鄭立國， 韓泓池

（中國電建集團(tuán)河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050031）

0 引言

隨著我國火力發(fā)電的快速發(fā)展，技術(shù)也在不斷進(jìn)步，抽真空系統(tǒng)設(shè)備由起初中小機(jī)組的射水抽氣器和射汽抽氣器逐漸被水環(huán)真空泵所代替。抽真空采用真空泵設(shè)計(jì)，系統(tǒng)簡單，效率高，運(yùn)行維護(hù)方便，已普遍用于各火力發(fā)電廠。但在實(shí)際使用中，水環(huán)真空泵往往因被抽吸氣體的狀態(tài)和工作液的溫度影響導(dǎo)致其工作性能不理想，機(jī)組不能維持穩(wěn)定和高效的運(yùn)行。針對某工程真空泵實(shí)際運(yùn)行出現(xiàn)的問題，結(jié)合本工程工業(yè)抽汽需要連續(xù)補(bǔ)充除鹽水的特點(diǎn)，提出了工作液密封系統(tǒng)的改造方案，改善真空泵工作的內(nèi)環(huán)境，有利于真空泵的安全運(yùn)行和提高機(jī)組的出力。

1 水環(huán)真空泵工作原理

水環(huán)真空泵內(nèi)裝有帶固定葉片的偏心轉(zhuǎn)子，并由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)動可以使工作液在泵體內(nèi)形成數(shù)個轉(zhuǎn)動的液環(huán)，同時，由于這種偏心的安裝，不但形成了一個軸向的壓降，還有一個上下的絕對壓降，這一壓降形成對氣體的吸入動力。葉輪轉(zhuǎn)動時，液環(huán)在葉輪的兩個葉片之間脈動，中間封閉著吸入的氣體。在吸入側(cè)，液環(huán)逐漸遠(yuǎn)離葉輪輪轂[1]，氣體通過圓盤上的吸入口軸向進(jìn)入泵體，并在液環(huán)帶動下徑向擴(kuò)散，在排出口，氣體被壓縮并通過排氣口排出，周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)氣體排送。

2 水環(huán)真空泵冷卻系統(tǒng)[2]

冷卻水系統(tǒng)對于真空泵的運(yùn)行尤為重要，真空泵的冷卻水系統(tǒng)主要分為外冷卻系統(tǒng)和內(nèi)冷卻系統(tǒng)。外冷卻系統(tǒng)主要用來冷卻內(nèi)冷卻系統(tǒng)的工作液，水源一般為電廠開式循環(huán)水或閉式除鹽水；內(nèi)冷卻系統(tǒng)工作液水源為除鹽水，通過換熱器工作液被外冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻吸入的壓縮氣體和密封葉輪與圓盤之間的間隙。工作液的溫度影響機(jī)組的背壓和出力[3]，溫度越低越有利于機(jī)組運(yùn)行，而工作液的溫度受換熱器的面積和外冷卻系統(tǒng)介質(zhì)溫度的影響，當(dāng)換熱器面積余量不足，外冷卻水溫比較高時，工作液的溫度會比較高，比如夏季時可能會達(dá)到50 ℃，這樣無法保證抽真空系統(tǒng)的正常運(yùn)行。圖1 為不同工作液溫度的真空泵特性曲線圖，從圖1 可以看出，工作液溫度對真空泵影響較大，特別是在抽氣壓力比較低的情況下影響更加明顯，而電廠真空泵的工作抽氣壓力正好在此范圍內(nèi)。

圖1 不同工作液溫度的真空泵特性曲線

3 實(shí)際運(yùn)行存在的問題

隨著水環(huán)真空泵工作時間的延長，由于真空泵的功耗和水蒸氣釋放汽化潛熱都會造成工作液溫度不斷升高，而工作液溫度的升高使真空泵抽氣能力下降，進(jìn)而使凝汽器真空降低，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時還會引起真空泵汽蝕，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。工作液的設(shè)計(jì)溫度為15 ℃，而實(shí)際運(yùn)行中均高于這一溫度。

本工程真空泵工作液采用開式循環(huán)水冷卻，循環(huán)冷卻水溫度受室外氣溫的影響，特別是夏天，隨著循環(huán)水溫度升高，真空泵工作液溫度將遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，實(shí)際運(yùn)行過程中存在以下問題。

3.1 真空不足影響機(jī)組出力

機(jī)組投運(yùn)以來大部分時間都能夠?qū)崿F(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，但到了夏季，尤其是氣溫比較高的7—8 月份，當(dāng)機(jī)組出力達(dá)到90%額定出力時，再提高出力非常困難，經(jīng)調(diào)各系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)發(fā)現(xiàn)，凝汽器的真空比較低，對凝汽器真空泄漏進(jìn)行了檢查，不存在問題，最后發(fā)現(xiàn)真空泵的外冷卻循環(huán)水溫度比較高，超過了33 ℃，換熱器沒有足夠的換熱面積余量，導(dǎo)致工作液溫度將近50 ℃，已完全達(dá)飽和氣化狀態(tài)，真空泵不能正常工作，凝汽器內(nèi)存有大量的不凝氣體。

3.2 水環(huán)真空泵汽蝕

真空泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若局部區(qū)域工作液的絕對壓力降低到當(dāng)時溫度下的工作液汽化壓力時，工作液便在該處開始汽化并產(chǎn)生大量蒸汽氣泡。這些細(xì)微的氣泡極易破碎，破碎的過程中會對葉輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊，久而久之葉輪穿孔，最終因無法修補(bǔ)而被迫更換葉輪，嚴(yán)重影響設(shè)備安全、高效運(yùn)行。

機(jī)組停運(yùn)期間對葉輪進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)葉輪局部有凹凸不平的小坑，葉輪已經(jīng)產(chǎn)生了一定的破壞，但發(fā)現(xiàn)比較及時，影響比較小。

3.3 水環(huán)真空泵結(jié)垢[4]

真空泵停機(jī)檢修時發(fā)現(xiàn)葉輪、換熱器、管路等與工作液接觸的部分出現(xiàn)不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象，其主要原因是工作液的溫度偏高，出現(xiàn)氣化現(xiàn)象，再加上工作液水質(zhì)的硬度超標(biāo)導(dǎo)致結(jié)垢。設(shè)備結(jié)垢后換熱器端差加大，會影響傳熱，內(nèi)環(huán)境變差，結(jié)垢的速度會越來越快，形成不利循環(huán)。

4 改造方案

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行存在問題的主要原因是工作液的溫度偏高，內(nèi)環(huán)境較差。為解決這些問題，需要降低工作液溫度，本工程結(jié)合真空泵組原有工作系統(tǒng)和工程的特點(diǎn)，進(jìn)行了系統(tǒng)改造。

改造系統(tǒng)增加了1 臺多級水封和部分管道及閥門（見圖2），通過利用工業(yè)補(bǔ)水水溫較低、水質(zhì)較好的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)改造系統(tǒng)與原有工作系統(tǒng)的耦合。當(dāng)外界環(huán)境溫度較高時，利用工業(yè)補(bǔ)水作為工作液開式循環(huán)冷卻和密封，此種循環(huán)方式可以一直保證進(jìn)入真空泵內(nèi)的工作液為低溫的液體（20～25 ℃），極大地降低了工作液的溫度。

圖2 真空泵改造后工作系統(tǒng)圖

系統(tǒng)改造的主要特點(diǎn)：第一，充分利用工業(yè)補(bǔ)水水溫低、水質(zhì)好的特點(diǎn)，優(yōu)先進(jìn)行真空泵內(nèi)冷卻使用，最后至凝汽器進(jìn)行補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)了水的階梯利用。第二，改造系統(tǒng)工作液溫度低，能夠徹底解決因夏季溫度高而機(jī)組出力不足和氣化結(jié)垢的問題，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。第三，改造僅增加1 臺自制的水封和部分管道閥門，投資小，收益大。第四，保留原有系統(tǒng)不變，進(jìn)行外圍系統(tǒng)改造，可方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的切換，運(yùn)行靈活。第五，改造系統(tǒng)簡單，不存在技術(shù)難點(diǎn)，運(yùn)行安全可靠。

5 改造后的效果

真空泵改造后凝汽器的凝補(bǔ)水優(yōu)先進(jìn)入真空泵充當(dāng)工作液進(jìn)行工作，分離器出口的工作液排出進(jìn)入凝汽器進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水溫度可以適當(dāng)提高，這樣可以提高凝結(jié)水的溫度，對機(jī)組的運(yùn)行具有一定的經(jīng)濟(jì)性，改造后最主要的效果是工作液溫度由原來50 ℃降至25 ℃，運(yùn)行的背壓也由近13 kPa降至8.5 kPa，機(jī)組由改造前只能實(shí)現(xiàn)約90%的負(fù)荷，很容易達(dá)到100%負(fù)荷，提高了機(jī)組的出力，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。此外，改造以后，大修時未發(fā)現(xiàn)管道和分離器等出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，噪聲明顯降低，各工況下噪聲測試結(jié)果均低于85 dBA，說明工作液溫度的降低對機(jī)組有很大的影響。

6 結(jié)束語

結(jié)合工程具有工業(yè)補(bǔ)水的特點(diǎn)，對原有真空泵工作系統(tǒng)進(jìn)行外圍改造，實(shí)現(xiàn)了階梯性的一水兩用。改造后工作液溫度大幅度降低，泵汽蝕問題消除，噪聲明顯降低，提高了真空泵運(yùn)行的安全性。夏季運(yùn)行時，機(jī)組的出力也能夠很容易由原來的90%額定負(fù)荷升至100%額定負(fù)荷，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。