330MW 機(jī)組真空泵存在的問題及改造經(jīng)驗(yàn)

于海慧

（中國神華能源股份有限公司國華惠州熱電分公司，廣東省惠州市，516082）

中國神華能源股份有限公司國華惠州熱電分公司1、2號(hào)汽輪機(jī)為東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的亞臨界中間再熱單軸、三缸雙排汽、抽凝式汽輪機(jī)，型號(hào)為CC330-16.7／2.7／1.3／538／538。凝汽器采用東方汽輪機(jī)廠制造的單殼體雙流程表面式凝汽器，冷卻面積為18600 m2。公司共有4 臺(tái)真空泵，為蘇州和順泵業(yè)有限公司的2BW4353-0EK4型單級(jí)平原盤真空泵。每臺(tái)機(jī)組裝設(shè)2臺(tái)真空泵，一用一備。汽輪機(jī)真空的建立和維持全部都要由真空泵承擔(dān)，汽輪機(jī)排汽中的不凝結(jié)氣體要由真空泵全部抽出，真空泵對(duì)機(jī)組真空的變化起到?jīng)Q定性作用，為此真空泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。若2臺(tái)真空泵同時(shí)故障停止運(yùn)行，將發(fā)生發(fā)電機(jī)組故障停機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)真空系統(tǒng)及真空泵設(shè)備結(jié)構(gòu)

中國神華能源股份有限公司國華惠州熱電分公司1、2號(hào)機(jī)組在裝4臺(tái)真空泵，為蘇州和順泵業(yè)有限公司的2BW4353-0EK4 型單級(jí)平原盤真空泵。真空泵冷卻器為管式鈦管冷卻器，冷卻水為海水。汽輪機(jī)排汽經(jīng)過凝汽器引出的DN200管道接到真空泵入口，平原盤真空泵為單級(jí)葉輪、雙吸入口、雙排出口、頂排式。雙吸入口直接接到凝汽器排汽管道上，雙排出口通過一根管直接接到汽水分離器上，再通過汽水分離器排到廠房外面。真空泵端部各設(shè)有一個(gè)分配器，分配器上裝有排汽閥板，閥板采用塑料制品，極易疲勞損壞掉真空。入口管道靠近真空泵泵體位置設(shè)有抗汽蝕噴嘴，經(jīng)常由于汽水兩項(xiàng)流沖蝕而損壞。真空泵密封水來自凝補(bǔ)水系統(tǒng)，通過電磁閥自動(dòng)補(bǔ)充真空泵正常運(yùn)行所需水量。真空泵設(shè)有溢流閥，確保真空泵水位控制在允許水位。真空泵電機(jī)為湘潭電機(jī)廠生產(chǎn)，功率為160kW，真空泵與電機(jī)采用剛性柱銷聯(lián)軸器。每臺(tái)機(jī)組裝有2 臺(tái)真空泵，當(dāng)一臺(tái)真空泵故障跳閘后，聯(lián)鎖另一臺(tái)真空泵啟動(dòng)，確保機(jī)組真空穩(wěn)定。

2 汽輪機(jī)系統(tǒng)真空泵投產(chǎn)運(yùn)行后發(fā)生的故障

蘇州和順泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的2BW4353-0EK4型真空泵在投產(chǎn)運(yùn)行的1年多時(shí)間里，真空泵多次出現(xiàn)故障，經(jīng)過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)真空泵缺陷共計(jì)190次，冷卻器海水側(cè)多次濾網(wǎng)堵塞，冷卻水濾網(wǎng)壓差高。通過對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)，效果有所好轉(zhuǎn)，但仍然存在以下問題：

（1）2010年10月31 日，1、2號(hào)機(jī)組4臺(tái)真空泵由于冷卻器溫度高，真空泵發(fā)生汽蝕，采用接臨時(shí)水源消防水進(jìn)行冷卻，主要原因是冷卻器堵塞。

（2）2010年9月24日，1號(hào)機(jī)組11真空泵非驅(qū)動(dòng)端盤根大量漏水，真空泵自由端軸套運(yùn)行中竄出，緊急停泵進(jìn)行檢修，主要原因是軸套加工工藝差，定位螺釘松動(dòng)。該軸套主要是配合盤根密封真空泵，盤根正常完好。經(jīng)過停泵檢查發(fā)現(xiàn)真空泵軸套位移約3～5mm。真空泵軸套內(nèi)徑為150mm，軸套與真空泵泵軸屬于過渡配合，就是說軸套可以在不加熱的情況下，輕松用銅棒敲擊裝入泵軸，軸向定位主要依靠M6螺釘固定，由于螺釘松脫使得在運(yùn)行中真空泵軸套竄出。由于軸套螺釘處于泵端蓋內(nèi)凹窩處，在水泵不拆開大修的情況下無法安裝螺釘及拆卸軸套，為此采取臨時(shí)捻打方式固定真空泵軸套，回裝盤根壓蓋，經(jīng)過試轉(zhuǎn)運(yùn)行正常。

（3）2010年6月28日，2號(hào)機(jī)組21真空泵驅(qū)動(dòng)端軸承與非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)大，垂直振動(dòng)0.17mm，且驅(qū)動(dòng)端軸承有異音，停泵進(jìn)行檢修。2010年5月24日，1號(hào)機(jī)組12真空泵非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)大，就地測量為0.18mm，停泵進(jìn)行檢修。解體后發(fā)現(xiàn)葉輪汽蝕嚴(yán)重。

（4）2013 年11 月2 日，2 號(hào) 機(jī) 組 負(fù) 荷 由225 MW升至310 MW 后，凝汽器真空逐漸呈下降趨勢，真空1點(diǎn)由93.39kPa最低降至88.2kPa，真空2點(diǎn)由-94.4kPa最低降至-92.07kPa，21真空泵電流由216A 逐漸升至234A，凝泵入口溫度由39℃逐漸升至47℃，立即就地檢查，手動(dòng)將負(fù)荷降至275 MW，啟動(dòng)22真空泵，停運(yùn)21真空泵，機(jī)組真空正常。檢查發(fā)現(xiàn)21真空泵入口管道靠近真空泵泵體位置抗汽蝕噴嘴由于汽水兩相流的作用，接管絲扣位置管壁減薄，運(yùn)行中斷裂。真空泵抗汽蝕噴嘴材質(zhì)為黃銅，由于汽水兩相流的作用造成汽蝕，使得管壁減薄接口斷裂。經(jīng)過更換不銹鋼材質(zhì)的抗汽蝕噴嘴，情況有所好轉(zhuǎn)。

蘇州和順泵業(yè)有限公司的2BW4353-0EK4型真空泵存在的主要問題是噪音大、葉輪運(yùn)行中多次出現(xiàn)裂紋、葉輪汽蝕嚴(yán)重、泵體振動(dòng)大、真空低、抽氣能力小、能耗高。在真空泵運(yùn)行及檢修中多次發(fā)現(xiàn)真空泵缺陷，葉輪頻繁出現(xiàn)裂紋。廠家目前已經(jīng)停止生產(chǎn)真空泵。

噪音大、葉輪有裂紋是真空泵的設(shè)計(jì)、制造和選材等幾方面原因造成的，現(xiàn)在使用的真空泵由于設(shè)計(jì)原因，葉輪裂紋的產(chǎn)生是不可避免、不可控制、不可預(yù)測的。當(dāng)裂紋達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)突然斷裂，導(dǎo)致故障停機(jī)。真空度低會(huì)影響發(fā)電效率，由于現(xiàn)有真空泵在低真空時(shí)抽氣量大，在高真空時(shí)氣量衰減嚴(yán)重，而凝汽器需要的是高真空，氣量的衰減是導(dǎo)致真空度低的主要原因?；谝陨显?，對(duì)真空機(jī)組進(jìn)行改造，以消除葉輪斷裂導(dǎo)致故障停機(jī)的可能性，確保機(jī)組安全發(fā)電。

3 汽輪機(jī)配套真空系統(tǒng)真空泵的調(diào)查

（1）國內(nèi)針對(duì)大型發(fā)電企業(yè)提供配套真空泵的主要有佛山真空泵等國產(chǎn)平圓盤真空泵、日本鶴見集團(tuán)生產(chǎn)的鶴見真空泵及NASH 真空泵。目前600 MW 機(jī)組及1000 MW 機(jī)組大多采用可靠性較好的NASH 真空泵及日本鶴見集團(tuán)生產(chǎn)的鶴見真空泵。NASH 真空泵轉(zhuǎn)子也有輕微汽蝕情況，但是使用周期長，汽蝕經(jīng)過處理后能夠滿足長周期運(yùn)行要求。

（2）凝汽器真空泵的選用原則是在高真空時(shí)抽氣量要大、不容易發(fā)生氣蝕，盡可能用最好的品牌以保證系統(tǒng)的安全、高效、穩(wěn)定。十多年來，國內(nèi)外的大型新建電廠大部分都是采用NASH 真空泵及日本鶴見集團(tuán)生產(chǎn)的雙級(jí)鶴見真空泵，用戶普遍反映運(yùn)行良好。

（3）單級(jí)真空泵和雙級(jí)真空泵有各自的應(yīng)用領(lǐng)域。單級(jí)真空泵在低真空時(shí)抽氣量大，在高真空時(shí)氣量衰減嚴(yán)重。雙級(jí)真空泵在低真空時(shí)抽氣量小，在高真空時(shí)衰減沒有那么多。凝汽器在高真空度下運(yùn)行，所以用雙級(jí)泵比用單級(jí)泵好。

從以上考察結(jié)果來看，建議將現(xiàn)用的單級(jí)泵改為雙級(jí)泵。十多年來國內(nèi)外的大型新建電廠大部分都是用雙級(jí)泵，用戶普遍反映雙級(jí)泵的真空度更有保證。

4 原真空泵運(yùn)行中存在的問題及改造必要性

（1）真空泵冷卻器換熱面積偏小，真空泵工作液溫度夏季偏高。真空泵的性能與所抽吸氣體的狀態(tài) （壓力、溫度）和工作液的溫度關(guān)系密切。

圖1 工作液溫度對(duì)真空泵性能的影響關(guān)系

從圖1中可以看出，工作液溫度對(duì)真空泵性能影響很大，尤其是在抽氣壓力比較低的情況下影響更加明顯，而發(fā)電廠中真空泵的抽氣壓力恰好在此范圍之內(nèi)。因此，要重視真空泵工作液的溫度。國華惠州熱電分公司真空泵冷卻器由于采用海水冷卻，冷卻器容易堵塞及滋生海生物，原真空泵冷卻器面積設(shè)計(jì)偏小，造成真空泵密封水溫度在夏季很容易達(dá)到30℃以上，影響了真空泵的真空度，很容易造成真空泵汽蝕。

（2）原真空泵為單級(jí)平原盤真空泵，雙吸入口、雙排出口、頂排式。雙吸入口直接接到凝汽器排汽管道上，雙排出口通過一根管直接接到汽水分離器上。真空泵端部各設(shè)有一個(gè)分配器，分配器上裝有排汽閥板，閥板采用塑料制品，極易疲勞損壞掉真空。入口管道靠近真空泵泵體位置設(shè)有抗汽蝕噴嘴，經(jīng)常由于汽水兩項(xiàng)流沖蝕而損壞。這種單級(jí)泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抽氣量衰減非?？臁?/p>

（3）原真空泵經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)大的問題，主要是原真空泵聯(lián)軸器采用彈性柱銷聯(lián)軸器，真空泵傳遞功率較大，彈性柱銷聯(lián)軸器的柱銷經(jīng)常磨損，容易造成聯(lián)軸器傳遞負(fù)荷波動(dòng)，同時(shí)真空泵汽蝕造成轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡，使得真空泵軸承振動(dòng)值超標(biāo)。

（4）原真空泵葉片經(jīng)常發(fā)生汽蝕，而且汽蝕嚴(yán)重。真空泵防止汽蝕的方法是從冷卻器工作液管道引一路水源通過帶有旋轉(zhuǎn)噴霧葉輪的噴水裝置噴到真空泵側(cè)蓋進(jìn)氣口，降低工作液溫度，防止真空泵汽蝕，但是旋轉(zhuǎn)噴霧葉輪采用黃銅制成，經(jīng)常由于磨損損壞，使得霧化效果差，使得真空泵汽蝕。

蘇州和順真空泵在運(yùn)行過程中陸續(xù)出現(xiàn)了多種缺陷，如：運(yùn)行中軸套竄出、大修中發(fā)現(xiàn)葉輪輪轂及葉片多處裂紋、經(jīng)常發(fā)現(xiàn)葉輪汽蝕、真空泵泵體噪音大、呼吸板經(jīng)常損壞、分配器汽蝕，運(yùn)行不到2年便陸續(xù)出現(xiàn)這些問題已經(jīng)成為安全生產(chǎn)的隱患。

5 真空泵改造方案

（1）增加換熱面積，降低真空泵工作液溫度。由于真空泵換熱器溫度對(duì)真空泵影響較大，為此在設(shè)計(jì)真空泵時(shí)保持換熱器采用管式換熱器，換熱器所有有可能接觸海水部位均應(yīng)為耐海水結(jié)構(gòu)，換熱管材質(zhì)要采用耐海水腐蝕的鈦 （Ti），換熱面積采取裕量大于20%，就是說在換熱器堵管20%的情況下，換熱器在夏季能夠保持真空泵工作液溫度不超標(biāo)準(zhǔn)。管式換熱器生產(chǎn)廠家為茂港電力設(shè)備廠。換熱器管側(cè)及殼側(cè)設(shè)置排氣口及排氣閥，確保換熱器內(nèi)氣體可以排凈。換熱器管側(cè)及殼側(cè)設(shè)置放水口，便于檢修時(shí)將內(nèi)部存水排凈。同時(shí)工作液采用離心泵進(jìn)行循環(huán)，提高了管式換熱器的換熱效果，進(jìn)一步降低了真空泵工作液的溫度。由于工作液采用強(qiáng)制循環(huán)，真空泵內(nèi)有一部分多余工作液，通過加裝第一級(jí)泵殼到第二級(jí)出口排氣管上小徑管，排除多余水量，確保真空泵工作液保持在標(biāo)準(zhǔn)水位。

（2）將原來的單級(jí)平原盤真空泵改成雙級(jí)泵。采用雙級(jí)真空泵，雙級(jí)真空泵性能曲線下降平緩，高真空下仍具有較大的氣量，工作狀態(tài)穩(wěn)定，保持凝汽器的最低背壓和高真空下的抽氣量，效率高，節(jié)能效果明顯。而且雙級(jí)泵的每一級(jí)的壓縮比減少，工作液溫升小，有利于真空泵防止汽蝕。消除了汽蝕，也就消除了水泵的噪音。

（3）將原來真空泵彈性柱銷聯(lián)軸器改為蛇形彈簧聯(lián)軸器，消除了由于彈性柱銷磨損使得電動(dòng)機(jī)與真空泵連接不穩(wěn)定，從而造成真空泵振動(dòng)的問題。改造后聯(lián)軸器型號(hào)為JS109。

（4）采用氣體保護(hù)設(shè)計(jì)，防止真空泵汽蝕。水環(huán)式真空泵屬容積式類泵。轉(zhuǎn)子在真空泵泵體中偏心安裝，當(dāng)真空泵運(yùn)行時(shí)，把液體當(dāng)作活塞，液體冷卻氣體，液體冷凝蒸汽。當(dāng)真空泵液體充滿和排空每個(gè)旋轉(zhuǎn)腔，即氣體吸入，然后壓縮、膨脹，壓縮、再膨脹。此時(shí)，對(duì)氣體來說，不斷地被壓縮、膨脹，再壓縮、再膨脹，當(dāng)氣體要被壓縮到一級(jí)缸體即要出口時(shí)，而沒有出一級(jí)缸體瞬間前，此時(shí)，相對(duì)來說氣體的壓力高、溫度高、氣量是最小的，具備了汽蝕條件，也就是說，液體極易在缸體內(nèi)產(chǎn)生汽化影響，沖擊造成對(duì)葉輪工作表面直接汽蝕，會(huì)出現(xiàn)典型汽蝕現(xiàn)象。為此專門設(shè)計(jì)了防汽蝕裝置。防汽蝕裝置的機(jī)理是，水環(huán)式真空泵運(yùn)行時(shí)，從分離罐連結(jié)的管中引入一根大氣管，大氣管上裝有6mm 孔板。直接引入到一級(jí)缸體較為理想的出口處，當(dāng)氣體要被壓縮到一級(jí)缸體即要出口時(shí)，吸入部分大氣，直接引入到一級(jí)缸體內(nèi)，來破壞液體在缸體內(nèi)受到氣體沖擊的汽蝕，同時(shí)，葉輪表面形成氣體保護(hù)層，從而保護(hù)了水環(huán)式真空泵的葉輪運(yùn)行時(shí)不易汽蝕。同時(shí)選用了防汽蝕的不銹鋼葉輪材料，具有良好的防汽蝕性，以達(dá)到防汽蝕設(shè)計(jì)要求。

（5）1、2號(hào)機(jī)組拆除原來的11真空泵組及21真空泵組，更換為上海鶴見公司生產(chǎn)的200EVMA雙級(jí)真空泵。保留原來的12、22真空泵作為備用。

更換的200EVMA 雙級(jí)真空泵與原來的真空泵在運(yùn)行倒泵切換時(shí)可以正常切換，因此每臺(tái)機(jī)組改造一臺(tái)保留一臺(tái)的方式可以滿足機(jī)組運(yùn)行需要。由于機(jī)組更換了安全性更好的一臺(tái)200EVMA 雙級(jí)真空泵，即使原有真空泵出現(xiàn)故障跳泵，200EVMA 雙級(jí)真空泵聯(lián)動(dòng)也不會(huì)影響機(jī)組真空，從而提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。真空泵的地腳螺栓位置與原真空泵地腳螺栓一致，不需要重新安裝地腳螺栓。

（6）改造后鶴見真空泵及電機(jī)主要參數(shù)。真空泵型號(hào)為200EVMA；級(jí)數(shù)2 級(jí)；壓縮比為1∶5（第一級(jí)）和1∶6 （第二級(jí)）；真空泵極限真空度為3.3kPa；泵轉(zhuǎn)速為590r／min。電動(dòng)機(jī)為上海上電電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為：Y2-355M2-10；功率為132kW；電壓為380 V；額定電流為269 A；功率因數(shù)為0.79。真空泵的工作液循環(huán)泵為上海第一水泵廠生產(chǎn)的型號(hào)為：IS65-50-125電機(jī)離心泵；電機(jī)功率為3kW；轉(zhuǎn)數(shù)為2900rpm；揚(yáng)程為20m；流量為25m3／h。

6 真空泵改造后的運(yùn)行效果

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

200EVMA 真空泵安裝投入運(yùn)行后真空泵電機(jī)電流降低34A，機(jī)組真空提高0.3～0.4kPa，經(jīng)濟(jì)效益顯著。真空泵軸承振動(dòng)0.04 mm，達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。真空泵噪音小于50分貝。

1號(hào)機(jī)組改造后電流降低34A，由于真空泵定期切換運(yùn)行，全年運(yùn)行時(shí)間為365×24／2=4380h。

2號(hào)機(jī)組改造后電流降低15A，由于真空泵定期切換運(yùn)行，全年運(yùn)行時(shí)間為365×24／2=4380h。

機(jī)組負(fù)荷率按照80%計(jì)算：1號(hào)機(jī)組節(jié)省電量為1.732×0.85×380×34×4380×0.8=66648.96 kW·h；2號(hào)機(jī)組節(jié)省電量為1.732×0.85×380×15×4380×0.8=29403.95kW·h；真空泵改造后1、2號(hào)機(jī)組全年可節(jié)省電量96052kW·h，按照0.5元／kW·h計(jì)算，全年可節(jié)省電量4.8萬元。

按照300 MW 等級(jí)機(jī)組真空每提高1kPa，可以節(jié)省煤耗3g／kW·h計(jì)算，1、2號(hào)機(jī)組可降低煤耗0.8～1.2g／kW·h，全年按照機(jī)組負(fù)荷率80%計(jì)算，煤耗按照0.8g／kW·h計(jì)算，全年可節(jié)省標(biāo)煤1851t，按照850元／t計(jì)算，全年可節(jié)省人民幣157.3 萬元。2 臺(tái)機(jī)組全年可節(jié)省人民幣314.6萬元，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

6.2 社會(huì)效益

1、2號(hào)機(jī)組真空泵更換一臺(tái)后，提高了機(jī)組真空泵運(yùn)行的安全性，提高了機(jī)組的可靠性、安全性及經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。