給水泵密封水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

宰軍，羅建軍，朱科

(湖南省電力勘測設(shè)計(jì)院，湖南長沙 410007）

給水泵密封水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

宰軍，羅建軍，朱科

(湖南省電力勘測設(shè)計(jì)院，湖南長沙 410007）

針對給水泵密封水系統(tǒng)回水不暢等問題，對給水泵密封水系統(tǒng)的水封裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在長沙電廠和金竹山電廠二期得以應(yīng)用，目前運(yùn)行情況良好。

給水泵;密封水系統(tǒng);水封

電站給水泵密封水的正?；厥帐橇钤S多電廠頭痛的問題，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定與否將影響給水泵組和凝汽器的正常運(yùn)行，主要表現(xiàn)在〔1〕:(1)不能實(shí)現(xiàn)隨機(jī)組的啟、停而自動投、退，增大了啟、停機(jī)時(shí)的工作量，延長了啟、停機(jī)時(shí)間;(2)密封水回水不暢，導(dǎo)致密封水回水進(jìn)入給水泵潤滑油系統(tǒng)中，使油質(zhì)惡化，影響給水泵運(yùn)行效率，情況嚴(yán)重時(shí)將危害機(jī)組的正常運(yùn)行;(3)在運(yùn)行中密封水系統(tǒng)工作狀態(tài)不直觀，因工作異常容易導(dǎo)致給水泵潤滑油被吸入密封水回水而進(jìn)入凝汽器，影響電廠水和蒸汽的品質(zhì);(4)水封投、停時(shí)操作繁瑣，尤其在投入時(shí)，需注水、排空氣等一系列操作，給運(yùn)行人員增加了工作量，而且操作不容易把握，給機(jī)組正常運(yùn)行帶來隱患。

如果問題得不到合理解決，將大大降低機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。為了防止給水泵密封水系統(tǒng)發(fā)生故障，破壞凝汽器的真空或影響凝汽器的水質(zhì)等情況出現(xiàn)，不少電廠在機(jī)組運(yùn)行時(shí)將給水泵的密封回水直接排入循環(huán)水坑，以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。這樣操作雖然能免除密封水回水不暢等問題，但很多優(yōu)質(zhì)的除鹽水將被浪費(fèi)掉，以1臺600 MW機(jī)組為例，每臺汽動給水泵的密封水流量為6 t/h，每臺機(jī)組按4 500 h的年運(yùn)行時(shí)間來算，則2臺汽動給水泵每年將浪費(fèi)5.4×104 t除鹽水，這顯然與我國目前提倡的“節(jié)能減排”的基本政策不符。所以如何科學(xué)合理地設(shè)計(jì)給水泵密封水系統(tǒng)，使其在不影響機(jī)組正常運(yùn)行的前提下，完全地回收密封水具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 常見電廠密封水系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況

為了滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，湖南省內(nèi)已經(jīng)建成一批大型火電機(jī)組，其給水泵組軸封型式及密封水水源統(tǒng)計(jì)見表1，2。

表1 湖南省各電廠給水泵軸封型式統(tǒng)計(jì)表

表2 湖南省各電廠給水泵密封水水源統(tǒng)計(jì)表

電廠給水泵組軸端一般為機(jī)械密封或迷宮密封2種型式，機(jī)械密封的密封水通常取用閉式循環(huán)冷卻水，而迷宮密封的一般取用凝結(jié)水作為密封冷卻水。2種密封型式取用不同的冷卻水源，是由于這2種密封型式的結(jié)構(gòu)決定的。

機(jī)械密封工作時(shí)動、靜環(huán)2個密封面由泵體自身內(nèi)部的水進(jìn)行潤滑，機(jī)械密封冷卻水，只是為機(jī)械密封水服務(wù)的一路水源，用來帶走吻合面摩擦產(chǎn)生的熱量。由于通過動、靜環(huán)的節(jié)流作用，機(jī)械密封腔體外的壓力遠(yuǎn)小于腔體內(nèi)的壓力，閉式循環(huán)水的工作壓力約為0.55 MPa，已經(jīng)足夠用來密封動靜環(huán)間的泄漏。凝結(jié)水系統(tǒng)工作壓力約為3 MPa，用來作為機(jī)械密封的冷卻水源，可以通過調(diào)節(jié)閥來控制壓力，從設(shè)計(jì)要求的角度來看也能滿足密封水壓力要求，但密封水冷卻水的回水，由于沒有足夠的壓頭，不能直接排入凝結(jié)水管道，為了回收這部分的水資源就需要設(shè)置一套水封裝置，將密封冷卻水引入凝汽器回收，系統(tǒng)相對較復(fù)雜，一般沒有電廠采用這種設(shè)計(jì)方式。

泵軸端采用迷宮密封工作時(shí)，密封冷卻水接入密封襯套內(nèi)，一部分密封冷卻水與泵體內(nèi)高溫水混合成卸荷水，一部分則形成無壓回水排出泵體外。迷宮密封的卸荷水一般接入前置泵入口管道，這種設(shè)計(jì)方式要求卸荷水的水壓必須大于前置泵入口管道壓力。前置泵入口管道運(yùn)行壓力一般約為1.3 MPa，而閉式循環(huán)水的運(yùn)行壓力不超過1 MPa，滿足不了迷宮密封冷卻水的壓力要求，只能選擇壓力較高的凝結(jié)水來作為迷宮密封的冷水源。

當(dāng)給水泵軸端采用迷宮式密封時(shí)，為節(jié)約除鹽水，迷宮密封的無壓回水通常被設(shè)計(jì)為接入凝汽器回收。為了保證運(yùn)行時(shí)密封水能順暢的被凝汽器回收，同時(shí)防止影響凝汽器真空，需在給水泵密封水回水與凝汽器之間設(shè)置一套水封裝置或采取其它措施，回水是否順暢，水封裝置或類似元件的設(shè)計(jì)就是其中的關(guān)鍵。

2 常見密封水水封型式〔2〕

2.1 單級水封

單級水封的原理較為簡單。凝汽器負(fù)壓運(yùn)行，假設(shè)其運(yùn)行背壓為 6 kPa(a)，約 -0.095 MPa(g)，凝汽器所能造成的虹吸水柱高度約為9.5 m，理論上采用單級水封，給水泵密封水回水水柱高度10 m即可保證凝汽器真空不會破壞。實(shí)際運(yùn)行時(shí)由于水位波動等原因，水封的高度需要更高一些，通常水柱高度設(shè)計(jì)為12～13 m。但是這種水封管一般在工程初期就需要預(yù)埋套管，而且電廠中凝汽器一般布置在零米層，凝汽器上開孔的位置不能隨意布置，這種方式在設(shè)計(jì)完成后可修改的余地不大。由于單級水封占地很小，而且制作簡單、安裝方便，這種水封方式在國內(nèi)電廠最為常見。

2.2 多級水封

多級水封原理相當(dāng)于單級水封的疊加，一般為3級，進(jìn)口與出口之間的總壓差保持在12 m左右，即能滿足凝汽器真空的要求。

多級水封的關(guān)鍵在于水封的保持，要求每一級水封都不能遭到破壞。水封在啟用前，一定要先注水，并將水封內(nèi)部的氣體排空;而且多級水封在制作時(shí)要保證水封內(nèi)部各部件的密封性。多級水封結(jié)構(gòu)緊湊，但其制作以及運(yùn)行較為復(fù)雜，對于運(yùn)行控制有較高的要求。

2.3 水箱式結(jié)構(gòu)

水箱式密封水回水設(shè)計(jì)在電廠中也有應(yīng)用，其原理是將給水泵密封水的回水先放進(jìn)水箱中緩存，水箱中水位到達(dá)一定高度后，利用凝汽器的負(fù)壓吸入凝汽器熱井中。系統(tǒng)的關(guān)鍵在于對水箱水位的控制，一般常用浮球式控制結(jié)構(gòu)，通過水位的高度來決定是否將水箱中的水放入熱井，并通過水位的高度控制閥門的開度。既要保證回水的順暢又要保證不影響凝汽器的真空，不影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

水箱式密封水回水結(jié)構(gòu)布置簡單，容易操作，但可靠性不強(qiáng)，若浮球式控制系統(tǒng)故障或誤動作，會造成凝汽器真空的下降，影響機(jī)組運(yùn)行的安全性。

3 密封水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化方案簡介

優(yōu)化方案以金竹山二期電廠給水泵密封水系統(tǒng)為例來介紹，該電廠2臺汽動給水泵軸端采用迷宮密封〔3〕，密封水取至凝結(jié)水泵出口的凝結(jié)水，密封水回水經(jīng)水封裝置，由凝汽器回收，見圖1。

圖1 優(yōu)化方案密封水回水系統(tǒng)圖

優(yōu)化方案中汽動給水泵密封水的2根回水管道全部接入一個由Φ1 020 mm鋼管制成的水箱中，水箱高3 m，容積約為2.45 m3，水箱布置于凝汽器坑中。水箱下部引出管道接入預(yù)埋的水封套管中，再接入凝汽器形成回路。水箱的頂部設(shè)置放空氣管道，始終保持水箱中水面的壓力值為1個大氣壓。水箱的上部設(shè)置溢流口，如果回水水量太多，水箱中水位過高，則會自動溢流至凝汽器坑內(nèi)，不會造成回水不暢而影響給水泵正常運(yùn)行。在整個系統(tǒng)的最底部設(shè)置了放水管道，用于檢修時(shí)排放水箱積水，或當(dāng)密封水回水水質(zhì)不好，為避免影響凝汽器水質(zhì)，可直接排放至循環(huán)水坑中。

優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮了現(xiàn)場布置的要求，充分利用了場地條件，將簡易水箱放置在-4.0 m的凝汽器坑內(nèi)，水箱占地約1 m2，凝汽器后水室與凝汽器坑的間隙中完全可以放置，不需要特別給水箱設(shè)計(jì)安裝空間。2根給水泵密封水的回水管道全部布置在一個水箱上，結(jié)構(gòu)緊湊，布置相對較為簡單，現(xiàn)場改造的工作量也較小。其中的水箱為大直徑管道制作，制作工藝簡單。系統(tǒng)中的主要閥門都可布置在容易接觸到的地方，操作以及檢修都較方便。

3.2 優(yōu)化方案特點(diǎn)

3.2.1 水封高度

優(yōu)化方案中，從水箱接出的密封水管道引入預(yù)埋的水封中，再從水封接管至凝汽器。與凝汽器廠協(xié)商后，開孔位于凝汽器的節(jié)頸處-0.753 m處。如圖2示，水箱出口至水封管道有3.3 m的高差，水封底部至水封出口有7.65 m的高差，密封水管至凝汽器入口處有2.747 m的高差，由單級水封變化成由3級水封組成的多級水封，最大高差可達(dá)3.3+7.65+2.747=13.697 m，完全可以滿足凝汽器真空要求。

圖2 優(yōu)化方案水封布置詳圖

3.2.2 水箱作用

優(yōu)化方案中設(shè)置了水箱，使得密封水系統(tǒng)有了一個緩沖空間，而且密封水系統(tǒng)變化多余的水量可以暫存于水箱內(nèi)，不會對水封的運(yùn)行帶來直接的影響，有利于水封的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，水箱上方設(shè)置了排氣口，水箱液面壓力將保持一個大氣壓力，使得水封有一個穩(wěn)定的壓力邊界，避免了壓力波動帶來的影響，消除了破壞凝汽器真空的隱患。

3.2.3 布置特點(diǎn)

優(yōu)化方案中水封管道的布置充分利用了凝汽器坑的空間，通過管路的合理布局將單一的預(yù)埋管組合成3級水封組成的多級水封，水箱的溢流高度設(shè)計(jì)為 -1.1 m，水封最小高差(-0.753)-(-1.1)=0.347 m，可以滿足大約9 m H2O的管道阻力損失，比單級水封裝置大了近1倍，在相同的管徑條件下，可滿足更大流量的密封水通過系統(tǒng)。

3.2.4 經(jīng)濟(jì)性

優(yōu)化方案所增加的主要設(shè)備為一個簡易水箱，制作簡單，沒有特別加工工藝要求，成本低廉，不會增加太多投資預(yù)算，比較適合電廠改造。

4 結(jié)束語

給水泵密封水系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的因素有很多，密封型式的選擇、密封管道的管徑、管道的布置以及機(jī)組運(yùn)行工況的變化等，都能影響到密封水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，文中提出了水箱加水封的設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)了水封裝置適應(yīng)能力，優(yōu)化了系統(tǒng)。

這種設(shè)計(jì)前一部分設(shè)置了水箱，解決了回水的通暢問題，后一部分設(shè)置水封，解決了凝汽器的真空問題，為給水泵密封水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種新的選擇。長沙電廠、金竹山二期電廠給水泵密封水系統(tǒng)采用這種設(shè)計(jì)方式，機(jī)組運(yùn)行良好，沒有出現(xiàn)回水不暢等問題。

〔1〕譚衛(wèi)東，林恒.深圳西部電廠給水泵密封水回水水封的改造〔J〕.湖北電力，2002，27(6):52-53.

〔2〕馮琰磊，林磊.國華太倉2×600 MW超臨界機(jī)組給水泵密封水回水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)〔J〕.熱機(jī)技術(shù)，2006，3(8):1-4.

〔3〕湖南電力勘測設(shè)計(jì)院.大唐華銀金竹山發(fā)電廠擴(kuò)建工程二期給水泵技術(shù)協(xié)議〔Z〕.2007.

TM621.7

B

1008-0198(2011)03-0045-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.014

2011-01-29 改回日期:2011-03-22

宰 軍(1979— )，男，碩士，工程師，主要從事電廠管道設(shè)計(jì)研究工作。