真空泵制冷裝置水位控制及故障分析

孫 磊，居 強(qiáng)，曲海英

(華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522)

現(xiàn)在投產(chǎn)的大型火電機(jī)組都存在真空度偏低的問(wèn)題，特別是夏季問(wèn)題更加突出。由于凝汽器真空偏低，造成凝汽器冷端損失增大，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)以水環(huán)式機(jī)械真空泵作為凝汽器抽氣設(shè)備的大型機(jī)組，通過(guò)降低真空泵工作水溫度從而提高真空泵抽氣出力，可維持較高的真空，使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益得到大幅提高。

華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠2臺(tái)1 000 MW汽輪機(jī)為超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式，設(shè)計(jì)額定功率為1 000 MW，機(jī)組型號(hào)為N1000-25/600/600。凝汽器設(shè)計(jì)為雙殼體、雙背壓、單流程，可在機(jī)組最大出力、循環(huán)冷卻水溫33 ℃，背壓不大于4.5/5.7 kPa的工況下長(zhǎng)期運(yùn)行。凝汽器型號(hào)為N-60000，冷卻面積為60 000 m2，設(shè)計(jì)冷卻水量為97 948.8 t/h，凝汽器不銹鋼管總根數(shù)為57 300 根 (厚度 0.5 mm)。

電廠每臺(tái)機(jī)組均配有3臺(tái)日本生產(chǎn)的型號(hào)為EVMA250的水環(huán)式機(jī)械真空泵。凝汽器壓力為5.1 kPa時(shí)，水環(huán)式真空泵設(shè)計(jì)抽吸干空氣量為75 kg/h。由于水環(huán)式真空泵是以水作為工作介質(zhì)，根據(jù)道爾頓定律，泵體內(nèi)的密封吸氣空間的氣壓應(yīng)等于水蒸氣的分壓和各種分壓之和，故泵內(nèi)的密封水溫度決定了泵在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中吸氣和排氣空間所能達(dá)到的真空。即，泵內(nèi)的最高真空是由水的汽化壓力，也就是泵內(nèi)密封水溫下的飽和蒸汽壓所決定的，因此盡可能降低泵內(nèi)密封水溫度就可以提高泵內(nèi)真空。所以，安裝真空泵制冷裝置后可以更好地保證真空泵的工作效率，從而提高機(jī)組的整體效率。

1 真空泵制冷裝置系統(tǒng)介紹

1 真空泵制冷裝置系統(tǒng)流程

電廠1 000 MW機(jī)組真空泵制冷裝置由山東泓奧電力科技有限公司安裝和調(diào)試。制冷機(jī)為煙臺(tái)荏原空調(diào)設(shè)備有限公司制造的單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)，正常出力為(80×104)kcal/h,冷水出水流量為160 m3/h。溴化鋰吸收式制冷機(jī)除了冷卻水和溴化鋰溶液2個(gè)內(nèi)部循環(huán)外，還有3個(gè)系統(tǒng)與外部相聯(lián)：熱水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)。

(1) 冷凍水系統(tǒng)循環(huán)流程。冷凍水系統(tǒng)循環(huán)流程如圖1所示。

圖1 冷凍水系統(tǒng)循環(huán)原理示意

(2) 冷卻水系統(tǒng)流程。開式循環(huán)水泵出口來(lái)水→制冷機(jī)冷卻器入口→制冷機(jī)冷卻器出口→去凝汽器循環(huán)水回水(涼水塔)。

(3) 熱水系統(tǒng)流程。6號(hào)低加出口母管來(lái)水→制冷機(jī)熱水入口→制冷機(jī)熱水出口→熱水泵→去6號(hào)低加入口母管。

1.2 制冷機(jī)工作原理

單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)主要是由吸收器、發(fā)生器、冷凝器和蒸發(fā)器4部分組成的，并且4個(gè)容器均保持真空狀態(tài)。用純凈水作為制冷劑，利用高真空狀態(tài)下，水的飽和溫度降低的原理和溴化鋰溶液具有強(qiáng)吸濕性的原理，達(dá)到連續(xù)制冷的目的。制冷機(jī)工作原理如圖2所示。

圖2 制冷機(jī)工作原理示意

由于制冷機(jī)在正常運(yùn)行中配有較完善的電氣保護(hù)和熱工保護(hù)，工作比較可靠，除進(jìn)行正常的運(yùn)行維護(hù)外，極少出現(xiàn)問(wèn)題，在此不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 真空泵制冷裝置系統(tǒng)投運(yùn)后的水平衡及水位控制

真空泵制冷裝置系統(tǒng)投運(yùn)后的水平衡如圖3所示，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下：

圖3 真空泵制冷裝置系統(tǒng)投運(yùn)后的水平衡示意

(1) 進(jìn)入真空泵制冷裝置系統(tǒng)內(nèi)的水源有：溢氣膨脹箱電動(dòng)閥補(bǔ)水、機(jī)械真空泵抽吸的凝汽器內(nèi)的蒸汽凝結(jié)水和機(jī)械真空泵分離器浮球閥補(bǔ)水。

(2) 由該系統(tǒng)排除的水主要有： 溢氣膨脹箱溢水，冷水系統(tǒng)各放水口放水，排氣漏水口漏水，真空泵汽水分離器溢水以及真空泵盤根漏水。

(3) 正常運(yùn)行中，每小時(shí)由凝汽器抽出的蒸汽量約為0.5 t，因而會(huì)有相近的凝結(jié)水量補(bǔ)入真空泵制冷裝置系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。

(4) 真空泵正常運(yùn)行中盤根漏水非常輕微，小于凝汽器抽出的蒸汽凝結(jié)水量。如果盤根漏水量偏大時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換盤根。

(5) 通過(guò)調(diào)整至機(jī)械真空泵三通閥前流量調(diào)整閥的開度，保證運(yùn)行中機(jī)械真空泵汽水分離器和溢氣膨脹箱內(nèi)水位保持正常，且有少量溢水，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到水平衡狀態(tài)，保證真空泵汽水分離器補(bǔ)水門、溢氣膨脹箱補(bǔ)水電動(dòng)門均在關(guān)閉位置。

(6) 機(jī)械真空泵汽水分離器的水位由低壓抽水器入口管道安裝位置決定。除誤開機(jī)械真空泵汽水分離器放水門外，水位不會(huì)低于低壓抽水器入口管道的安裝位置，可以保證機(jī)械真空泵有足夠的工作水量。

(7) 由于正常運(yùn)行中真空泵汽水分離器補(bǔ)水門、溢氣膨脹箱補(bǔ)水電動(dòng)門均在關(guān)閉位置，從而使真空泵汽水分離器溢水量、溢氣膨脹箱溢水量和真空泵盤根漏水量為真空泵抽吸凝汽器蒸汽冷卻的水量，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到水平衡狀態(tài)。

3 制冷系統(tǒng)投運(yùn)后水位故障分析

3.1 真空泵停運(yùn)后汽水分離器水位上升

真空泵停運(yùn)后，真空制冷裝置至真空泵三通閥應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)與停運(yùn)真空泵自動(dòng)隔離。如隔離后的真空泵汽水分離器水位上升，則主要原因?yàn)檎婵毡闷蛛x器至真空泵制冷裝置低壓抽水器的逆止門不嚴(yán)。溢氣膨脹箱內(nèi)的水在虹吸作用下，倒流至真空泵汽水分離器內(nèi)，造成真空泵汽水分離器內(nèi)水位持續(xù)上升。真空泵汽水分離器內(nèi)的水位高低會(huì)直接影響真空泵的出力和安全，過(guò)高的水位將直接造成真空泵失去備用，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全。

因?yàn)檎婵毡闷蛛x器至真空泵制冷裝置低壓抽水器的逆止門在真空泵停運(yùn)狀態(tài)時(shí)前后壓差小，不可能用壓差來(lái)關(guān)閉逆止門；又因逆止門長(zhǎng)期運(yùn)行后存在銹蝕等情況，也直接造成了逆止門關(guān)閉不嚴(yán)的現(xiàn)象。

為解決逆止門關(guān)閉不嚴(yán)而威脅真空泵和機(jī)組安全的事故發(fā)生，除選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的逆止門產(chǎn)品外，還可降低溢氣膨脹箱標(biāo)高，將溢氣膨脹箱正常水位控制在真空泵汽水分離器正常水位范圍內(nèi)；也可在低壓抽水器出口處安裝電動(dòng)隔離門，隨低壓抽水器的投停而自動(dòng)開關(guān)，從根本上解決逆止門關(guān)閉不嚴(yán)的問(wèn)題。

3.2 運(yùn)行中真空泵汽水分離器水位突升

真空泵正常運(yùn)行過(guò)程中，真空泵汽水分離器水位突升的主要原因有：①溢氣膨脹箱補(bǔ)水閥故障造成溢氣膨脹箱水位過(guò)高，從而影響低壓抽水器的抽水功能，造成真空泵汽水分離器內(nèi)水無(wú)法排出；②真空制冷裝置至真空泵三通閥前流量調(diào)整閥誤開；③低壓抽水器電動(dòng)門誤關(guān)，低壓抽水器工作異常，也可造成真空泵汽水分離器水位異常。

真空泵系統(tǒng)正常運(yùn)行中，溢氣膨脹箱應(yīng)有少量水溢出。如發(fā)現(xiàn)溢氣膨脹箱補(bǔ)水閥自動(dòng)開啟報(bào)警或水位下降時(shí)，應(yīng)立即就地檢查機(jī)械真空泵水位。如運(yùn)行機(jī)械真空泵有1臺(tái)分離器滿水時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉該機(jī)械真空泵三通閥和低壓抽水器電動(dòng)門，立即開啟分離器放水，啟動(dòng)備用機(jī)械真空泵，停止故障真空泵的運(yùn)行。

真空泵正常運(yùn)行過(guò)程中汽水分離器水位過(guò)高，是非常危險(xiǎn)的故障。運(yùn)行人員如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或處理不果斷，將直接造成多臺(tái)真空泵過(guò)電流跳閘，進(jìn)而影響凝汽器真空，甚至造成機(jī)組真空低保護(hù)動(dòng)作跳閘事故的發(fā)生。

由于真空泵汽水分離器水位的重要性，除了要保證閥門和設(shè)備的質(zhì)量，盡量防止由設(shè)備原因造成的故障外，還應(yīng)進(jìn)一步完善保護(hù)措施。在發(fā)生真空泵汽水分離器水位過(guò)高時(shí)，應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉機(jī)械真空泵冷水三通電動(dòng)閥，自動(dòng)切除機(jī)械真空泵工作水補(bǔ)水，保證真空泵工作的安全，并實(shí)時(shí)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行下一步處理。投入真空泵制冷裝置時(shí)，除了程序自動(dòng)判斷投入條件是否滿足外，還應(yīng)增加運(yùn)行人員人工確認(rèn)程序，在人工確認(rèn)低壓抽水器工作正常，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕后，程序才進(jìn)行下一步，開啟機(jī)械真空泵冷水三通電動(dòng)閥。這樣才能提前發(fā)現(xiàn)故障、排除故障，保證真空泵安全。

3.3 溢氣膨脹箱水位降低

真空泵制冷裝置運(yùn)行期間，溢氣膨脹箱水位降低的原因有：①真空泵分離器溢流量大，使進(jìn)入真空泵水量增加或抽水器處理降低；②真空泵盤根漏水量大；③冷水系統(tǒng)放水門、放氣門內(nèi)漏。

真空泵制冷裝置運(yùn)行期間，如發(fā)現(xiàn)溢氣膨脹箱水位降低，應(yīng)立即檢查并關(guān)閉系統(tǒng)各放水門、放氣門，關(guān)閉誤開的放水閥門；聯(lián)系檢修，檢查真空泵盤根漏水量是否過(guò)大，調(diào)整盤根，減少漏水量或切換備用泵運(yùn)行。如真空泵分離器水位升高，溢流量大，應(yīng)適當(dāng)關(guān)小真空泵冷水三通電動(dòng)門前流量調(diào)節(jié)閥，減少進(jìn)入真空泵內(nèi)的工作水流量，從而減少真空泵汽水分離器溢水量。正常情況下，真空制冷裝置至真空泵三通閥前壓力應(yīng)維持在0.02 MPa附近。

3.4 溢氣膨脹箱水位異常、溢流量大

真空泵制冷裝置運(yùn)行期間，溢氣膨脹箱水位異常、溢流量大的原因有：①膨脹箱水位偏低，開關(guān)失靈，誤發(fā)膨脹箱補(bǔ)水信號(hào)，導(dǎo)致電動(dòng)門誤開；②膨脹箱水位偏高，開關(guān)失靈，導(dǎo)致補(bǔ)水電動(dòng)門不聯(lián)關(guān)；③膨脹箱補(bǔ)水電動(dòng)門、旁路門內(nèi)漏；④真空泵冷水三通閥開度小，分離器水位低，分離器補(bǔ)水閥開啟；⑤凝汽器水位過(guò)高，淹沒(méi)抽空氣口，真空抽水。

真空泵制冷裝置運(yùn)行期間，若溢氣膨脹箱水位異常、溢流量變大，應(yīng)檢查溢氣膨脹箱補(bǔ)水電動(dòng)閥是否誤開，或補(bǔ)水電動(dòng)閥旁路是否有內(nèi)漏。若有內(nèi)漏，應(yīng)關(guān)閉膨脹箱補(bǔ)水總門，聯(lián)系檢修處理。若真空泵分離器水位偏低，分離器無(wú)溢流現(xiàn)象，分離器補(bǔ)水閥開啟，應(yīng)稍開冷水三通閥前流量調(diào)節(jié)門，增大冷水至真空泵的工作水流量，使汽水分離器水位略有溢流即可。檢查凝汽器水位，若水位過(guò)高，應(yīng)立即進(jìn)行調(diào)整。

3.5 閉式水水箱水位突降

閉式水水箱水位突降主要是因閉式水用戶用水量突增造成的。真空泵制冷裝置來(lái)水，溢氣膨脹箱的補(bǔ)水均來(lái)自閉式水系統(tǒng)，如溢氣膨脹箱大量補(bǔ)水，將直接造成閉式水水箱補(bǔ)水不及時(shí)。特別是系統(tǒng)投運(yùn)沖洗管路時(shí)，將嚴(yán)重威脅機(jī)組閉式水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為解決此問(wèn)題，可增大閉式水水箱的補(bǔ)水管路容量，也可將溢氣膨脹箱的補(bǔ)水管道改接至凝結(jié)水系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在出現(xiàn)大量補(bǔ)水的情況下，應(yīng)及早查出故障原因并進(jìn)行排除。

3.6 真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)裝置冷水溫度低造成裝置跳閘

真空泵制冷裝置運(yùn)行期間，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)真空泵制冷裝置跳閘，雖然不是由水位引起而是由水溫的急劇變化引起的，但均屬于水系統(tǒng)故障，故在此一同提出。由于真空嚴(yán)密性試驗(yàn)過(guò)程短，在此期間如將真空泵制冷裝置停運(yùn)后再啟動(dòng)，既增加了人員工作量，也不利于真空泵重新啟動(dòng)后快速恢復(fù)正常出力。為保證真空嚴(yán)密性試驗(yàn)過(guò)程中制冷機(jī)的安全，防止裝置冷水溫度低而跳閘，應(yīng)使制冷機(jī)的出力緩慢降低，工作狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡。

在進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)而機(jī)械真空泵全停時(shí)，制冷機(jī)不跳閘，制冷機(jī)自動(dòng)根據(jù)冷水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為防止冷水溫度過(guò)低時(shí)制冷機(jī)調(diào)整不及時(shí)而跳閘，應(yīng)先停運(yùn)1臺(tái)機(jī)械真空泵，待冷水溫度恢復(fù)正常(大于9 ℃)后，再停運(yùn)最后1臺(tái)機(jī)械真空泵。真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)束后，立即恢復(fù)啟動(dòng)機(jī)械真空泵，使制冷機(jī)開始帶負(fù)荷，保證冷水溫度的穩(wěn)定。

另外，在真空泵制冷裝置停運(yùn)過(guò)程中，如裝置冷水溫度過(guò)低，將影響設(shè)備安全。在停運(yùn)程序中，2臺(tái)真空泵運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉第1臺(tái)真空泵三通閥后延時(shí)300 s再關(guān)閉第2臺(tái)真空泵三通閥。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1) 對(duì)于以真空泵作為凝汽器抽氣設(shè)備的大型機(jī)組，可通過(guò)安裝和投運(yùn)真空泵制冷裝置來(lái)降低真空泵的工作水溫度，從而提高真空泵出力，使機(jī)組能夠維持較高真空，從而大幅提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。

(2) 真空泵制冷裝置系統(tǒng)并不龐大，但和開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)都有聯(lián)系。整個(gè)真空泵制冷裝置的水平衡非常重要，如真空泵制冷裝置水平衡被打破，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將不可避免地影響到閉式水系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，進(jìn)而影響和破壞整個(gè)機(jī)組的安全與穩(wěn)定。

(3) 真空泵制冷裝置在國(guó)內(nèi)大型機(jī)組上的應(yīng)用還是一項(xiàng)新技術(shù)，在肯定制冷裝置在提高機(jī)組效率方面的貢獻(xiàn)的同時(shí)，也應(yīng)看到它帶來(lái)的安全隱患。對(duì)真空泵制冷裝置在設(shè)計(jì)、安裝和實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中已出現(xiàn)的問(wèn)題，一定要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮進(jìn)行完善和解決，以保證設(shè)備的本質(zhì)安全。