給水泵機(jī)械密封對(duì)汽輪機(jī)熱耗試驗(yàn)的影響

黎石竹，徐婷婷，單紹榮，韓強(qiáng)，于丁一

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

給水泵機(jī)械密封對(duì)汽輪機(jī)熱耗試驗(yàn)的影響

黎石竹，徐婷婷，單紹榮，韓強(qiáng)，于丁一

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

現(xiàn)代大型火力發(fā)電廠給水泵通常采用機(jī)械密封方式，由于安裝水平、運(yùn)行調(diào)整等因素，給水泵密封水流量的代數(shù)和通常不為零，從而導(dǎo)致機(jī)組熱耗上升。本文采用等效焓降法分析給水泵密封水流量對(duì)機(jī)組熱耗的影響，并分析性能試驗(yàn)中給水泵密封水流量測(cè)量對(duì)試驗(yàn)不確定度的影響；同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組進(jìn)行實(shí)測(cè)調(diào)整，控制給水泵密封水流量，達(dá)到降低機(jī)組熱耗及性能試驗(yàn)不確定度的目的。

機(jī)械密封；等效焓降；熱耗；不確定度

0 引言

現(xiàn)代大型火電廠給水泵通常采用機(jī)械密封方式，用以保證泵在運(yùn)行時(shí)密封水不進(jìn)入泵而且泵送水不泄露出來。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于安裝水平，運(yùn)行調(diào)整，機(jī)組負(fù)荷變化等原因，采用機(jī)械密封這一方式，不能保證密封水與泵的交換流量為零，這將導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行熱耗增大；同時(shí)在汽輪機(jī)性能試驗(yàn)時(shí)，需要采用超聲波流量計(jì)測(cè)量給水泵密封水流量，這將帶來流量測(cè)量的不確定度增加。

1 給水泵機(jī)械密封方式

某電廠3×142MW機(jī)組，回?zé)嵯到y(tǒng)為2高4低1除氧，每臺(tái)機(jī)組配套2臺(tái)給水泵，1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用，A/B給水泵均采用機(jī)械密封方式，密封水由凝結(jié)水母管引出供入給水泵機(jī)械密封，密封水通過密封件時(shí)，水在軸與密封件之間形成水膜，防止泵體內(nèi)的高壓水在軸與密封件的間隙處外泄，同時(shí)高溫給水熱量通過密封水回水帶出。A/B泵均有一路回水通過水封直接回到凝汽器，另有一路匯合后再回至凝汽器。

2 密封水流量對(duì)熱耗的影響

機(jī)械密封水在熱耗計(jì)算中為直接附加在主給水流量中，由此帶來的熱耗增加不可忽略，機(jī)械密封水流量的將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組熱耗增大。機(jī)組熱平衡圖如圖1所示。

根據(jù)等效焓降理論，給水泵密封水進(jìn)入泵，等效于凝結(jié)水未經(jīng)過軸封加熱器、低壓加熱器及除氧器，直接從進(jìn)入高加入口。這樣的補(bǔ)水方式將引起新蒸汽的做功能力變化。其變化為：

圖1 某電廠142MW機(jī)組熱平衡圖

式中ΔHbs—新蒸汽等效熱降變化，kJ/kg；

αbs—補(bǔ)水率，%；

tm-1—給水泵出水焓，kJ/kg；

tbs—補(bǔ)水焓，kJ/kg；

ηm—#2高加抽汽效率，%；

τr—低于#2高加的加熱器凝結(jié)水焓升，kJ/kg；

ηr—低于#2高加的加熱器抽汽效率，%。

由熱平衡圖及上述公式，可得密封水流量1t/h影響新蒸汽等效熱降0.22kJ/kg，新蒸汽等效熱降為1248.8kJ/kg，設(shè)計(jì)熱耗為8338kJ/kg。密封水流量1t/h影響熱耗1.45kJ/kg。

對(duì)于泵送水泄漏，根據(jù)等效焓降理論，屬于系統(tǒng)工質(zhì)損失。其對(duì)新蒸汽做功能力變化為

密封水流量-1t/h影響新蒸汽等效熱降0.237 kJ/kg。密封水流量-1t/h影響熱耗1.58kJ/kW·h。

可見密封水流量變化將影響機(jī)組熱耗。因此必須摸清機(jī)械密封水流量與密封水進(jìn)水調(diào)門開度的關(guān)系，指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行調(diào)整，以減少機(jī)組熱耗。

3 密封水流量與密封水進(jìn)水壓力的關(guān)系

在對(duì)142MW機(jī)組熱耗摸底試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，給水泵密封水流量有較大變化，3臺(tái)機(jī)組進(jìn)出給水泵流量從-8-9t/h（負(fù)號(hào)為泵進(jìn)水回到凝汽器）變化。密封水流量的調(diào)整主要通過密封水進(jìn)水閥門開度（進(jìn)水壓力）來調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)在機(jī)組滿負(fù)荷工況下，采用富士FORTAFLOW-S10C1-00C超聲波流量計(jì)測(cè)量兩臺(tái)泵密封水進(jìn)出水流量，得出密封水流量與密封水進(jìn)水壓力的關(guān)系，見表1。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制滿負(fù)荷工況機(jī)組密封水流量與密封水進(jìn)水壓力關(guān)系圖表，如圖2所示。

由圖2可見，A/B泵進(jìn)水流量隨著密封水進(jìn)水壓力增加而增加，A/B泵各自回水分管流量基本無變化，A/B泵回水總管流量基本無變化。由此推斷，密封水流量主要影響因素為密封水進(jìn)水流量。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)以及繪制的關(guān)系曲線可知，在適當(dāng)?shù)倪M(jìn)水壓力調(diào)整下，密封水流量可以達(dá)到密封水不進(jìn)入泵而且泵送水不泄露出來的設(shè)計(jì)目的，從而達(dá)到降低運(yùn)行熱耗的目的。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中同時(shí)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組負(fù)荷下降時(shí)，同樣的閥門開度，由于凝結(jié)水泵為變頻運(yùn)行，凝結(jié)水母管壓力下降，密封水進(jìn)水壓力同時(shí)下降。從而負(fù)荷下降時(shí)，密封水流量往負(fù)值減小。這就需要在變負(fù)荷時(shí)重新調(diào)整密封水進(jìn)水壓力。

表1 滿負(fù)荷工況機(jī)組密封水流量與密封水進(jìn)水壓力測(cè)量

圖2 滿負(fù)荷工況機(jī)組密封水流量與密封水進(jìn)水壓力關(guān)系

4 測(cè)量給水泵密封水引起的熱耗測(cè)量不確定度

國內(nèi)汽輪機(jī)性能試驗(yàn)中通常采用ASME PTC4-2004 汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)于主流量測(cè)量，采用0.05%精度等級(jí)的差壓變送器；給水泵密封水測(cè)量通常使用超聲波流量計(jì)，精度為2.5%。

對(duì)于此142MW機(jī)組，主給水流量約425t/h，采用不確定度分析方法，得到系統(tǒng)不確定度與測(cè)量值之間的關(guān)系，見表2。

由表2可見，對(duì)于采用0.05精度等級(jí)的壓差測(cè)量，導(dǎo)致熱耗系統(tǒng)不確定度為4.17kJ/kW·h，而采用超聲波流量計(jì)測(cè)量的密封水，當(dāng)測(cè)量值為1t/h，導(dǎo)致的熱耗系統(tǒng)不確定度就達(dá)到4.91kJ/kW·h，由此可見，在進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí)，為減少測(cè)量不確定度，尤其需要注意密封水總流量的調(diào)整，避免此處采用超聲波測(cè)量引起的系統(tǒng)不確定度急劇上升；根據(jù)表2計(jì)算給水泵密封水流量控制到0.2t/h附近，帶來的熱耗系統(tǒng)不確定度為1.37kJ/kW·h，引起的試驗(yàn)熱耗不確定度較小。

表2 主給水流量及密封水總流量對(duì)測(cè)量不確定度的影響

5 結(jié)語

（1）對(duì)于確定的機(jī)組，可以通過測(cè)量密封水流量與密封水進(jìn)水壓力的關(guān)系曲線，調(diào)整密封水進(jìn)水壓力，來達(dá)到給水泵密封水進(jìn)出流量代數(shù)和為零。尤其在機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)過程中，對(duì)于變頻凝結(jié)水泵，需要重新調(diào)整密封水進(jìn)水壓力。

（2）在實(shí)際的電廠運(yùn)行中，運(yùn)行人員通常會(huì)忽視給水泵密封水對(duì)熱耗的影響，只要給水泵密封水回水溫度不超溫，不再調(diào)整密封水進(jìn)水壓力。而長時(shí)間的運(yùn)行，機(jī)械密封的間隙越來越大，密封水進(jìn)入泵或者泵送水泄漏流量將越來越大，從而導(dǎo)致機(jī)組熱耗上升。因此，建議電廠運(yùn)行一段時(shí)間后，或者機(jī)組大修后最好能夠進(jìn)行密封水進(jìn)水壓力調(diào)整試驗(yàn)，從而有針對(duì)性的調(diào)整機(jī)組給水泵密封水進(jìn)水壓力，達(dá)到機(jī)械密封進(jìn)出流量代數(shù)和為零，降低機(jī)組熱耗的目的。

（3）當(dāng)進(jìn)行汽輪機(jī)性能試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于給水泵采用機(jī)械密封方式的機(jī)組，在試驗(yàn)前，需要調(diào)整給水泵密封水總流量，盡可能調(diào)整密封水總流量接近零，避免此處流量引起的試驗(yàn)不確定度急劇增大。

[1] 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.

[2] 閆哲.大型電動(dòng)給水泵機(jī)械密封泄漏的原因分析及處理[J].電力學(xué)報(bào)，2006，21（3）：341-343.

[3] 付昶. ASME PTC6-2004 汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程[M].北京：中國電力出版社，2015.

修回日期：2016-11-16

Impact of Feed Pump on the Turbine heat Consumption test

LI Shi-zhu，XU Ting-ting，SHAN Shao-rong，HAN Qiang，YU Ding-yi
（Huadian Electric Power Research Insstitute，Hangzhou 310030，China）

The feed pump designed in the large thermal power plant usually takes mechanical seal method. As a result of the installation level, operation adjustment and other factors, normally the algebraic sum of seal water flow is not zero which leads the unit heat consumption rising. This paper uses equivalent enthalpy drop method to analyze the influence of seal water flow on the unit heat consumption and the performance test uncertainty. At the same time, by adjusting and measuring on the field units, control the seal water flow to reduce the unit heat consumption and achieve the performance test uncertainty.

mechanical seal；equivalent enthalpy drop method；heat consumption；performance test uncertainty

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.013

TK262

B

2095-3429（2016）06-0047-03

黎石竹（1987-），男，安徽六安人，碩士研究生，工程師，主要從事火力發(fā)電廠性能考核試驗(yàn)工作。

2016-08-28