電廠凝結(jié)水泵汽蝕原因分析及處理

摘 要：汽蝕是電廠離心泵設(shè)備經(jīng)常遇到的問題之一，本文通過分析發(fā)現(xiàn)水泵進(jìn)口結(jié)構(gòu)參數(shù)、泵前吸水管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，以及泵過流部件材料抗汽蝕性能不強(qiáng)是汽蝕產(chǎn)生的主要原因。本文提出了一系列具體的汽蝕防護(hù)對策，如優(yōu)化泵進(jìn)口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、合理布置泵吸水管路系統(tǒng)、提高泵制造材料抗汽蝕性能等，可為延長水泵使用壽命、提高運(yùn)行效益提供借鑒。

關(guān)鍵詞：超超臨界機(jī)組;凝結(jié)水泵;汽蝕;汽蝕裕量

1 前言

電廠汽輪機(jī)凝結(jié)水泵設(shè)備汽蝕造成水泵內(nèi)部異響、振動超標(biāo)等問題，給電廠穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的隱患。筆者通過分析電廠凝結(jié)水泵設(shè)備產(chǎn)生汽蝕的原因，得到改善凝泵汽蝕的方法，對電廠超超臨界機(jī)組凝泵汽蝕問題的解決有一定的指導(dǎo)意義。

2 1000MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵汽蝕的診斷分析

2.1 1000MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水出口管道振動

2.1.1 1000MW超超臨界機(jī)組中振動現(xiàn)象分析

通過對一臺1000MW超超臨界機(jī)組的凝結(jié)水泵運(yùn)行情況進(jìn)行了持續(xù)的觀察分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)凝汽器液位處于較高水平時，1000MW超超臨界機(jī)組的凝結(jié)水泵處于正常工作的狀態(tài)，但是隨著上述水位的不斷下降，逐漸下降到系統(tǒng)固定的數(shù)值，機(jī)組的凝汽器液位就會實(shí)行系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)，即逐漸關(guān)閉其機(jī)組自動調(diào)節(jié)閥門。以上自動閥門的關(guān)閉會使得1000MW超超臨界機(jī)組的水泵出口流量逐漸減小。機(jī)組的電流會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，接著凝泵出水口管線開始產(chǎn)生振動現(xiàn)象。據(jù)此我們可以得出結(jié)論，1000MW超超臨界機(jī)組管線的震動和凝結(jié)水泵的流量是密切相關(guān)的。

2.1.2 1000MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水管道振動分析

不同冷凝方式的機(jī)組，凝泵運(yùn)行方式不同。中間帶抽汽的機(jī)組凝結(jié)水流量變化較大，這種變化是受機(jī)組熱負(fù)荷情況的影響。而熱負(fù)荷變化是受低壓蒸汽的需求量等決定。因此，對抽汽機(jī)組，凝結(jié)水量也會有季節(jié)方面的差異。

2.2 1000MW超超臨界機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生汽蝕的原因

在凝泵的實(shí)際運(yùn)行過程中，其葉輪葉片進(jìn)口會因?yàn)橐恍┰驅(qū)е缕渌樗鸵后w的絕對壓力降低到飽和溫度壓力之下，此時液體便會在此時產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。汽化會產(chǎn)生大量的蒸汽，形成大量氣泡，而當(dāng)含有大量氣泡的液體逐漸移動到葉輪內(nèi)部的高壓地區(qū)時，周圍的高壓液體會講這些氣泡壓小甚至壓破，這就產(chǎn)生了機(jī)組內(nèi)部的汽蝕現(xiàn)象。

超超臨界機(jī)組一旦產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，就會導(dǎo)致1000MW超超臨界機(jī)組震動超標(biāo)，機(jī)組泵體的整體性能下降，情況嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致泵中的液體中斷。在1000MW超超臨界機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，其運(yùn)行狀況往往會偏離原有的規(guī)定范圍。當(dāng)機(jī)組冷凝器進(jìn)行自動調(diào)節(jié)時，其依據(jù)機(jī)組電熱負(fù)荷的變化情況和冷凝器液位給定值。在這種自動調(diào)節(jié)情況下，1000MW超超臨界機(jī)組的泵會進(jìn)入一個周期性的不穩(wěn)定的地區(qū)進(jìn)行設(shè)備工作。

汽蝕余量可以分為裝置汽蝕余量NPSHa和必須汽蝕余量NPSHr兩種，前者指的是系統(tǒng)的液面高度，后者指的是泵在運(yùn)行的時候要抽到工作介質(zhì)必須滿足的量。正常情況下r值不足可以用增加誘導(dǎo)輪或是入口加壓來進(jìn)行改善。有效汽蝕余量是液體經(jīng)吸入管路到達(dá)泵吸入口后，所富余的高出液體飽和蒸汽壓的那部分能頭。離心泵必須汽蝕余量越小抗汽蝕性能越好。一般說泵的汽蝕余量是必須汽蝕余量，泵入口管路是有效汽蝕余量，即裝置汽蝕余量，越大越不易汽蝕。對于給定泵，在給定轉(zhuǎn)速和流量下泵的汽蝕余量，是規(guī)定泵要達(dá)到的汽蝕性能參數(shù)，和離心泵的內(nèi)部流動有關(guān)，是由泵本身頭定的，其物理意義是表示液體在泵進(jìn)口部分壓力下降的程度，也就是為了保征泵不發(fā)生汽蝕，要求在泵進(jìn)口處單位重量液體具有超過汽化壓力水頭的富余能量。裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量，越大越不易汽蝕。必須汽蝕余量與裝置參數(shù)無關(guān)，只與泵進(jìn)口部分的運(yùn)動參數(shù)有關(guān)，這些運(yùn)動參數(shù)在一定轉(zhuǎn)速和流量下是由幾何參數(shù)決定的。由于機(jī)組的液位調(diào)節(jié)設(shè)備距離泵的出水口是有一定較遠(yuǎn)的距離的，所以可以保證機(jī)組管道中有足夠的體積調(diào)節(jié)。同時，設(shè)備運(yùn)行過程中，機(jī)組的液位調(diào)節(jié)設(shè)備與除氧器的之間相關(guān)路線管道也是比較長的，所以其系統(tǒng)凝結(jié)的相關(guān)管道會存在比較大的壓力。當(dāng)機(jī)組水泵進(jìn)入到不穩(wěn)定區(qū)域并且開始出現(xiàn)回流現(xiàn)象時，會導(dǎo)致整個區(qū)域產(chǎn)生上述現(xiàn)象，這回使得機(jī)組內(nèi)部凝結(jié)水流動的不穩(wěn)定，同時產(chǎn)生一定振動現(xiàn)象。

3 1000MW超超臨界機(jī)組凝泵汽蝕現(xiàn)象處理分析

針對以上分析的凝泵汽蝕現(xiàn)象，主要可以從以下機(jī)組運(yùn)行過程進(jìn)行分析：

1）首先要對機(jī)組的熱井水位進(jìn)行檢查，檢查其水位高度是否滿足設(shè)備運(yùn)行中凝泵運(yùn)行所基本需求的汽蝕余量。對于超超臨界機(jī)組水泵來說，為了保證正常機(jī)組工作，其汽蝕余量必須不小于其工作點(diǎn)的必需汽蝕余量，應(yīng)滿足汽蝕的幾何安裝高度，其吸入口的中心線需要和熱井液位控制線高度有規(guī)定的距離。

2）對1000MW超超臨界機(jī)組的凝泵檢查，檢查其凝泵進(jìn)口吸氣口是否堵塞，仔細(xì)檢查泵的進(jìn)口管道的運(yùn)行溫度，并且將此溫度與環(huán)境溫度進(jìn)行比較。

3）在1000MW超超臨界機(jī)組的凝結(jié)水設(shè)備出水管的地方安裝專業(yè)設(shè)備，即回流管。這個過程需要考慮到凝泵實(shí)際運(yùn)行過程中的情況，判斷1000MW超超臨界機(jī)組水泵出口壓力大的原因，重點(diǎn)關(guān)注是否是因?yàn)閴毫Τ瑯?biāo)而造成的水泵汽蝕

4）1000MW超超臨界機(jī)組運(yùn)行過程中會對水泵的出口流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免產(chǎn)生水泵的汽蝕現(xiàn)象。在分析實(shí)際的運(yùn)行狀況時，研究人員發(fā)現(xiàn)必須保持水泵一定的出水流量，且至少要滿足水泵的最小的運(yùn)行流量的要求。在分析機(jī)組凝泵的運(yùn)行情況時，發(fā)現(xiàn)實(shí)際出口的流量和部件設(shè)計(jì)時預(yù)計(jì)的流量是存在一定差距，這可能是水泵出口流量太小的原因。為了調(diào)節(jié)這一現(xiàn)象，我們需要調(diào)節(jié)該部件的出水流量以及運(yùn)行狀態(tài)。

1000MW超超臨界機(jī)組的調(diào)節(jié)閥中的旁路閥狀態(tài)需要進(jìn)行一定改變，將之前的關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使得出口壓力獲得一定程度的下降，這樣就可以促進(jìn)1000MW超超臨界機(jī)組水泵平穩(wěn)運(yùn)行，減少設(shè)備的汽蝕現(xiàn)象。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)凝泵的運(yùn)行方式是出口調(diào)節(jié)模式，這種模式當(dāng)水泵流量比較小的時候，設(shè)備的汽輪將會很容易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。這一汽蝕結(jié)果也是由多個原因造成的：首先是機(jī)組的離心泵在工作過程中會在原動機(jī)的作用下進(jìn)行十分高速度的轉(zhuǎn)動，這種運(yùn)行狀態(tài)下如果機(jī)組閥門的開度不夠，就會使得流量受到限制，不能將葉輪運(yùn)作過程中與液體摩擦產(chǎn)生的熱量完全消耗，那么1000MW超超臨界機(jī)組泵內(nèi)的運(yùn)動液體就會升溫，進(jìn)而發(fā)生設(shè)備汽蝕現(xiàn)象;另一個原因就是運(yùn)行過程中，水泵設(shè)備的出口壓力會逐漸上升，導(dǎo)致了運(yùn)行過程中相關(guān)部件產(chǎn)生的氣泡的快速破裂，加劇了水泵的汽蝕程度。

4 結(jié)束語

當(dāng)水泵內(nèi)汽蝕不可避免時，一方面可采用抗汽蝕性能強(qiáng)的材料來制造泵的過流部件，材料的強(qiáng)度越高、硬度越大、韌性越強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性越好、抗汽蝕性能越好，可有效減緩汽蝕對過流部件的損傷;另一方面，可對采用的一般材料制造的過流部件進(jìn)行表面防護(hù)處理，如化學(xué)涂層、表面化學(xué)熱處理及合金粉末噴焊等，以便提高過流部件表面的抗汽蝕、抗磨損性能。通過這些措施，可有效減緩汽蝕對過流部件的侵蝕，延長泵的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]張啟發(fā).凝結(jié)水泵振動原因分析與解決措施[J].冶金動力，2006（6）.

作者簡介

姜超（1986-），男，漢，山東煙臺，研究生，中級工程師，熱能與動力工程。