熱電廠(chǎng)凝結(jié)水泵機(jī)械密封水系統(tǒng)改進(jìn)分析

朱良君，龍顏長(zhǎng)，馬聰，王勇，于鵬峰，李國(guó)敏

（1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.華電國(guó)際電力股份有限公司天津開(kāi)發(fā)區(qū)分公司，天津 300450）

水泵中運(yùn)用密封技術(shù)需保證動(dòng)環(huán)固定泵軸與靜環(huán)固定泵殼之間有著緊密的連接，運(yùn)用機(jī)械密封技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)斷面的有效密封，離心泵機(jī)械密封通常由墊片、壓蓋、靜環(huán)密封圈、靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、動(dòng)環(huán)密封圈、推環(huán)、彈簧元件以及傳動(dòng)座組成。密封系統(tǒng)中彈簧作為主要元件構(gòu)成的則是緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以靜環(huán)密封圈以及動(dòng)環(huán)密封圈為主要元件構(gòu)成的則是輔助密封圈，輔助密封圈的主要作用就是進(jìn)行輔助密封，動(dòng)環(huán)密封圈則可以有效防止介質(zhì)因?yàn)閯?dòng)環(huán)軸的作用而發(fā)生泄漏。離心泵機(jī)械密封可以有效發(fā)揮密封作用，避免泄漏介質(zhì)。機(jī)械密封技術(shù)其次核心的技術(shù)原理是在平面貼附一層液體薄油，對(duì)流體壓力進(jìn)行做工，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜壓力的有效平衡。天津南港熱電項(xiàng)目擬建設(shè)3×350MW級(jí)超臨界循環(huán)流化床燃煤鍋爐+3×CCB170-24.2/5.0/1.8/0.15雙抽背壓機(jī)，機(jī)組發(fā)電容量510MW，凝結(jié)水泵采用某水泵廠(chǎng)制造的NLO 350-400×i型筒袋型立式多級(jí)離心泵，按凝結(jié)水量2×110%配置，凝結(jié)水泵用于將凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水及機(jī)組補(bǔ)水送至低壓除氧器，同時(shí)向汽輪機(jī)三級(jí)減壓減溫器及其他減溫器提供減溫水，凝結(jié)水還向電動(dòng)給水泵、汽動(dòng)給水泵前置泵的密封水。因此，凝結(jié)水泵的高效穩(wěn)定運(yùn)行將成為本項(xiàng)目機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)及給水系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了良好的保障，在進(jìn)行凝結(jié)水系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段凝結(jié)水泵機(jī)械密封水、軸承冷卻水系統(tǒng)有一定的缺陷。本文提出對(duì)凝結(jié)水泵機(jī)封密封水的改進(jìn)方案，在保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，提高設(shè)備系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，保障凝結(jié)水泵的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并提高設(shè)備穩(wěn)定性。

1 凝結(jié)水泵設(shè)備系統(tǒng)描述

1.1 凝結(jié)水泵參數(shù)

該機(jī)組凝泵為立式雙層殼體結(jié)構(gòu)，單基礎(chǔ)安裝，NLO 350-400×i型筒袋型立式多級(jí)離心泵，泵首級(jí)葉輪前加置誘導(dǎo)輪，雙吸結(jié)構(gòu)，軸向?qū)~，水泵內(nèi)部葉輪結(jié)構(gòu)如圖1所示。水泵吸入口位于泵體基礎(chǔ)下，水泵出口在泵體基礎(chǔ)上，水泵具有良好的汽蝕性能。凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)流量為838t/h，揚(yáng)程130m，效率為83.2%，轉(zhuǎn)速1480r/min，軸功率357.3kW，必需汽蝕余量≤3.2m。

圖1 水泵內(nèi)部葉輪結(jié)構(gòu)圖

1.2 機(jī)封密封水及沖洗水布置

該凝結(jié)水泵采用集裝式單端面機(jī)械密封，機(jī)封與機(jī)封函體連接，需接沖洗水，沖洗水與機(jī)封密封水為同一水源，水源可以外接冷卻水，也可以從泵出水母管引出。凝結(jié)水泵首次啟動(dòng)前密封水采用除鹽水，由化水系統(tǒng)除鹽水來(lái)，凝結(jié)水泵啟動(dòng)后，密封水采用水泵出口母管供水，密封水由泵本體回收，密封水水壓0.3MPa，密封水量需保證在啟泵前機(jī)封出口有液體呈滴狀流出。沖洗水進(jìn)水壓力為0.25～0.4MPa，外供水水量為0.6～1.0m3/h，溫度小于38℃，出水應(yīng)保證其回水壓力在0.1～0.2MPa。水泵軸承冷卻水為閉式水系統(tǒng)來(lái)，啟動(dòng)前需先打開(kāi)軸承冷卻水閥門(mén)，保障軸承冷卻水管路是否暢通，凝結(jié)水泵機(jī)封水、沖洗水及冷卻水參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 凝結(jié)水泵機(jī)封水、沖洗水及冷卻水參數(shù)

機(jī)封結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括軸套1、靜環(huán)2、動(dòng)環(huán)3，其中動(dòng)環(huán)3和靜環(huán)2的軸向接觸面，經(jīng)高精度研磨后，在密封部件中彈簧的作用下，保證了嚴(yán)密的軸向密封，極小的摩擦面間隙節(jié)流作用使液體的泄漏減少到很少的程度，保證泵輸送效率、摩擦面的潤(rùn)滑和冷卻。圖中F為沖洗水進(jìn)口，F(xiàn)，為沖洗水出口，Q為機(jī)封密封水進(jìn)口。

圖2 凝結(jié)水泵機(jī)封水、沖洗水結(jié)構(gòu)圖

2 調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

凝結(jié)水泵機(jī)封水系統(tǒng)示意圖如圖3所示，在該系統(tǒng)中，共兩路密封水源，在啟動(dòng)凝結(jié)水泵初期，由除鹽水實(shí)現(xiàn)密封與沖洗，0.5～0.6MPa除鹽水自除鹽水系統(tǒng)來(lái)，通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥5b、5c的大小控制沖洗水壓力，將啟泵前壓力控制在0.25～0.40MPa，通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥5a的大小控制進(jìn)入機(jī)封密封水量，開(kāi)至機(jī)封處有密封水溢出即可。當(dāng)啟動(dòng)凝結(jié)水泵之后，待凝結(jié)水泵出口壓力增加至大于除鹽水壓力后，打開(kāi)截止閥1b，關(guān)閉截止閥1a，切換至凝結(jié)水出口自密封。

圖3 凝結(jié)水機(jī)封水系統(tǒng)示意圖

在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密封水由除鹽水切換至凝結(jié)水泵出口水源時(shí)，需運(yùn)行人員到就地進(jìn)行切換，并同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整，使得密封水壓力維持在0.25～0.40MPa。但隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速將作同步變化，凝結(jié)水出口壓力同時(shí)會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的提高而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，密封水壓力及流量也隨之提高，偏離設(shè)計(jì)工況下的壓力運(yùn)行，將會(huì)對(duì)機(jī)封系統(tǒng)產(chǎn)生一定的損壞。此時(shí)，若需調(diào)整機(jī)封壓力，運(yùn)維人員需至就地進(jìn)行手動(dòng)操作調(diào)節(jié)閥，凝結(jié)水出力隨著機(jī)組負(fù)荷的變化而變化，此密封水系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，大大增加了生產(chǎn)運(yùn)行人員的工作量及設(shè)備運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)性。

3 改進(jìn)方案

3.1 方案一：增加自力式壓力調(diào)節(jié)閥

此凝結(jié)水系統(tǒng)中，機(jī)封沖洗水和機(jī)封密封水來(lái)源不同，設(shè)置兩路水源的主要目的是保證設(shè)備運(yùn)行及停機(jī)各階段沖洗水可切換并在停機(jī)后停用，密封水不中斷，并控制水壓及水量。在該機(jī)封系統(tǒng)中，沖洗水接入機(jī)封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)結(jié)合面，密封水接入靜環(huán)底部密封腔，當(dāng)沖洗水不中斷時(shí)，沖洗水也能實(shí)現(xiàn)機(jī)封密封功能。為簡(jiǎn)化管路，當(dāng)沖洗水連續(xù)不斷提供時(shí)，可切斷密封水管路，避免密封管路長(zhǎng)期漏水。針對(duì)本凝結(jié)水泵機(jī)封系統(tǒng)提出如下改進(jìn)方案，為解決凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速變化造成的凝結(jié)水出口壓力變化，導(dǎo)致密封水流量壓力不穩(wěn)定的現(xiàn)象，擬將凝結(jié)水路節(jié)流孔板改為自力式壓力調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)閥后壓力控制，通過(guò)調(diào)整自力式壓力閥彈簧開(kāi)度，將閥后壓力穩(wěn)定控制在0.3～0.4MPa，可大大提高機(jī)封水壓力的穩(wěn)定性。改造后的機(jī)封水系統(tǒng)如圖4所示，同時(shí)，在系統(tǒng)機(jī)封水管路中增加壓力開(kāi)關(guān)，當(dāng)密封水壓力低于0.25MPa時(shí)低壓報(bào)警，壓力高于0.4MPa時(shí)高壓報(bào)警。此方案中，主要是更換自力式壓力調(diào)節(jié)閥，改造方便，機(jī)械式壓力調(diào)節(jié)閥裝卸簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜，調(diào)整方便，可作為此凝結(jié)水系統(tǒng)改造的首選方案。

圖4 增加自力式壓力調(diào)節(jié)閥改造后凝結(jié)水機(jī)封水系統(tǒng)示意圖

3.2 方案二：增加電磁閥及壓力變送器

此凝結(jié)水泵密封水系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題為凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速變化造成的凝結(jié)水出口壓力變化，導(dǎo)致密封水流量壓力不穩(wěn)定的現(xiàn)象，另一種解決方案是將節(jié)流孔板更換成電磁驅(qū)動(dòng)閥，如圖5所示，同時(shí)增加壓力變送器，在電磁閥與壓力變送器之間實(shí)現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖控制，當(dāng)密封水壓力較高時(shí)，電磁閥接受壓力信號(hào)向下降低開(kāi)度降低壓力，當(dāng)密封水壓力較低時(shí)增加開(kāi)度提高密封水壓力，將密封水壓力控制在比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)。此方案改造可以大大增加密封水系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定性，但由于電磁閥及壓力變送器之間的聯(lián)鎖，此項(xiàng)改造費(fèi)用將會(huì)較高。

圖5 增加電磁閥及壓力變送器后凝結(jié)水機(jī)封水系統(tǒng)示意圖

3.3 方案三：增加電磁閥及氣動(dòng)三通切換閥

在方案二的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)密封水自動(dòng)切換，增加氣動(dòng)三通切換閥，如圖6所示，通過(guò)氣動(dòng)閥兩端的壓力值實(shí)現(xiàn)三通閥的自動(dòng)切換，氣動(dòng)閥切換可實(shí)現(xiàn)快速切換，無(wú)擾切換，當(dāng)啟動(dòng)凝結(jié)水泵后，當(dāng)凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到三通閥切換壓力時(shí)實(shí)現(xiàn)三通閥自動(dòng)切換，有效保證了系統(tǒng)密封水壓力的穩(wěn)定。但此方案對(duì)管路系統(tǒng)的改動(dòng)較大，同時(shí)增加的設(shè)備更多，改造費(fèi)用更高。

圖6 增加電磁閥及氣動(dòng)三通切換閥凝結(jié)水機(jī)封水系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的密封水系統(tǒng)管道系統(tǒng)的缺陷進(jìn)行分析，提出三種基于密封水系統(tǒng)改造的方案，可有效保障設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并提高檢修維護(hù)的可操作性，進(jìn)一步提高了設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化水平，保障了凝結(jié)水泵的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，大大減輕了人工操作負(fù)擔(dān)。