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        射水抽氣器倒吸原因分析及處理

        2014-05-03 10:44:10臧殿榮
        設(shè)備管理與維修 2014年5期
        關(guān)鍵詞:抽氣凝汽器結(jié)垢

        臧殿榮

        (山東光明熱電股份有限公司 山東泰安)

        一、項(xiàng)目背景

        射水抽氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、抽吸氣體能力大、不需另設(shè)啟動(dòng)抽氣器、啟動(dòng)運(yùn)行方便,廣泛應(yīng)用在小容量汽輪發(fā)電機(jī)組中。機(jī)組運(yùn)行時(shí),用射水抽氣系統(tǒng)抽出凝汽器及真空系統(tǒng)中漏入的不凝結(jié)氣體,同時(shí)維持凝汽器的真空,對(duì)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。

        山東光明熱電股份有限公司3#汽輪發(fā)電機(jī)組為南汽生產(chǎn)的12 MW抽凝式機(jī)組,采用射水抽氣器來維持凝汽器真空。由于使用礦井水作為冷卻介質(zhì),水質(zhì)為高堿高硬水。夏季運(yùn)行時(shí),射水抽氣器系統(tǒng)補(bǔ)水溫度高,加之系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理,導(dǎo)致射水抽氣器抽吸能力下降,在機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)過大及停機(jī)時(shí)易造成凝汽器倒吸,導(dǎo)致凝結(jié)水水質(zhì)超標(biāo),影響機(jī)組運(yùn)行。

        二、倒吸原因及分析

        1.射水抽氣器主要技術(shù)參數(shù)

        射水抽氣器型號(hào)CS12-2,抽吸壓力0.004 MPa,工作水溫20℃,抽氣量6 kg/h,工作水量140 t/h,揚(yáng)程39 m。

        2.影響抽氣器效果的因素

        (1)工作水溫的影響。夏季由于射水抽氣器補(bǔ)水(凝汽器循環(huán)水)溫度高,在30~35℃,抽氣系統(tǒng)工作時(shí),抽出的不凝結(jié)氣體溫度在40~50℃,射水箱散熱較差,隨著運(yùn)行時(shí)間增加,抽出的高溫汽與空氣混合物使工作水溫不斷升高(達(dá)到40℃),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)工作水溫。根據(jù)水飽和溫度同飽和壓力的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,工作水溫高,其能建立的真空度就低,抽吸能力就減小,反之亦然。當(dāng)工作水溫>30℃時(shí),每升高5℃,吸入室的壓力約提高1.97 kPa。由于射水溫度高于射水抽氣器喉部壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度,使得部分水汽化,體積膨脹,工作水流量下降,抽氣器吸入室壓力升高,抽吸能力下降,在機(jī)組負(fù)荷突變時(shí)會(huì)造成倒吸現(xiàn)象。

        (2)水質(zhì)的影響。由于補(bǔ)水水質(zhì)為高堿高硬水(堿度6.5 mmo1/L,硬度15 mmo1/L),射水箱容積小,且射水系統(tǒng)與循環(huán)冷卻水運(yùn)行條件的差異,水溫高,水的滯留時(shí)間長,阻垢劑阻垢效果降低,導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)垢傾向大。容易造成抽氣器逆止門、濾水器濾網(wǎng)、管道、射水泵葉輪等處結(jié)垢(圖1)。直接結(jié)果是射水泵出力降低,表現(xiàn)在出口壓力的降低,進(jìn)而改變了整個(gè)系統(tǒng)的工作狀況。

        (3)射水抽氣器逆止閥不嚴(yán)。為防止射水泵事故狀態(tài)供水壓力降低導(dǎo)致噴嘴的工作水吸入凝汽器中,在射水抽氣器的氣汽混合物入口裝有逆止閥。逆止閥處在潮濕和含氧環(huán)境下,常因腐蝕發(fā)生卡澀和脫落事故,很難起到作用。

        圖1 系統(tǒng)結(jié)垢圖

        以上原因的綜合作用,使射水抽氣器的抽吸能力大幅下降,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷突降(如機(jī)組甩負(fù)荷、鍋爐負(fù)荷突降、各種狀態(tài)停機(jī)等),進(jìn)汽量大幅降低,凝汽量降低,循環(huán)水量不變,蒸汽過冷卻,會(huì)出現(xiàn)凝汽器內(nèi)壓力低于射水抽氣器內(nèi)壓力,由于射水抽氣器逆止閥不嚴(yán),導(dǎo)致倒吸,污染凝結(jié)水、給水,造成鍋爐水質(zhì)異常。

        三、解決方案

        1.處理方案

        (1)從提高射水抽氣器抽吸能力出發(fā),對(duì)抽氣系統(tǒng)進(jìn)行酸洗,從降低結(jié)垢及水溫的角度出發(fā),將其循環(huán)系統(tǒng)由閉式循環(huán)改為開式循環(huán),自循環(huán)泵出口接一管路至射水泵入口,抽氣器出水有兩種選擇。一是回至冷卻塔,此種方式經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研不可行,原因循環(huán)水池與射水抽氣器距離遠(yuǎn)且冷卻塔地勢比射水箱處高,無法自流到冷卻塔。二是回至循環(huán)泵入口,此方法可行,但由于抽氣器出水為汽水混合物,回至循環(huán)泵入口會(huì)造成循環(huán)泵的嚴(yán)重氣蝕,亦不可取。

        (2)從防止倒吸的角度出發(fā),將空氣管布置成具有一定高度的倒U形彎,防止差質(zhì)水和空氣經(jīng)射水抽氣器倒流入凝汽器。倒U形管高度的計(jì)算,射水抽氣器后的氣水混合物的密度即混合室內(nèi)射出的水流和其所卷吸攜帶的空氣所組成的混合物密度,一般為800~850 kg/m3,凝汽器內(nèi)按絕對(duì)真空計(jì),射水泵突停不返水的水柱高度是12.86 m。因此在抽氣管上加裝13 m長倒U形管,能有效防止射水抽氣器的氣水混合物返回凝氣器影響凝結(jié)水質(zhì)的問題。

        2.方案實(shí)施

        在凝汽器抽氣總管開口,用與抽氣總管相同管徑DN200的鋼管焊接倒U形管,管道采用全部焊接,不采用法蘭連接,以防漏氣。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況盡量減少彎頭,降低系統(tǒng)阻力,系統(tǒng)圖見圖2。

        3.輔助措施

        (1)管道整體酸洗。由于水泵、水箱、管道的結(jié)垢,造成設(shè)備出力下降,出水壓力由原來的0.39 MPa下降至0.32 MPa。采用5%的緩蝕鹽酸對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行酸洗,提高射水泵出力及抽氣器抽吸能力。

        圖2 射水抽氣器改造圖

        (2)改造補(bǔ)水口降水溫。對(duì)于射水抽氣器,因在工作時(shí)不斷消耗射水泵的功率,以及有蒸汽隨同空氣被抽入,且射水箱設(shè)計(jì)容量偏小,水量置換慢,工作水溫將不斷升高。因而在實(shí)際工作時(shí),需要排去部分工作水,補(bǔ)充部分溫度較低的補(bǔ)給水。射水箱的設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到射水抽氣器的效率。原系統(tǒng)補(bǔ)水與排污雖在箱體兩側(cè),但由于高度差低,只有200 mm。補(bǔ)入的低溫水未完全擴(kuò)散至泵的入口,既隨排污流去,降溫效果差。通過在射水箱內(nèi)加裝隔墻使之成為兩格,射水抽氣器排水和射水泵吸水管分別布置在射水箱兩格中,使兩者隔離間距加大,防止射水抽氣器排水直接流向射水泵入口,溢流管設(shè)在隔墻以上,有利于水中的氣體分離排放。補(bǔ)水口設(shè)在射水泵入口管,有利于系統(tǒng)降溫,從而降低系統(tǒng)的結(jié)垢傾向,提高了抽吸能力。

        (3)取消射水泵出口逆止閥。射水泵的出口設(shè)逆止閥,主要防止停泵或故障時(shí)介質(zhì)倒流使轉(zhuǎn)子倒轉(zhuǎn)造成損壞。但就射水抽氣系統(tǒng)而言,水由射水泵從射水箱中抽出升壓送至射水抽氣器后返回射水箱,射水泵故障時(shí)水無倒流動(dòng)力,設(shè)逆止閥無實(shí)際意義。取消逆止閥后,降低了水循環(huán)的阻力,射水抽氣器的壓差增大,提高了抽氣器抽吸能力。

        四、效果分析

        凝汽器采用倒U形管,并對(duì)管道進(jìn)行酸洗和改造補(bǔ)水系統(tǒng),當(dāng)機(jī)組負(fù)荷突降(如機(jī)組甩負(fù)荷、鍋爐負(fù)荷突降、各種狀態(tài)停機(jī)等),保證不會(huì)出現(xiàn)倒吸問題。

        采用倒U形管,可有效避免凝結(jié)水污染,每次開停機(jī)減少外排凝結(jié)水量100 t,同時(shí)鍋爐給水水質(zhì)得到保證,鍋爐排污量每次降低150 t,以每噸除鹽水10元計(jì),每年機(jī)組啟停3次,每年可節(jié)省7500元。

        系統(tǒng)改造后減輕了系統(tǒng)結(jié)垢傾向,由于工作水溫降低,射水抽氣器抽吸能力提高,凝汽器真空度提高2%。真空每提高1%,汽耗降低1~1.5%,進(jìn)汽量平均在80 t/h,以每年夏季運(yùn)行100天計(jì),可節(jié)約蒸汽3840 t,以每噸蒸汽40元利潤計(jì),每年夏季利潤增加15.36萬元。

        射水抽氣器采用倒U形管的改造簡單易行,同時(shí)輔以防止結(jié)垢的措施如酸洗和改造補(bǔ)水排污系統(tǒng),能有效提高射水抽氣器的抽吸效果,進(jìn)而提高凝汽器真空,可改善中小型供熱機(jī)組射水抽氣系統(tǒng)的缺陷情況。

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