湛江調(diào)順電廠循環(huán)水泵改造分析

鄭紅發(fā)

(湛江中粵能源有限公司，廣東 湛江 524099)

湛江調(diào)順電廠循環(huán)水泵改造分析

鄭紅發(fā)

(湛江中粵能源有限公司，廣東 湛江 524099)

以湛江調(diào)順電廠2×600 MW機(jī)組為例，介紹了循環(huán)水泵的常見故障，分析了故障原因并給出了改造方案。改造方案實(shí)施后，提高了循環(huán)水泵的安全、可靠性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

600 MW機(jī)組；循環(huán)水泵；故障分析；汽機(jī)大修；優(yōu)化方案；可靠性

1 項(xiàng)目背景

湛江調(diào)順電廠2×600 MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)選用的是由某廠生產(chǎn)的80LKXA-18型立式、單級(jí)單吸、轉(zhuǎn)子可抽出式斜流泵，泵軸采用316L材質(zhì)、泵外接管和吸入喇叭口采用HT200Ni2Cr鎳鉻鑄鐵件、導(dǎo)葉體為304材質(zhì)、內(nèi)接管采用304材質(zhì)、軸套為316材質(zhì)、導(dǎo)軸承采用316(殼體)+賽龍(易損件)，整體采用重防腐油漆及外加電流防腐措施，泵外殼焊接犧牲陽極塊，每臺(tái)泵還有一套獨(dú)立的外加電流保護(hù)系統(tǒng)。設(shè)備于2006年年底投入運(yùn)行，自投入運(yùn)行以來，設(shè)備故障頻繁發(fā)生，極大地影響機(jī)組的安全運(yùn)行，為提高循環(huán)水泵的安全可靠性，公司于2013年開始推動(dòng)循環(huán)水泵改造項(xiàng)目，于2015年項(xiàng)目改造完成并全部投入運(yùn)行。

2 故障情況及原因分析

2.1故障情況

從2007—2011年#1～#4泵歷次因故解體大修檢查所發(fā)現(xiàn)的情況來看，主要暴露出以下幾個(gè)方面的問題：(1)中間軸承支架幾乎全部斷裂，有的泵中間支架已完全成為碎片而被水沖至循環(huán)水管道內(nèi)；(2)內(nèi)接管全部斷裂，斷裂的內(nèi)接管與導(dǎo)葉體相對(duì)摩擦造成導(dǎo)葉體連接法蘭處嚴(yán)重磨損；(3)導(dǎo)軸承和軸套嚴(yán)重磨損，特別是下導(dǎo)軸承和軸套磨損特別嚴(yán)重，達(dá)到10～20 mm；(4)套筒聯(lián)軸器止推卡環(huán)掉落；(5)導(dǎo)葉體和軸承支架與外泵殼內(nèi)壁的配合面腐蝕嚴(yán)重，間隙達(dá)1 mm以上，嚴(yán)重超標(biāo)。

針對(duì)以上問題，2012年機(jī)組油改煤汽機(jī)大修期間，對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行了局部改造，于2011年分別投入運(yùn)行，本次局部改造的主要內(nèi)容有：(1)將中間軸承支架由原來的鎳鉻鑄鐵改為316材質(zhì)；(2)將所有內(nèi)接管由原來的304改為316材質(zhì)，在法蘭處焊接加強(qiáng)肋板，并將中間軸承支架以上部分由原來的沒有內(nèi)管改為加長內(nèi)接管到填料函處；(3)更換了全部導(dǎo)軸承和軸套；(4)對(duì)磨損的導(dǎo)葉體法蘭面進(jìn)行堆焊修復(fù)。

2012年6—9月，#1～#4循環(huán)水泵先后接連再次出現(xiàn)嚴(yán)重故障，主要是運(yùn)行過程中出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，發(fā)巨響后泵跳閘。其間每臺(tái)泵的損壞和檢修情況如下。

(1)#3泵在運(yùn)行過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)外接管D裂開，當(dāng)時(shí)停泵比較及時(shí)，損壞的部件較少，只更換了外接管D。

(2)#4循環(huán)水泵當(dāng)時(shí)運(yùn)行中泵殼突然出口至三通以下全部斷裂掉入水中，直到#2機(jī)因真空保護(hù)跳機(jī)才發(fā)現(xiàn)，因此#4循環(huán)水泵損壞嚴(yán)重，外接管和吸入喇叭口全部損壞，葉輪與葉輪室摩擦造成一葉片穿透性裂開，內(nèi)接潤滑水管全部損壞，導(dǎo)軸承和軸套嚴(yán)重磨損，特別是下軸套偏磨10～20 mm，經(jīng)檢測，下軸彎曲嚴(yán)重達(dá)6 mm。

(3)#2循環(huán)泵在運(yùn)行中突然發(fā)出劇烈振動(dòng)和異響，發(fā)現(xiàn)后立即停泵，拆卸后發(fā)現(xiàn)葉輪有一葉片斷裂，內(nèi)接管全部損壞，導(dǎo)軸承和軸套磨損嚴(yán)重，下導(dǎo)軸承從軸承體中脫落出來，特別是下導(dǎo)軸套偏磨約10～20 mm，下主軸彎曲嚴(yán)重達(dá)6 mm。

(4)#1循環(huán)水泵解體后發(fā)現(xiàn)內(nèi)接管與導(dǎo)葉體連接處斷裂，中間軸套從原安裝位置脫出，下導(dǎo)軸套偏磨約6 mm。

2.2原因分析

湛江調(diào)順電廠4臺(tái)循環(huán)水泵從投運(yùn)至今，已多次出現(xiàn)嚴(yán)重故障，之前是內(nèi)接管基本全部斷裂，中間軸承支架也全部斷裂，在2011年大修后，對(duì)4臺(tái)泵的內(nèi)接管和支架進(jìn)行了局部改造，為了增加內(nèi)接管和中間軸承支架的強(qiáng)度，將內(nèi)接管從中間軸承支架處加長至上部填料函處，材質(zhì)由原來的 304 改為了316，將中間軸承支架的材質(zhì)由原來的鎳鉻鑄鐵改為316。改造后運(yùn)行至2012年6月底，幾臺(tái)泵再次先后出現(xiàn)故障，其中：#4泵最為嚴(yán)重，整個(gè)外筒體至三通以下全部斷落，內(nèi)外管及葉輪都嚴(yán)重?fù)p壞，下導(dǎo)軸承和軸套嚴(yán)重偏磨；#2泵運(yùn)行過程中葉片被刮斷后無法繼續(xù)運(yùn)行，解體后發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)軸承嚴(yán)重偏磨后葉輪與葉輪室碰磨造成葉片斷裂，下導(dǎo)軸承脫落，內(nèi)接管嚴(yán)重?fù)p壞；#3泵運(yùn)行過程中就發(fā)現(xiàn)外接管斷裂；#1泵解體后發(fā)現(xiàn)內(nèi)接管靠近導(dǎo)葉體端斷裂。通過分析幾臺(tái)泵的損壞情況我們認(rèn)為，在外接管斷裂、內(nèi)接管斷裂、葉片斷裂等故障中，轉(zhuǎn)子部件在運(yùn)行過程中的徑向晃動(dòng)是造成泵故障的主要原因，當(dāng)然原因還有其他幾個(gè)方面。

(1)水泵葉輪水力不平衡。由于各葉片流道的不均勻，制造精度不夠，而且制造廠家沒有有效的葉輪水力平衡檢驗(yàn)測試平臺(tái)，造成泵運(yùn)行后水力不平衡對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)造成沖擊。

(2)導(dǎo)軸承的布置不合理。由于整個(gè)轉(zhuǎn)子部分(包括葉輪、泵軸、聯(lián)軸器)生產(chǎn)制造精度不夠，轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中的徑向力非常大，而設(shè)置的導(dǎo)軸承徑向控制點(diǎn)只有3個(gè)，特別是在受力最大的導(dǎo)葉體處徑向控制嚴(yán)重不足，導(dǎo)致最下面一處導(dǎo)軸承和軸套很快就被磨損，有的甚至脫落。

(3)各部件材質(zhì)不統(tǒng)一。不同材質(zhì)的部件相接觸產(chǎn)生電位腐蝕，造成導(dǎo)葉體與吸入喇叭口、導(dǎo)葉體與外接管A、軸承支架與外接管內(nèi)壁的配合不良，每次拆卸都發(fā)現(xiàn)這些配合面間隙過大，而間隙過大加劇了整個(gè)轉(zhuǎn)子部分的晃動(dòng)，同時(shí)也加劇了導(dǎo)軸承和軸套的磨損，進(jìn)一步加劇了整個(gè)泵體的徑向振動(dòng)。

(4)導(dǎo)軸承與軸套的選材不匹配。痕跡顯示軸套比導(dǎo)軸承的磨損還嚴(yán)重，說明導(dǎo)軸承的材質(zhì)過硬，軸套材質(zhì)過軟，這樣軸套就失去保護(hù)作用了，使用壽命短。

(5)設(shè)備安裝、制造精度等原因?qū)е卤猛搀w的垂直度和同軸度不夠精確，也加劇了轉(zhuǎn)子徑向的磨損和振動(dòng)。

(6)鑄鐵材質(zhì)在海水里抗腐蝕性及強(qiáng)度均不足。外筒體材質(zhì)采用鑄鐵，一方面鑄鐵的耐腐蝕性能差，容易受到海水腐蝕，另一方面鑄鐵的強(qiáng)度低，在受到泵轉(zhuǎn)子部件的徑向振動(dòng)沖擊下，很容易斷裂。

3 改造方案及實(shí)施效果

3.1改造方案

(1)泵體整體換型，保留原電機(jī)，新泵所有設(shè)計(jì)參數(shù)滿足原電機(jī)的運(yùn)行要求。原水泵基礎(chǔ)、臺(tái)板和出口管道不改變。

(2)新泵根據(jù)湛江調(diào)順電廠的機(jī)組參數(shù)和現(xiàn)場條件重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足與原泵并列運(yùn)行的工況要求。1)新泵性能曲線設(shè)計(jì)特點(diǎn)：功率曲線相對(duì)平滑，避免由于潮位的變化而造成電機(jī)功率波動(dòng)；泵的性能曲線盡可能與管道特性曲線重合，盡可能使泵在高效區(qū)工作[1]。2)新設(shè)計(jì)泵充分考慮單泵運(yùn)行與并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免切泵過程中出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。優(yōu)化后泵的性能曲線如圖1所示。

圖1 優(yōu)化后泵的性能曲線

(3)整體選用優(yōu)質(zhì)雙相鋼材質(zhì)。1)海水腐蝕性強(qiáng)，雙相鋼具備良好的抗腐蝕性能，因此新泵選材中所有與海水接觸的部件全采用雙相鋼。同時(shí),各部件材質(zhì)的統(tǒng)一也可有效避免電位差帶來的腐蝕。2)部件結(jié)合部位做好防間隙腐蝕[2]，所有結(jié)合面涂裝防腐蝕涂料，所有連接螺栓采用防腐蝕膠包扎。徹底消除部件之間的間隙腐蝕。

(4)改造內(nèi)管(也可稱為護(hù)管)的結(jié)構(gòu)。將內(nèi)管改為大內(nèi)接管形式，然后將導(dǎo)軸承支架固定于內(nèi)接管內(nèi)，徹底解決之前內(nèi)管支撐力及剛性不足的問題，減小軸系的徑向晃動(dòng)。內(nèi)接管作為軸承潤滑水通道，同時(shí)也起到轉(zhuǎn)子部件的徑向支撐作用，為提高轉(zhuǎn)子部件的徑向支撐力和轉(zhuǎn)子部件的整體安裝精度，將原來的大軸承支架結(jié)構(gòu)改為大內(nèi)接管支撐結(jié)構(gòu)，也就是說軸承支架由原來與泵外筒體支撐改為由內(nèi)接管支撐，使泵的整體支撐強(qiáng)度、同軸度、垂直度都得到提高，更有利于泵的運(yùn)行。

(5)新泵導(dǎo)軸承材料由原來的塞龍改為美國進(jìn)口RA及日本進(jìn)口橡膠材料。從故障情況來看，之前的賽龍導(dǎo)軸承存在性能方面的不足，特別對(duì)含有雜質(zhì)的潤滑水，其硬度過高且耐磨性不夠，在惡劣條件下摩擦力過大易加快軸套的麿損，因此新設(shè)計(jì)泵采用耐磨性更好的AR及橡膠導(dǎo)軸承。

(6)葉輪由原來的開式葉輪改為閉式葉輪，減小水力擾動(dòng)。由改造前泵的故障現(xiàn)象看，下導(dǎo)軸承都出現(xiàn)嚴(yán)重偏磨，一個(gè)很重要的原因是葉輪晃動(dòng)，造成葉輪晃動(dòng)的一個(gè)原因是之前的開式葉輪工作時(shí)內(nèi)部介質(zhì)混亂，回流大，從而加重了各葉片所承受力的不均，進(jìn)一步加大葉輪的晃動(dòng)，因此新設(shè)計(jì)泵采用閉式葉輪，減小葉輪密封壞的泄漏回流，減小由于水力

原因造成的葉輪晃動(dòng)，提高轉(zhuǎn)子的運(yùn)行平穩(wěn)性。

(7)安裝在線測振裝置。新泵設(shè)計(jì)在線振動(dòng)監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)泵運(yùn)行狀況的在線監(jiān)測。

3.2實(shí)施效果

至2015年6月，湛江調(diào)順電廠4臺(tái)循環(huán)水泵全部改造實(shí)施完畢，從改造完后設(shè)備運(yùn)行情況來看，效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)運(yùn)行穩(wěn)定性明顯提高?，F(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)見表1。

表1 現(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)

(3)改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，檢修維護(hù)量大大減小，因此，節(jié)省的檢修維護(hù)費(fèi)用將非常可觀。按每年單臺(tái)泵進(jìn)行1次常規(guī)性檢修，只計(jì)算易損件更換費(fèi)用，單泵費(fèi)用為32萬元/臺(tái)，人工為10萬元/臺(tái),則1年最小檢修費(fèi)用S2=32萬元/臺(tái)×4臺(tái)+10萬元/臺(tái)×4臺(tái)=168.0萬元。

(3)1年總節(jié)省費(fèi)用=S1+S2=254.4萬元+168.0萬元=422.4萬元，投資為1 200萬元，回收期約為3年。

4 結(jié)論

通過項(xiàng)目實(shí)施效果的分析，我們認(rèn)為湛江調(diào)順電廠循環(huán)水泵改造項(xiàng)目非常成功，所選擇的方案針對(duì)性地解決了設(shè)備之前所存在的問題，改造后不僅使循環(huán)水泵的安全、可靠性有了質(zhì)的提高，而且隨著改造后設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)性能的優(yōu)化，取得了非常大的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王立新.提高循環(huán)水泵效率的改造措施[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2009，27(1)：30-33.

[2]王朝暉．泵與風(fēng)機(jī)[M]．北京：中國石化出版社，2007.

TM 621.7

B

1674-1951(2017)10-0038-03

2017-05-22；

2017-09-11

(本文責(zé)編：白銀雷)

鄭紅發(fā)(1970—)，男，廣東韶關(guān)人，工程師，從事火力發(fā)電廠汽機(jī)專業(yè)設(shè)備點(diǎn)檢工作(E-mail:1976349608@qq.com)。