大容量給水泵迷宮式密封水的回收方式及對比

葛 鵬

（西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所，陜西西安710032）

大容量給水泵迷宮式密封水的回收方式及對比

葛 鵬

（西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所，陜西西安710032）

針對國內(nèi)火電機(jī)組中大容量單臺給水泵已大量投入運(yùn)行的趨勢，結(jié)合了工程實(shí)例，對大容量給水泵的密封水回收方式進(jìn)行了比較和分析。從確保機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，評價(jià)了各種密封水回收方式的優(yōu)劣，為同類型機(jī)組的設(shè)計(jì)及技術(shù)改造提供參考。

超超臨界；給水泵；大容量；迷宮式；密封水、多級水封；回水箱；回收方式

0　概述

目前，600 MW及以上機(jī)組配備的大容量給水泵的軸端密封形式，主要采用了反螺旋注射式迷宮密封和機(jī)械密封兩種形式。

機(jī)械密封常采用快裝盒式流體動(dòng)力的機(jī)械密封，利用自給水泵循環(huán)沖洗，不需要外供凝結(jié)水，減少了因凝結(jié)斷水而引發(fā)燒毀軸瓦的現(xiàn)象。機(jī)械密封裝置一般在制造廠內(nèi)就已安裝好，并經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)整，所以，在施工現(xiàn)場的工作量較小。當(dāng)給水泵運(yùn)行時(shí)，機(jī)械密封室的冷卻器對來自外部的清潔水進(jìn)行冷卻。采用機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn)是泄漏少，效率高；缺點(diǎn)是易磨損、檢修工藝要求較高，檢修維護(hù)的工作量大，使用壽命較短，維護(hù)成本相對較高。另外，在夏季環(huán)境溫度較高的工況下，常出現(xiàn)“機(jī)械密封水溫度高”的故障，有時(shí)機(jī)組被迫降負(fù)荷運(yùn)行。另一方面，當(dāng)機(jī)械密封被磨損后，導(dǎo)致泄漏的給水順泵軸串入軸承室，使?jié)櫥突烊氪罅克?，引起油質(zhì)惡化。為保證機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)階段的大容量給水泵的軸封，一般不采用機(jī)械密封形式。

迷宮式密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個(gè)依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮間隙時(shí)，產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。迷宮式密封廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的軸端和各級間的密封。反螺旋注射式迷宮密封是在水泵軸套的外表面，加工了數(shù)條指向內(nèi)側(cè)的螺旋槽，而在固定襯套的內(nèi)表面上，加工了與軸套螺旋方向相反的螺旋槽。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槽相對運(yùn)動(dòng)，類似螺旋槽泵，使流體產(chǎn)生壓頭，阻止泵內(nèi)流體外泄。由于軸套與固定襯套之間存在徑向間隙，仍有部分流體會(huì)通過螺紋齒頂向外泄漏。為避免泵內(nèi)高溫水泄漏汽化，必須由外部注入低溫密封水。該密封水一部分通過螺旋槽旋轉(zhuǎn)送至軸端密封內(nèi)側(cè)，阻止泵內(nèi)流體外流，另一部分與少量經(jīng)密封間隙外流的高溫水混合后，形成密封回水。

1　迷宮式密封水供水及回收系統(tǒng)

1.1 密封水的供水調(diào)節(jié)方式

設(shè)計(jì)時(shí)，為確保密封水水源的穩(wěn)定，一般采用凝結(jié)水作為密封水的供水水源。在實(shí)際運(yùn)行中，特別是在新機(jī)組調(diào)試過程中，除氧器的上水量忽然增大或減小時(shí)，凝結(jié)水母管的壓力波動(dòng)較快，密封水調(diào)節(jié)閥的即時(shí)調(diào)節(jié)跟不上，致使密封水的壓差波動(dòng)，造成給水泵跳閘或造成了軸端冒水，也使水混入了潤滑油。目前，電廠常采用某些措施進(jìn)行改進(jìn)。

（1）改善密封水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。

（2）在密封水壓差小跳給水泵的保護(hù)上，增加一定時(shí)間的延時(shí)。

（3）在密封水壓差小跳給水泵的保護(hù)上，增加密封水回水溫度高的條件。

為提高機(jī)組效率，給水泵密封水作為清潔水源必須回收，在通常的方案設(shè)計(jì)中，密封水被回收至凝汽器。選擇給水泵密封水回收系統(tǒng)時(shí)，必須考慮兩方面的問題，一方面需考慮密封水回水的通暢，否則，密封水將通過給水泵軸頸進(jìn)入與之相連的軸承回油中，從而引起給水泵油中進(jìn)水，影響給水泵的安全運(yùn)行；另一方面，密封水至凝汽器管道的密封必須嚴(yán)實(shí)可靠，否則將影響凝汽器的真空度。

1.2 密封水回收系統(tǒng)的主要形式

迷宮形式密封水回收系統(tǒng)主要有三種形式。

（1）單級U形水封密封水回收系統(tǒng)。

（2）多級U形水封密封水回收系統(tǒng)。

（3）帶水箱的密封水回收系統(tǒng)。

單級U形水封密封水回收系統(tǒng)的運(yùn)行比多級水封系統(tǒng)更穩(wěn)定。在多級水封中，只要有一級水封被破壞，就會(huì)造成整個(gè)水封管都被擊穿；但單級水封管較長，布置較困難。根據(jù)設(shè)計(jì)方案的不同，在機(jī)組初建時(shí)，至少需要預(yù)埋10m多的水封套管。有不少機(jī)組在初建時(shí)，因?yàn)槁┞?、錯(cuò)埋水封套管而無法實(shí)施密封水的回收，因此，現(xiàn)在此類方案很少被采用。對于多級U形水封系統(tǒng)，從原理上講，多級U形水封相當(dāng)于多套單級水封的疊加，其優(yōu)點(diǎn)是布置方便，是目前多數(shù)電廠選用的回收密封水方式。但對多個(gè)電廠的調(diào)查結(jié)果表明，多級水封管的正常運(yùn)行涉及到水封管的高度設(shè)計(jì)、管徑選擇、密封水的壓力控制等問題，當(dāng)某一環(huán)節(jié)出了問題，將會(huì)影響到設(shè)備的正常運(yùn)行。對于帶水箱的密封水回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)需專門設(shè)置回收水箱（容積約0.5 m3），為保證密封水回水通暢，設(shè)備一般布置在凝汽器坑底或者汽機(jī)房零米處，給水泵密封水的回水，通過重力自流匯集到回收水箱。在水箱的底部，增設(shè)一管道與凝汽器汽側(cè)相連，水箱內(nèi)的密封水回水通過凝汽器的負(fù)壓作用，被“吸”入凝汽器熱井。通過安裝在水箱至凝汽器管道上的水位調(diào)節(jié)閥，控制水箱水位，防止水位過高溢流或水位過低影響凝汽器的真空度。

2　帶水箱密封水回收系統(tǒng)的優(yōu)勢

多級水封因系統(tǒng)簡單，完全利用物理原理進(jìn)行密封水回收，不需要額外增加控制系統(tǒng)，使用維護(hù)成本較低，因此受到設(shè)計(jì)單位及建設(shè)單位青睞。在國內(nèi)投產(chǎn)機(jī)組中，常選用多級水封系統(tǒng)進(jìn)行給水泵密封水的回收。隨著近年大容量機(jī)組大量建設(shè)投產(chǎn)，為提高機(jī)組效率，越來越多的機(jī)組采用了單臺100%容量給水泵。因?yàn)闆]有備用給水泵，所以對單臺給水泵穩(wěn)定運(yùn)行的要求很高。密封水是給水泵穩(wěn)定運(yùn)行的主要介質(zhì)，水封系統(tǒng)的穩(wěn)定性也顯得尤為重要。多級水封完全利用物理原理進(jìn)行回收，當(dāng)工況劇變，如機(jī)組發(fā)生RB、甩負(fù)荷及FCB等情況時(shí)，給水泵轉(zhuǎn)速、給水壓力、凝結(jié)水壓力、凝汽器真空度均會(huì)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，從而使密封水回水流量、壓力均會(huì)隨之發(fā)生變化，極易造成多級水封破壞，從而進(jìn)一步影響機(jī)組的真空度，甚至?xí)l(fā)機(jī)組跳機(jī)。

帶水箱密封水回收系統(tǒng)中水箱的水位，可通過水位調(diào)節(jié)閥控制。當(dāng)機(jī)組發(fā)生劇烈工況變化時(shí)，獨(dú)立的回收水箱可以起到緩沖作用，給水壓力、凝結(jié)水壓力、凝汽器真空度的變化，不會(huì)通過給水泵密封水系統(tǒng)產(chǎn)生相互影響，從而使機(jī)組可以快速恢復(fù)穩(wěn)定，確保機(jī)組的運(yùn)行安全。

3　兩種密封水回收系統(tǒng)的優(yōu)劣對比

為了對比帶水箱回收系統(tǒng)與多級水封回收系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行中的優(yōu)劣，現(xiàn)以國內(nèi)某型2×660 MW超超臨界機(jī)組4號機(jī)與某型2×1 000 MW超超臨界機(jī)組的5號機(jī)為對象，在機(jī)組50%甩負(fù)荷工況下，對給水泵密封水系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比，從而直觀地了解兩種回收方式的優(yōu)劣。

某電廠二期2×660 MW超超臨界機(jī)組四號機(jī)，采用HDB型雙殼體100%容量鍋爐給水泵，水泵采用了迷宮式密封，密封水由凝結(jié)水母管供給，在汽機(jī)房零米處設(shè)置了回水箱，回收密封水。某電廠三期2×1 000 MW超超臨界機(jī)組的5號機(jī)，采用HZB型雙殼體50%容量給水泵，水泵也采用了迷宮式密封，密封水由凝結(jié)水母管供給，由布置在汽機(jī)房凝泵坑的多級水封系統(tǒng)進(jìn)行回收。

2014年7月，某電廠二期2×660MW超超臨界機(jī)組4號機(jī)組在投入商業(yè)運(yùn)行前，該機(jī)組進(jìn)行了50%甩負(fù)荷試驗(yàn)，給水泵密封回收水箱的水位穩(wěn)定維持在650 mm（水位變送器量程為0～1 000 mm），給水泵軸端未發(fā)生回水不及等冒水事故，給水泵運(yùn)行穩(wěn)定，其他詳細(xì)參數(shù)，如表1所示。2015年4月，某電廠三期2×1 000 MW超超臨界機(jī)組5號機(jī)投入商業(yè)運(yùn)行前，機(jī)組也進(jìn)行了50%甩負(fù)荷試驗(yàn)，給水泵的多級水封被破壞，因密封水回水管道與凝汽器真空系統(tǒng)聯(lián)通，給水泵的潤滑油通過軸間隙吸入密封水回水系統(tǒng)，造成大量潤滑油進(jìn)入密封水回水匯入凝汽器，凝結(jié)水被污染，造成精處理前置過濾器濾元件污染。為了清除油污，機(jī)組被迫重新對凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)行堿洗，嚴(yán)重影響了機(jī)組的投產(chǎn)進(jìn)度。經(jīng)改造，舍棄了多級水封系統(tǒng)，將密封水回收至清潔水箱，然后通過清潔水泵打回凝汽器，相當(dāng)于采用帶水箱的回收系統(tǒng)。

表1　甩負(fù)荷前后的參數(shù)對比表

4　結(jié)語

通過對比迷宮式給水泵密封三種回水方式、工作方式及系統(tǒng)構(gòu)成，結(jié)合實(shí)例，分析了相似工況下不同系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)。分析結(jié)果表明，雖然獨(dú)立水箱密封水回收系統(tǒng)的造價(jià)高、布置困難，但是系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性高，應(yīng)對工況變化的能力強(qiáng)，確保了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。這種回收方案，將成為新建機(jī)組及改造機(jī)組的首選方案。

［1］李大才.1 000 MW機(jī)組汽泵密封水多級水封問題分析及治理［J］.中國電力，2014（11），1-5.

Comparison of Recovery Methods for the Labyrinth Seal Water of Large Capacity Feed Water Pump

GE Peng
（Northwest Electric Power Construction Research Institute，Xi'an 710032，Shaanxi，China）

For large capacity domestic thermal power units in a single water pump has been put into operation the trend，combined with the engineering example，the sealing water recovery mode of large capacity water pump are compared and analyzed.From the unit to ensure long-term stable operation point of view，all kinds of sealing water recovery methods to evaluate the merits，provide a reference for the design and technical improvement of the same type unit.

ultra-super critical；feed water pump；large capacity；labyrinth；seal water；multi-level water seal；water recovery box；recoverymethod

TH31

B

1672-0210（2016）01-0042-03

2015-07-03

葛鵬（1983-），男，工程師，從事火電機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試及故障診斷工作。