超臨界火電機組鍋爐給水泵維修決策

李興平

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

超臨界火電機組鍋爐給水泵維修決策

李興平

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

通過現(xiàn)代型超臨界高速、高壓鍋爐給水泵與傳統(tǒng)型高、中壓鍋爐給水泵的比較，指出鍋爐給水泵跟隨主機大修存在的不足，討論動靜磨損與經(jīng)濟性、穩(wěn)定性的變化關(guān)系，提出了超臨界機組鍋爐給水泵維修決策的方法并繪制流程圖，介紹了經(jīng)濟性、穩(wěn)定性的主要參數(shù)及其測試計算方法。

超臨界；鍋爐給水泵；維修；決策

0 引言

鍋爐給水泵是電站的主要耗能輔機之一，能耗約占機組額定容量的3%，且數(shù)值隨蒸汽參數(shù)的提高而增加。根據(jù)消耗功率的大小、運行參數(shù)的高低以及其總體結(jié)構(gòu)，給水泵可劃分為兩大類：傳統(tǒng)型高、中壓鍋爐給水泵和現(xiàn)代型超臨界高速、高壓鍋爐給水泵。

傳統(tǒng)型的運轉(zhuǎn)速度一般在3 000 r／min以下，通常為單殼體、分段式，并用穿杠螺栓整體聯(lián)接，而現(xiàn)代型一般運轉(zhuǎn)在4 600 r／min以上，為雙殼體、泵蕊抽心式整體結(jié)構(gòu)。過去傳統(tǒng)型鍋爐給水泵由于級數(shù)較多，制造工藝、部件材質(zhì)差等方面的原因，大修間隔通常隨主機一同定時計劃檢修，這種方式也主要是從保證機組安全運行的角度來考慮，而對設備及大修帶來的經(jīng)濟性影響沒有充分重視。

對現(xiàn)代型超臨界鍋爐給水泵，轉(zhuǎn)速的提高使結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時由于制造工藝、部件材質(zhì)的大幅提高，安全運行的壽命大大延長，特別對于那些在內(nèi)部易損、易沖、易磨部位采取了特殊材質(zhì)和特殊工藝的現(xiàn)代型超臨界高速、高壓鍋爐給水泵，通常連續(xù)運行多年，經(jīng)濟性和穩(wěn)定性才發(fā)生微小的變化，如果仍沿用過去定時計劃檢修的方式，會盲目地增加給水泵的大修次數(shù)，帶來不必要的經(jīng)濟消耗，顯然已不適應現(xiàn)代型超臨界鍋爐給水泵的檢修要求。同時，現(xiàn)代型鍋爐給水泵采用泵蕊抽心式的結(jié)構(gòu)，電廠只要備用1臺泵蕊，一旦給水泵故障，可快速復裝而恢復正常工作。被換下的泵蕊，可進行檢修后繼續(xù)作為備用。

1 超臨界機組鍋爐給水泵的維修現(xiàn)狀

近年來隨著超臨界機組完善發(fā)展，一些高參數(shù)大流量的新型給水泵不斷得到應用。結(jié)構(gòu)特點是級數(shù)少，轉(zhuǎn)軸短、轉(zhuǎn)子剛性強，雙殼體設計，在葉輪、平衡機構(gòu)等易沖刷、易磨損的部位采取了高可靠性的特殊材質(zhì)制造，泵的安全可靠性得到極大提高。

在提高給水泵可靠性的同時，制造工藝的提高，也增加了電廠現(xiàn)場維修的難度，對于采取了特殊材質(zhì)部位的維護，電廠維修人員的工藝水平難以達到要求，不得不返回設備制造廠進行維修，增加了設備的維修費用。

超臨界機組給水泵的維修時間間隔，各發(fā)電企業(yè)沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)定，往往隨著主汽輪機設備的定時計劃大修時間，解體給水泵將泵蕊返回廠家進行維修，這對采取了高可靠性措施的給水泵是盲目的，也是不適宜的。

綜上所述，需要變更定時計劃大修的方式，探索、尋求一種確定現(xiàn)代型超臨界高速高壓鍋爐給水泵最佳大修時間的方法，這樣既能保證設備可靠、高效地運轉(zhuǎn)，又可盡量降低大修帶來的各種費用。

2 現(xiàn)代型超臨界鍋爐給水泵維修決策方法

不管是傳統(tǒng)型高、中壓鍋爐給水泵，還是現(xiàn)代型超臨界高速、高壓給水泵，內(nèi)部動靜部件之間的磨損失效是不可避免的，一方面磨損增加了水從高壓側(cè)向低壓側(cè)的回流，使泵的運行參數(shù)及其經(jīng)濟性下降，另一方面磨損降低了動靜之間水力支撐作用，隨著磨損量的增大，轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性逐漸降低，當達到一定程度時，將會產(chǎn)生由水力脈動引起的振動，振動又進一步加劇動靜之間的磨損，這樣形成惡性循環(huán)。因此恰當?shù)乜刂苿屿o之間的失效磨損，是決定鍋爐給水泵是否需要大修的首要因素，而磨損量可通過泵的性能參數(shù)、經(jīng)濟性指標以及穩(wěn)定性參數(shù)的變化來反映。也就是說，恰當?shù)販y得了性能和穩(wěn)定性數(shù)值的變化量，也就間接地知道了動靜之間的失效磨損情況，從而可以決定給水泵的最佳大修時間［1］。

基于上述分析，綜合調(diào)查目前正在運行的幾種高速、高壓鍋爐給水泵，根據(jù)各種泵的結(jié)構(gòu)特點、檢修使用情況、性能變化等方面的因素，參考國外大型鍋爐給水泵的檢修方式［2］，結(jié)合目前國內(nèi)性能測試的技術(shù)水平，擬合出合理確定現(xiàn)代高速、高壓鍋爐給水泵大修時間的程序［3］，流程圖如圖1所示。

程序的總體思路。將投運初期或大修后測得的鍋爐給水泵的原始經(jīng)濟性、穩(wěn)定性數(shù)值，與實時運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性數(shù)值相比較，得出變化量，這些變化量是給水泵經(jīng)過大修可以彌補消除的；統(tǒng)計出給水泵大修一次所消耗的人、財、物各項費用，以及給水泵大修對機組經(jīng)濟性的影響，得出大修一次所花費用的回收年限。通常認為如果大修一次所花費用能在正常運行后1年內(nèi)回收，則對給水泵實施大修是合理的。為增加上述大修時間的可靠性，程序中也可加入鍋爐給水泵主要部件的壽命計算。

圖1 超臨界機組鍋爐給水泵檢修優(yōu)化決策流程

一些意外的劇烈的機械故障，需要有早于最佳檢修時間的設備停止，應用程序中經(jīng)濟穩(wěn)定性數(shù)值的比較計算，也有助于這些意外劇烈機械故障的早期快速診斷，為合理確定維護方案預先提供籌劃信息。

3 給水泵經(jīng)濟性和穩(wěn)定性參數(shù)計算

實現(xiàn)鍋爐給水泵最佳大修時間的確定，除要詳細統(tǒng)計大修引起的各種費用外，還必須準確確定鍋爐給水泵的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性數(shù)值。反映經(jīng)濟性的參數(shù)主要有：給水泵單耗、效率、總揚程、平衡室壓力；反映穩(wěn)定性的參數(shù)主要有：軸瓦振動幅值、轉(zhuǎn)子的軸向位移、平衡室與泵入口壓差。對穩(wěn)定性參數(shù)，現(xiàn)代型超臨界高速、高壓鍋爐給水泵一般都安裝了測量表計，應用過程中可隨時測量儲存，進行比較。對經(jīng)濟性指標，尚需進行計算［4］。

給水泵效率

式中：ηp為給水泵效率，%；G為給水泵出口流量，kg／s，如果包括平衡室泄漏量應去除；Gm為給水泵抽頭流量，kg／s；H為給水泵出口揚程，m；Hm為給水泵抽頭揚程，m；Psh為給水泵的軸功率，kW。

給水泵揚程

式中：p2、pm、p1分別為給水泵出口、抽頭、入口壓力，MPa；γ為給水泵出、入口平均密度，kg／m3；γm為給水泵抽頭、入口平均密度，kg／m3；v2、v1分別為給水泵出、入口水流速，m／s；ΔH為給水泵出入口壓力表標高差，m。

給水泵軸功率。電動機驅(qū)動的鍋爐給水泵，用瓦特表測定輸入功率后，去除電機和偶合器的損失便可得到軸功率

式中：P為電機輸入功率，kW；ηe、ηc分別為電機、偶合器效率，%。

小汽輪機驅(qū)動的鍋爐給水泵，由于汽輪機的排出蒸汽狀態(tài)難以準確測定，軸功率不能直接確定。近年來熱力學法測定給水泵效率的應用越來越廣，特別在小汽機驅(qū)動的鍋爐給水泵上，一些考核性試驗應用此方法得到的結(jié)果，完全滿足要求。這種方法需要準確測定給水泵進、出口水溫，由于該溫度差值較小，所需測量儀器的精度較高，且不允許有外部的冷、熱源進入給水泵內(nèi)。該溫度可用精密鉑電阻溫度計測量，也可用貝克曼差式溫度計測量進、出水溫差，兩種方法的測試精度，均能達到經(jīng)濟性分析的要求。

熱力學法測定給水泵軸功率和效率的計算公式［5］

式中：G為給水泵質(zhì)量流量，kg／s；A為熱功當量系數(shù)；i2、i1分別為泵出、入口水焓值，kJ／kg；c2、c1分別為泵出、入口水流速，m／s；z2、z1分別為泵出、入口測點位置標高，m；Ng為給水泵雜項損失功率，kW；kg為給水泵雜項損失系數(shù)；Δt為給水泵出入水溫度差，℃；Δts為等熵溫升，℃。

給水泵單耗

對小汽機驅(qū)動給水泵：P=Psh／ηr或P=GsHtA

式中：e為給水泵單耗，kW·h／t；ηr為小汽機內(nèi)效率，%；Gs為小汽機蒸汽流量，kg／h；Ht為小汽機理想焓降，kJ／kg。

4 結(jié)語

一段時間內(nèi)鍋爐給水泵經(jīng)濟性、穩(wěn)定性數(shù)值的變化有助于診斷鍋爐給水泵的內(nèi)部失效磨損情況及突發(fā)性劇烈故障的快速處理，新泵或剛剛檢修完畢的給水泵的原始試驗資料，可作為變化趨勢的基準，測得變化數(shù)值后，經(jīng)過一系列的比較計算，可以確定鍋爐給水泵的最佳大修時間。這種確定大修時間的方法，彌補了原來定時計劃檢修對經(jīng)濟性影響考慮的不足，尤其適用于現(xiàn)代型超臨界高速、高壓鍋爐給水泵。

［1］李興平.確定超超臨界鍋爐給水泵維修維護間隔的方法：中國，201610538211.X［P］.2016-07-11.

［2］段小輝，孔繁余，李洋，等.高溫高壓泵的研究現(xiàn)狀［J］.水泵技術(shù)，2016（3）：1-5.

［3］李興平.一種考慮振動信號的給水泵組性能檢測系統(tǒng)：中國，201620721324.9［P］.2016-12-21.

［4］馮金泉，蔣式柏.微溫差法泵特性測試的精度及其影響因素［J］.華東電力，1984（10）：22-25.

［5］馮金泉，蔣式柏.用貝克曼差示溫度計測量水泵效率［J］.電力技術(shù)，1984（8）：22-25.

Maintenance Decision of Boiler Feedwater Pump of Supercritical Fossil Power Unit

LI Xingping
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

By comparing the modern supercritical high pressure boiler feedwater pump with traditional high-medium pressure boiler feedwater pump，the insufficiency is pointed out when the overhaul of boiler feedwater pump is followed with the steam turbine，and the variation curve between the abrasion and the economy and stability is discussed.On this basis the maintenance decision of supercritical boiler feedwater pump is put forward and the flow diagram is given out.Finally，the calculating method of the main parameters of economy and stability is introduced.

supercritical；boiler feedwater pump；maintenance；decision

TM621.7

：B

：1007－9904（2017）04－0055－03

2016-12-07

李興平（1963），男，主要從事熱能動力設備技術(shù)服務和節(jié)能改造工作。