1000 MW發(fā)電機(jī)組真空泵冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

尹 詩(shī)

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東惠來 515223）

0 引言

靖海電廠3#，4#機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的1000 MW超超臨界機(jī)組，機(jī)組在凝汽器汽側(cè)抽真空系統(tǒng)中，設(shè)置了3臺(tái)50%容量、兩用一備的水環(huán)式真空泵。真空泵冷卻器冷卻水取自循環(huán)水（海水），每臺(tái)機(jī)組布置3臺(tái)循環(huán)水泵，運(yùn)行方式（循環(huán)水泵開啟臺(tái)數(shù)）根據(jù)海水溫度決定。真空泵冷卻器的冷卻水從A，B側(cè)凝汽器循環(huán)水進(jìn)水母管上引出Φ250×12 mm的管道，經(jīng)過DN250 mm的隔膜閥后合為1根Φ273×7 mm的管道，在真空泵區(qū)域分為3根Φ140×8 mm的管道進(jìn)入3臺(tái)真空泵（依次為A，B，C）的冷卻器。

1 真空泵運(yùn)行存在的問題

真空泵冷卻器的冷卻水取自循環(huán)水進(jìn)水母管，由于母管水壓低，而考慮到管道分壓、管道及附件的阻力損失和流動(dòng)損失加上真空泵冷卻器本身的水阻，冷卻器的冷卻水量＜30 t/h（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)），低于設(shè)計(jì)值的65 t/h，當(dāng)換熱管堵塞時(shí)，冷卻器的換熱效果變差，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益都有較大的影響。

1.1 冷卻器的冷卻水壓力較低，換熱效果差

真空泵冷卻器冷卻水壓力較低（3臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)為0.13 MPa，雙泵運(yùn)行時(shí)不到0.08 MPa），海水里面的活的或死的貝殼軀體進(jìn)入真空泵冷卻器取水管，造成真空泵冷卻器的進(jìn)水室堵塞（圖1），換熱效果惡化，真空泵抽吸能力降低，冷卻器在運(yùn)行中溫度容易升高至40℃，清理?yè)Q熱器水室次數(shù)頻繁，尤其是在夏季循環(huán)水溫度較高時(shí)，換熱器及水室的清理頻率更高。

1.2 真空泵冷卻水分配不均勻

真空泵冷卻水母管依次經(jīng)過A，B，C泵，由于真空泵位置不同致使冷卻水分配不均勻，特別是C真空泵距離母管最遠(yuǎn)，由于被A，B真空泵“搶水”，冷卻水量最小。4#機(jī)的真空泵冷卻器由于位置及壓損的原因，相比于3#機(jī)更容易堵塞。

1.3 真空泵抽氣能力下降

真空泵冷卻器溫度較高，造成真空泵抽氣能力急劇下降，機(jī)組真空降低，從而增加機(jī)組熱耗，造成機(jī)組煤耗偏高。而且，真空泵冷卻器若經(jīng)常清理，大大增加了設(shè)備維護(hù)人員的工作量，影響機(jī)組運(yùn)行的安全及經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 換熱管內(nèi)海生物寄生堵塞

1.4 管道腐蝕穿孔、聚集海生物

真空泵冷卻器的進(jìn)、出水母管為DN250 mm的鋼塑管，在機(jī)組運(yùn)行中檢查發(fā)現(xiàn)3#機(jī)進(jìn)出水母管均已破損，造成海水泄漏，4#機(jī)外側(cè)循環(huán)水至真空泵冷卻水的彎頭也已破裂。反應(yīng)出鋼塑管在使用中的耐久性較差。同時(shí)在機(jī)組檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)附著較多的海生物，降低冷卻器的進(jìn)水量。

2 改造原理

改造分為3部分：①通過加裝管道增壓泵，保證真空泵冷卻器在運(yùn)行中足夠的冷卻水量；②在真空泵冷卻水進(jìn)口處加裝節(jié)流孔，用來平衡3臺(tái)真空泵的冷卻水流量，且保證節(jié)流孔后的壓力穩(wěn)定；③將冷卻水進(jìn)、出水母管的材料更換為浸塑管，提高管道強(qiáng)度及耐腐蝕性能。

2.1 在供水母管上加裝增壓泵

在真空泵冷卻器供水母管上增加一臺(tái)管道泵對(duì)冷卻水增壓，提高冷卻水的流速，減少海水雜物在管道和冷卻器中的沉積的幾率，保證換熱管的熱交換效果，同時(shí)也減少冷卻器的清理頻率。為防止海水腐蝕，過流部分全部采用316L材料。為保證每臺(tái)真空泵冷卻器入口壓力0.2 MPa（設(shè)計(jì)值），同時(shí)考慮到增壓泵的高差（約3 m）和部分管道流阻，設(shè)計(jì)增壓泵的揚(yáng)程≥25 m。為不影響機(jī)組安全運(yùn)行的情況下對(duì)增壓泵檢修，在泵的進(jìn)口設(shè)置手動(dòng)隔膜閥，出口設(shè)置不銹鋼止回閥和手動(dòng)隔膜閥，設(shè)置旁路管道和閥門。冷卻水母管改造如圖2所示。

2.2 在冷卻水進(jìn)口處加節(jié)流孔板

在真空泵的冷卻水進(jìn)口處加裝節(jié)流孔板，用于平衡3臺(tái)真空泵的冷卻水流量。真空泵冷卻水設(shè)計(jì)流量為65 t/h，按1.5倍的裕度，增加管道泵后需要冷卻水流量G≈100 t/h。計(jì)算過程：取通過節(jié)流孔板的流量G為100 t/h，海水的密度為1030 kg/m3，孔板前后壓差ΔP為0.2 MPa，計(jì)算得出節(jié)流孔板的孔徑為54 mm。

圖2 冷卻水母管改造后的布置

式中dk——節(jié)流孔板的孔徑，mm

G——通過孔板的流量，t/h

ρ——水的密度，kg/m3

ΔP——孔板前后壓差，MPa

2.2 改變冷卻水進(jìn)、出水母管的材料

將冷卻水進(jìn)、出水母管的材料更換為浸塑管，提高管道的機(jī)械強(qiáng)度和承壓能力，耐腐蝕能力得到加強(qiáng)。同時(shí)由于浸塑管內(nèi)外表面硬度高且光滑，摩擦因數(shù)小，大大減小了海水中海生物沉積在管道內(nèi)部的機(jī)會(huì)，保證冷卻水流量的充足。

3 改造方案

根據(jù)項(xiàng)目方案的分析，增壓泵的揚(yáng)程選25 m，流量選G×3=300 t/h，根據(jù)水泵性能曲線，電機(jī)功率選用37 kW，接管尺寸Φ273×7 mm。增壓泵管道設(shè)置旁路。

為了合理分配冷卻水量，3臺(tái)泵的冷卻水進(jìn)口處加裝Φ54 mm的節(jié)流孔。而考慮到增壓泵故障時(shí)，節(jié)流孔板布置在原進(jìn)水管，會(huì)使本來就偏小的冷卻水量更小，影響到機(jī)組安全?？梢宰饕韵略O(shè)計(jì)：在3臺(tái)真空泵冷卻器進(jìn)口管（Φ140×8 mm）加裝DN100 mm的旁路，旁路包括隔離門以及Φ54 mm的節(jié)流孔，如圖3所示。

圖3 節(jié)流孔及管道布置

真空泵正常采用增壓泵管路運(yùn)行、冷卻器進(jìn)口旁路運(yùn)行。增壓泵故障時(shí)，增壓泵旁路運(yùn)行，冷卻器進(jìn)口主路運(yùn)行，恢復(fù)到改造前的運(yùn)行狀態(tài)。管道上所有部件包括水泵、管道、閥門以及節(jié)流孔等材料均選用316L。

4 結(jié)語

3#，4#機(jī)真空泵冷卻水系統(tǒng)增加增壓泵與節(jié)流孔等設(shè)備及管道改造，費(fèi)用大約每臺(tái)機(jī)組10萬元人民幣。改造思路簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，通過加裝管道增壓泵可保證真空泵冷卻器在運(yùn)行中足夠的冷卻水量，保證換熱管的換熱系數(shù)和熱交換量，真空泵的抽真空能力得到有效提高，可降低機(jī)組煤耗；同時(shí)減少真空泵冷卻器清理的頻率，可減少設(shè)備損耗及人工成本的支出，設(shè)備運(yùn)行可靠性更高，具有非常優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益，適合在沿海真空系統(tǒng)的行業(yè)中進(jìn)行全面實(shí)施和推廣。