張向輝

新型油環(huán)抽真空裝置在余熱發(fā)電項(xiàng)目中的開發(fā)及應(yīng)用

Development and Application of New Type Oil Ring Vacuum Pump in Waste Heat Power Generation Project

張向輝

介紹了油環(huán)抽真空裝置的技術(shù)性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合裝置在余熱發(fā)電實(shí)際工程應(yīng)用中的運(yùn)行特點(diǎn)及分析，對該油環(huán)抽真空裝置取代常規(guī)射水抽氣器在現(xiàn)有余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用的可能性進(jìn)行了探討。

油環(huán)泵；抽氣裝置；工作液

抽氣系統(tǒng)裝置對于維持汽輪機(jī)凝汽器運(yùn)行的真空度、提高汽輪機(jī)的發(fā)電效率起著非常重要的作用，目前常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)配套的射水抽氣裝置在真空度高的情況下存在抽氣效率低、耗水量大、耗電功率相對較高、現(xiàn)場所占空間相對較大等情況[1]。我公司依照油環(huán)泵的結(jié)構(gòu)開發(fā)出一套主要應(yīng)用于余熱發(fā)電項(xiàng)目中的油環(huán)抽真空裝置，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)調(diào)試及改進(jìn)完善，在不影響系統(tǒng)真空度的情況下，能夠完全替代射水抽氣器裝置，項(xiàng)目現(xiàn)場反饋運(yùn)行情況良好。本文主要介紹該裝置技術(shù)性能和工程應(yīng)用過程的運(yùn)行特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成

該油環(huán)抽真空裝置主要由前置換熱器、油環(huán)真空泵、氣液分離器、工作液冷卻換熱器、油水分離器以及連接管道、閥門等部件組成，工藝流程如圖1所示。

被抽氣體及水蒸氣混合氣體自抽氣管道進(jìn)入前置換熱器，絕大部分的水蒸氣被冷卻成凝結(jié)水后回到凝汽器熱井，不凝結(jié)的氣體及剩余水蒸氣被吸入油環(huán)真空泵，之后在氣液分離器內(nèi)分離，不凝結(jié)的氣體從上方排氣口排出，其余經(jīng)油水分離器后進(jìn)入工作液冷卻換熱器，經(jīng)冷卻換熱后的工作液進(jìn)入油環(huán)真空泵入口循環(huán)使用。在前置換熱器和進(jìn)油環(huán)泵入口前的抽氣管路上分別設(shè)置截止閥、電動蝶閥和真空止回閥。

油水分離器采用填料式油水分離器，在鋼板卷焊而成的筒體內(nèi)裝設(shè)填料層，當(dāng)夾雜水氣的潤滑油進(jìn)入筒體經(jīng)過填料層時，流速降低，流向改變，利用油和水的密度差以及油和水的不相溶性，在緩慢流動過程中實(shí)現(xiàn)水珠和潤滑油的分離。重力分離無需外加動力，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，是一種經(jīng)濟(jì)的分離方法。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該裝置工作液采用46號汽輪機(jī)油，為維持實(shí)際運(yùn)行過程中的抽真空能力，工作液在抽吸進(jìn)入油環(huán)泵時所含水分應(yīng)盡可能少，若工作液摻雜水分且長時間得不到分離，容易造成油的乳化，影響裝置的抽真空能力，應(yīng)盡量避免這種情況的發(fā)生。

首先，在油環(huán)泵和凝汽器之間的抽真空管路上加裝前置換熱器，盡可能使抽吸氣體中的水蒸氣成分在進(jìn)入油環(huán)泵前冷卻下來，冷源可取自汽輪機(jī)房消防水或者凝汽器冷卻循環(huán)水進(jìn)口管路，換熱后的冷卻回水接入凝汽器循環(huán)冷卻水回水管路；換熱后產(chǎn)生的凝結(jié)水則接回凝汽器熱井。為保證前置換熱裝置的凝結(jié)水流回?zé)峋枰膲翰睿瑧?yīng)確保前置換熱器安裝高度與熱井最高液位有足夠的高差。

其次，盡管經(jīng)過前置換熱器冷卻，仍會有少量水蒸氣被抽吸進(jìn)入油環(huán)泵油循環(huán)系統(tǒng)。為此，在油環(huán)泵油出進(jìn)口之間設(shè)置油水分離器和油換熱器，油水分離器采用臥式布置，內(nèi)部設(shè)有油水分離填充材料，增強(qiáng)油水分離的效果。

此外，工作液在循環(huán)利用過程中產(chǎn)生的熱量會使油溫升高，油溫過高會使抽真空能力降低，因此在油水分離器油管路出口布置油冷卻換熱器，可保持油溫在最佳溫度區(qū)間內(nèi)。冷卻水源可取自汽輪機(jī)房消防水或者凝汽器冷卻循環(huán)水進(jìn)口管路，換熱后的冷卻回水接入凝汽器循環(huán)冷卻水回水管路。

3 系列產(chǎn)品及現(xiàn)場安裝操作

3.1 已開發(fā)的系列產(chǎn)品（見表1）

圖1 油環(huán)抽真空系統(tǒng)工作原理圖

表1 系列產(chǎn)品

3.2 安裝及操作注意事項(xiàng)

（1）該裝置應(yīng)放置于余熱發(fā)電車間靠近抽真空接口管道的位置。前置換熱器冷凝回水最低點(diǎn)應(yīng)高于凝汽器熱井最高水位點(diǎn)1.5m以上。系統(tǒng)安裝好后，需進(jìn)行水壓試驗(yàn)，防止管道接口或管道焊接處漏氣，影響汽輪機(jī)排汽壓力。

（2）裝置啟動前，凝汽式汽輪機(jī)必須開啟汽封。

（3）真空抽氣泵在系統(tǒng)中運(yùn)行穩(wěn)定后，聲音正常而不間斷，如有異響及振動發(fā)生，應(yīng)及時停泵檢查。

（4）一般情況下，氣液分離器排出口在真空度較低時會出現(xiàn)噴油現(xiàn)象，這是由于真空泵此時的吸氣量較大，真空泵排氣口與分離器排出口氣體壓差大、流速高引起的。設(shè)置排氣出口管路折向、放置管內(nèi)填料可使工作液盡可能凝結(jié)下來，避免其隨不凝結(jié)氣體排出。

4 裝置運(yùn)行性能分析

這套油環(huán)抽真空裝置經(jīng)公司BOT項(xiàng)目現(xiàn)場的長期實(shí)際應(yīng)用，反饋使用情況良好，完全可以取代現(xiàn)有的一體化射水抽氣系統(tǒng)裝置，保持現(xiàn)有凝汽器抽真空能力。根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)試及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該裝置在運(yùn)行過程中實(shí)際抽真空能力主要與以下幾個因素有關(guān)：

（1）抽氣系統(tǒng)的密封性

裝置運(yùn)行過程中對系統(tǒng)密封比較敏感，在裝置安裝前，應(yīng)進(jìn)行機(jī)組凝汽器系統(tǒng)密封性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)漏氣點(diǎn)應(yīng)盡早處理；凝汽器和油環(huán)泵之間連接管路應(yīng)盡可能短，減少焊接彎頭和法蘭連接的數(shù)量，從而盡可能保持系統(tǒng)密封性能良好。

（2）前置換熱器的冷卻效果

前置換熱器的冷卻效果直接決定著進(jìn)入油環(huán)泵抽氣裝置的含水量，若冷卻效果不佳，油水分離器中含水量增大，油水分離裝置中的水來不及分離就又重新進(jìn)入泵中。在此情況下長時間運(yùn)行會使油乳化，降低工作液的抽真空能力，影響凝汽器系統(tǒng)的抽真空效果。因此，應(yīng)保證足夠的換熱能力；冷卻水源應(yīng)考慮不同地域和不同季節(jié)的差別對冷卻換熱效果的影響?？傊?，為保證前置換熱器的換熱效果，在設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。

（3）工作液油溫的控制

工作液在油環(huán)泵體內(nèi)循環(huán)使用過程中，會不斷摩擦擠壓產(chǎn)生熱量，若不進(jìn)行冷卻換熱，工作液油溫會不斷升高，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，工作液油溫存在最佳工作溫度區(qū)間，太高或者太低都會對裝置的抽真空能力產(chǎn)生影響。

溫度越低，工作液潤滑油分子間隙變小，結(jié)構(gòu)緊密，導(dǎo)致粘連性增大，易流動性減小，工作液的粘度越大，因此造成油水分離器中油水分離難度加大。

溫度逐漸提高，油水分離效果趨好，裝置抽真空能力增強(qiáng)。實(shí)際運(yùn)行情況表明，油溫升高到一定程度后，若油溫繼續(xù)升高則裝置抽真空能力開始下降。圖2為某余熱發(fā)電項(xiàng)目在夏季負(fù)荷穩(wěn)定時段裝置抽真空度隨工作液進(jìn)口油溫的變化曲線。

圖2表明，該余熱發(fā)電項(xiàng)目負(fù)荷穩(wěn)定時段油環(huán)泵進(jìn)口油溫控制在40～45℃區(qū)間時，系統(tǒng)抽真空能力最好。在運(yùn)行過程中可通過控制油冷卻器冷卻水流量實(shí)現(xiàn)對工作液油溫的調(diào)節(jié)控制。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

以一套應(yīng)用于9MW余熱發(fā)電系統(tǒng)的油環(huán)抽真空裝置為例，裝置的耗電功率綜合平均為7.5kW，而常規(guī)余熱發(fā)電項(xiàng)目射水抽氣器裝置的電機(jī)耗電功率按30kW、年運(yùn)行5 500h計(jì)算，相比之下每年可節(jié)省電量約12.38×103kWh，工業(yè)電價按0.9元計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用約11萬元。

該裝置投入運(yùn)行后的另一特點(diǎn)就是耗水量非常小。由于各現(xiàn)場運(yùn)行情況不同，現(xiàn)場人員需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行補(bǔ)水操作，以平均多耗水量2t/ h、年運(yùn)行5 500h計(jì)算，每年可節(jié)省水量1.1萬噸。

綜上，該裝置節(jié)水、節(jié)電效果顯著。

6 結(jié)語

（1）該裝置簡化了余熱發(fā)電常規(guī)抽真空系統(tǒng)的流程配置，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，維護(hù)簡單，占地面積小。

（2）該裝置采用有機(jī)溶劑作為工作液，相對水環(huán)真空泵可以取得更高的極限真空度，運(yùn)行穩(wěn)定性更高。油環(huán)式真空泵啟動過程電流小，整套裝置達(dá)到運(yùn)行點(diǎn)的速度快，減少了啟動所需時間。系統(tǒng)裝置壽命長，能避免氣蝕，基本無磨損、無腐蝕。

（3）該裝置經(jīng)濟(jì)效益顯著，節(jié)水節(jié)電，相比射水泵功耗大大減小，推廣應(yīng)用價值較高。

圖2 油溫與真空度關(guān)系曲線

[1]胡光，張欣，林柏，左世偉.中小型機(jī)組真空系統(tǒng)射水抽氣器改造為水環(huán)式真空泵的可行性研究[J].黑龍江電力，2002，（2）.■

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2016-11-30；編輯：呂光