作液为除盐水 ， 补水堵约 2 1 ． 2 m ／ h， 补水水雁 3 ． 24 ． O MP a 。 二 设 备现状及改造 背景 2 0 0 7年6 9月≠ } l 机组 A、 B 、 C i 台真空泵先后Ⅲ现 1 次转子叶片 裂纹断裂 、 泵筒体鼓泡， 将转予返厂史换， 9月 B 、 C真空泵轴承m现推力 过 大轴承 温度高 ， 更换推力轴承 ； 2 0 0 7年 6月至 2 0 0 8年 4月舵 机组 A、 B 真空泵出现转子裂纹、 轴承损坏， 更换两台真空泵转子； 6台真空泵均 运行时噪音严重超标 达到 1 2 0分贝以 上 、 基础共振、 就地管道法兰 及仪表松脱现象 ； 2 0 0 7 年 2 月至0 9年 5月公州两台机组 6台真空泵冷 却器先后共出现 l 1 2次被海生物堵寨， 极大地降低 r真空泵备用可靠 性 ， 投入了大量 的人 力和物力埘真 空泵冷却 器进 行 清理 ； 2 0 0 7年 6月至 2 0 0 9年 5 月 6台真空泵冷却器端盖隔板先后⋯现 l 8次腐蚀穿孔 ， 换 隔板并防腐 lI 作多次重复进行但效果 卜 分小理想。 二、 原 因分析 一 作液温度商， 泵体内部汽蚀 真空泉T作液温度 高 ， 工作 液汽 化 ， 发 生严重 汽蚀 。水环式 真 空泵 作为凝汽器汽侧不凝结气体的扪吸没备， 通过泵体工作液除盐水来 密封从凝汽器抽出来的不凝结和携带的水汽经叶轮转动被 缩后以当 地大， lc 力将气 汽 体混合物排Ⅲ， 在l t T ． 作过 中泵体鼓风、 汽水摩 擦 、 装 相对转动产生热带， 南于__ 厂 作液的热罱未被充分带走将导致工 作液温度 T ． 不断升岛， 泵内吸人1 ] 区域的压力降低剑工作液温度对应 的饱 和蒸汽 力 以 F时 ， 工作液将 汽化 ， 随着 泵 叶片 的转动逐 渐被 压缩 后压力逐渐升高， 然后在岛压区汽泡突然破裂， 蒸汽凝结成水滴， 形成水 击 水锤 。实 际运行过程 巾当T 作液 的温 度达 到 3 5 ． 8 2 。 C时 ， 在 额定 E况 排汽 压力 P 为 5 ． 8 8 K P a 时真空 泵人 r ] 作液 已经 汽化 ， 即 在运 行巾产生汽蚀现象。水环真空泉发生汽蚀的汽蚀余精为。 。 A T 8 I a t 一 8 t △ t 8 1 △ ．1“ 10 Il 寸 足 防 水环真空泵发 汽蚀 的条件 。s t 、 A t 分 别为凝 汽器 端差、 冷却水在凝汽器L f ll 的温升； 8 t 、 A t 分别为水环真空泵冷却器出口 工作液比冷却器人【 _1 温度高值 、 工作液在真空泉内的温升； s 为运行中 要求 真空 泵吸入压力 比工作水对应饱和压力 高出 0 ． 8 5 K p a_x 、 J 应裕量 。 二 冷却 网路 缺陷 埘两台机组的真空泵 I二 作液的冷却水进行了现场々项检 和比较， 枉冷却水管路和流程设计方面并 满足就地环境 ， 其主要影响因素为 管道堵塞 、 管 阻力大 、 冷却水压力低。 换热器冷却水一海水 『 f 】 海 物及杂质多堵塞冷却管道。每年 4月 至 1 O 月期问为 L ， 地海域海生物繁殖的旺盛季节， 同时由于台风多雨季 ，冷却水的取水采用表面浅取， 当地村庄和小镇 L 河流人海生活垃圾 伴随涨落潮涌入收水水道进而进入循环冷却水系统， 污染了冷却水水质 同时垃圾的养分吸引了大绩的海生物涌入并大请繁殖， 新生的海生物附 文章编 号 1 0 0 9一O 1 1 8 2 0 1 2 O 10 1 3 1 0 2 若在管道内壁 、 冷却器端溢J 一 和冷却器端管板_ l卜 ， 加 L 部分垃圾进入导 致_硼 作液的冷却水燃 q 减小， lT作液得 到良好的冷却， 真 泵偏离设 汁工作温度运行 。 换热器管程阻力大， 冷却能力 F 降。该真 泵冷却器采川 b 1 8 X 0 ． 5 规格的钛管作为换热主体部 ， 。 流程结构， 如 。丰 H 对 流程管程 阻力损失增加 r 2 倍 ， 同时导致冷却水通馈偏小 ， 经现场拆f 』 | 冷却水回 水法兰榆硷发现网水量十分有限， 因此管程 力损失 f 严币制约着冷 却水时T作液的冷却能力。 换热器人口冷却水压力低， 冷却侪率 足。由于真空泵冷却水取水 来 自循环水至凝汽器水室管段， 自身压头小足， 取水压力为 O ． 0 6 0 ． 1 O M p a ， 冷却水回水流人大海， 此系统 差 A p偏小导致玲却倍牢不 足， 工作液无法按照设计温度运行。 三 、 改造方 案 一 增加真空采入口大气喷射器， 消除汽蚀 真空泵内发生汽蚀主要原因是吸入 } 的压力偏低达到机组排汽压 力饱和值 P ， 工作液极易汽化， 因此应在机组高真空情况 F 尽最增加真 空泵入口压力防止汽水两相态的共存 ， 在真空泵吸入门增加大气喷射器 足一奁良好的方案 ， r h 于大气喷射器的增加 △ I 将减小， 抑制汽蚀的发 生， 大气喷射器原理图如图 l 。在机组真空达剑真空泵工作液温度之前 丌启大气喷射器， 提高泵内T作压力， 即可避免汽蚀的发生 ， 同时真牢泉 靠近没H - F ． 况运行 ， 泵体噪音、 轴承振动 、 轴承温度均得到 良好的控； Ii IJ 。 该公 司分别于 2 0 0 8年 4月和 2 0 0 8年 1 1月对 l 、 舵 机组 6台真空 l泉加 装了大气喷射器， 历经 2 年米发生一次转子裂纹、 振动异常、 轴承损坏的 缺 陷。 图】 大气喷射器原理图 二 结合 系统 改造增加循环水二 次滤网 由于该发电公司} } 1 、 2机组采用浅表海水冷却且取水 口位于某镇 内河道出口处， 全年度水质差异较大， 每年 4一 l 0月海水含杂物多且受 台风、 暴雨等天气影响， 大量杂物和海生物涌入依靠拦污栅、 清污机、 旋 转滤『硎过滤远远不能满足净化杂质、 拦截海生物的目的， 因此在 O 8 年 l 1 月和 0 9 年 5 月分别对两台机组增加了二 次滤网。通过选择合适的滤网 通流倍 率和网孔的规格既 可减小 滤网 的运行水 阻又 可拦截 海生 物和 垃 圾杂物 。二次滤网滤 网加装 后将 真空泵 冷却水 的取 水位 置改到 ． 二 次 滤 网后， 取水的水质得到根本性的改善。为殳有效地拦截生活垃圾可选择 在取水 【 1 加装 一次滤 网。 三 提高冷却水压力， 增加冷却水流堵 提高冷却水的供水压力， 既可增加 j 作液的冷却倍率， 流速的提高 也能防止海生物幼卵附着在冷却器端盖及换热管内部成长。选择结构 简 的离心式管道泵则可方便地解决此问题。2 0 0 9年靖海发电公 司分 刖对两台机组真空_泉冷却水加装一套离心式变频管道增压泵 流 2 0 0 t／ h ， 冷却水出压力可在 0 ． 1 0 ． 3 M p a 调节 ， 并没置旁路以备供水 丰路设备异常检修朋， 可在冬夏季对冷却水选择不同的压力确保冷却效 果并节省 能耗 。 四 降低冷却器管程冷却水流通阻力 冷却器管程阻力大直接影响着工作液冷却水的冷却效果， 在改造中 将端盖的分隔板进行拆除 ， 冷却水的三流程结构变为单流程 ， 不但流程 1 3 1 No ． 01 ． 2 01 2 北京电力高等专科学校学报 B e ij i n g E l e c t r i c P o we r Co l l e g e 工程研究咽 阻力 f h 变为设计值的 1 ／ 3 ， 同等条件下通流量 q 也变为原来的 倍 ， 冷 却效果得到明显改善。 五 改善循环水加药环境， 抑制海生物生长 目前海滨 电厂均面I 临海生 物繁殖 旺季 海生 物进入 循环水 系统 对冷 却水质产生影响的问题 ， 须分析海生物的种类针对不同的季节采取不同 的加药方式， 在台风暴雨条件下还应特别制定灭杀海生物及幼卵的突击 方案， 以策全面。『訇于循环水取水量大、 流速快的特点还应充分考虑加 药位置和深度确保加药的均匀性。 四、 安全及 经济效益评价 该公司 1 、 舵 机组 自投产以来先后对真空泵本体加装 了大气喷射 器并对循环水冷却水系统做了部分改造工作， 通过改造各台真空泵运行 状态达到良好， 轴承运行温度由5 8 。 C降到 4 2 4 6 。 C ， 轴承的更换周期 延长至4年， 泵体和转子自改造后从未出现过裂纹断裂故障， 泵的工作 液南3 6 。 c降低至2 8 。 c ， 噪音南1 2 0分贝降低到 7 5 分贝， 改造后在台风 暴雨季节也未出现过真空泵冷却器钛管堵塞现象。 通过不同季节结合海水温度对真空泵冷却水增压泵进行变频调节 可保证真空泵在经济工况运行， 并节省增压泵的能耗。冬季运行可将真 空泵的运行模式切换为～用两备， 节省了真空泵的能耗， 效果明显。 五 、 总结 真空系统的安全经济运行是机组安全经济运行的重要保障， ． ．L 述方 法适用于海滨电J 一 机组真空系统及其冷却水系统的改造 ， 通过在运行中 的验证已经进入一个成熟、 稳定的阶段 ， 实践中该发电公司机组的真空 值分别在同等条件下升高0 ． 5 K P a 以上， 凝汽器的端差达到 设计值。通 过检修也验证了通过上述改造后真空泵转子裂纹、 噪音、 泵体出力不足、 工作液温度高、 振动大、 轴承损坏的已全部消除。本改造工作可作为汽 轮机真空系统改造的模型， 是一项非常值得借鉴和推广的节能降耗改造 技术， 也是一项降低冷源损失一种最简易、 直接、 有效、 安全的方法。 参考 文献 [ 1 ] 章建叶． 凝汽器水环真空泵的原理与运行[ J ] ． 浙江电力， 2 0 0 3 ， 3 ． [ 2 ] 郭延秋． 大型火电机组检修实用技术丛书[ M] ． 汽轮机分册， 中国电 力 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 安连锁． 泵与风机[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 1 ． 上接 第 1 3 0页 四 润滑油系统油冲洗 冲洗时为增大油压 ， 采用冲一半、 堵一半的方案， 当对润滑油系统撑 4 、 5 、 6 、 7 瓦进行大流量油冲洗时， 对推力瓦、 1 、 2 、 样 3瓦进油管加装堵 板； 当对润滑油系统 1 、 2 、 3 瓦进行大流量油冲洗时， 对推力瓦、 4 、 5 、 6 、 7瓦进油 管加装堵板 。 在冲洗过程中， 直流润滑油泵和高压密封油泵， 每三小时投一小时， 同时， 为了加快油循环 ， 保证大部分润滑油不进入瓦中， 在 2 、 3 、 4瓦中 分面垫有4 m m的垫片， 根据大流量油循环需要舵、 3 、 4瓦浮动油环未装； 轴承箱中分面用毛线绳做密封， 并紧周中分面螺栓。 同时， 定期对回油滤网进行清理检查， 刚开始杂质较多， 越后， 杂质 逐渐减少 ， 直至取油样化验检查， 合格。 五 顶轴油 系统处理 顶轴油泵 A 、 B 进出口滤网清理检查 ， 发现顶轴油泵进 口滤网破损 严重 ， 对破碎的滤网进行更换和加固。 六、 事故原 因分析 一 润滑油系统中存在颗粒状物质。该机组的高中、 低压部分轴 承均采用可倾瓦块， 由于可倾瓦块与轴颈之间间隙较小， 排污能力较弱， 轴瓦同轴颈表面的承力间隙中的油膜很薄， 当油中机械杂质的颗粒尺寸 等于或略大于油膜问隙时， 将使液体磨擦变成颗粒磨损， 表面疲劳等， 磨 损的结果使轴颈和乌金表面遭到破坏， 即轴颈表面划伤拉毛， 凸出的部 分随油旋转 ， 使进油量小于出油量 ， 减少了润滑油量， 局部油温 上升， 引 起瓦温升高。凹下的部分油不能正常散热， 也会使瓦温升高。这些颗粒 如果没有经过过滤装置来过滤 ， 将发生再生性磨损， 导致恶性循环， 加剧 了轴颈 和轴 瓦的损伤 。 二 顶轴油滤网破损， 滤网侧面与底面的接合部位没有根据 图纸 要求安装相应压条 ， 造成滤网底边没有固定， 以致长时间受到冲刷后形 成疲劳损伤， 致使滤网严重破损， 从而造成大量纤细钢丝进入润滑油系 统， 大量纤细滤网钢丝随着润滑油涌进轴颈与轴瓦之间， 破坏轴与瓦之 间的油膜， 加剧 了 ’ 轴与瓦之间的摩擦。 i 油系统设备的制造质量下滑， 焊接工艺不 良， 焊瘤、 飞溅物、 铸 1 3 2 砂 、 铁屑等在厂供设备、 管路内遗留积存。 四 在对主机轴承安装过程中， 安装工艺不 良， 致使铁屑等异物遗 留在进油管路 内。 五 油系统冲洗循环的过程管理不到位， 冲洗程序不当， 冲洗时间 不足， 检查不仔细， 造成油系统冲洗过程中存在死角、 盲肠的遗留杂物。 六 在机组启动过程中， 由于油温或油压低的影响， 没有完全形成 油膜造成轴瓦与轴颈出现磨损。 七 、 处理 后的运行情况 经过以上一系列的处理以后， 机组重新启动， 机组启动后的各阶段， 各轴振动情况良好 ， 各轴承金属温度均在正常范周内。目前， 该机组运 行情况 良好 。 八 、 结束语 综上所述， 机组轴颈磨损的问题 ， 无疑都与油系统颗粒污染有很大 关系， 怎样控制油系统颗粒污染， 应该从设备制造、 安装、 油系统循环冲 洗、 检修、 运行维护等各方面人手， 严格执行国家相关标准、 规定， 方能取 得成效 。 在制造过程中加强质量管理， 最大限度地减少设备内部固有的污染 物 ， 防止异物进入 油循 环系统 。 在施工安装过程 中， 安装前应进行敲打和压缩空气吹扫， 清除内部 杂物； 禁止使用气割工艺切割管路和设备， 同时要求进行 1 0 0 ％氩弧焊 接， 彻底清除焊瘤、 焊渣、 飞溅物等， 并严禁残留未溶焊丝头； 在润滑油系统设备初次投用前， 应对相关设备与管道进行彻底的检 查与清理， 同时在末端轴瓦来油管道上加装磁棒滤网， 大大减少进入轴 瓦的金属颗粒 ， 有效地控制轴颈的磨损。 在润滑油系统投用后、 尤其是在机组试运行期间， 务必要加强与主 机润滑油系统的管理和对其油质的监控； 在首次检修时应对 一 油系 统冷油器、 全部阀门、 主油泵 、 润滑油泵进行解体检查， 重点进行铁屑的 检查清理； 同时对套装油管解体检查， 不能解体的采用内窥镜检查 ， 重点 检查供油管道 ； 二 油箱 内、 轴承箱内的全部管路进行解体检查 ； 三 机组检修后应彻底清理油箱， 并检查清扫回油滤网、 磁棒 ； 四 润滑油 回油滤网要选择强度合格的滤网， 防止滤网破裂。 在机组运行过程中， 1 、 根据油质监督情况进行经常性的滤油工作， 确保油质合格。 如在线滤网进行定期清洗、 主油箱底部外接在线滤油 机进行持续滤油 ； 2 、 运行中保持油箱内、 轴承座内、 回油滤网内有足够 的磁棒以吸附油中的金属颗粒物， 并在检修 中进行清理 ； 3 、 运行人员应 严密监视机组的振动、 瓦温、 油压、 油温等参数 ， 发现异常， 及时分析原因 并处理 。 总之， 重视和加强汽轮机油系统的颗粒污染控制和油净化工作是对 维护汽轮发电机的安全稳定运行具有十分重要的意义。 参考文献 [ 1 ] 哈 尔滨汽轮机有限公司． C C L N 6 0 0 2 5 ／ 6 0 0 ／ 6 0 0型汽轮机说明书． [ 2 ] 赵汉杰， 梁威． 华能太仓电厂 3 0 0 M W 汽轮发电机转予轴颈损伤的在 线修复[ J ] ． 热力发电， 2 0 0 5 ， 3 4 1 2 7 7 7 9 ， 8 5 ． [ 3 ] 郭延伙． 大型火电机纽检修 实用技术丛书[ M] ． 汽轮机分册中国电力 出版社 ， 2 0 o 4 ， 5 ．