工業(yè)軸封加熱器多級(jí)水封對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響分析及改造價(jià)值

何毅峰

（廣東粵電中山熱電廠有限公司， 廣東 中山 528445）

0 引言

軸加多級(jí)水封的主要作用是將軸封加熱器中的蒸汽凝結(jié)水回收至凝汽器，提高熱力經(jīng)濟(jì)性。由于多級(jí)水封直接與凝汽器相連，故設(shè)備的嚴(yán)密性會(huì)影響真空。軸加水位過(guò)低，會(huì)造成水封不嚴(yán)，降低汽輪機(jī)的真空度[1]。而真空下降將大大降低經(jīng)濟(jì)性，本文就多級(jí)水封對(duì)真空影響進(jìn)行探討。

梳理已有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，與此相關(guān)的研究主要集中在三個(gè)方面，即：多級(jí)水封入口節(jié)流、增加多級(jí)水封的級(jí)數(shù)和提高多級(jí)水封的有效水柱高度。以上方法各有利弊，本文綜合了改造難易程度、施工成本和改造效果等方面，以獨(dú)特視角研究改造方案，并達(dá)到了預(yù)想的效果。

1 軸加漏真空情況分析

1.1 多級(jí)水封工作原理

軸加水封利用水封的阻力及水柱高差等平衡軸加和凝汽器之間的壓差[2]。投運(yùn)前對(duì)多級(jí)水封注水，多級(jí)水封的各級(jí)內(nèi)套管和外套筒及連接處均充滿了水（除外套筒頂端積有空氣）。注水后，最終水封內(nèi)各級(jí)底部形成小水封，軸加內(nèi)的空氣不會(huì)泄漏到凝汽器。多級(jí)水封水柱的總高度等于軸加內(nèi)負(fù)壓與凝汽器真空值的差，若凝汽器真空值與多級(jí)水封水柱總高度的和小于軸加內(nèi)負(fù)壓，則軸加內(nèi)的空氣會(huì)漏入凝汽器中，影響真空。

1.2 真空系統(tǒng)查漏過(guò)程

工程投產(chǎn)后，凝汽器真空嚴(yán)密性2 號(hào)汽機(jī)試驗(yàn)優(yōu)秀，但4 號(hào)、6 號(hào)汽機(jī)試驗(yàn)一直不合格。經(jīng)多次凝汽器灌水查漏后，真空漏點(diǎn)仍未明確。于是，采用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)開展真空在線檢測(cè)查漏及調(diào)整試驗(yàn)。

1）開展4 號(hào)汽機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果見表1。

表1 2 號(hào)、4 號(hào)和6 號(hào)汽機(jī)凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2）對(duì)4 號(hào)汽機(jī)真空系統(tǒng)進(jìn)行氦氣查漏，發(fā)現(xiàn)高中低壓缸側(cè)軸封、高中壓主汽閥門桿存在導(dǎo)致凝汽器真空泄漏的可能。提高軸封壓力后，漏點(diǎn)依然存在，排除了真空從軸端泄漏的可能。而上述部位均與軸封回汽系統(tǒng)相連，初步判斷泄漏真空與軸封回汽系統(tǒng)有關(guān)。

3）進(jìn)行4 次試驗(yàn)，系統(tǒng)保持原狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果不合格，表明4 號(hào)汽機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)與上述第1 種情況類似。隔離多級(jí)水封后，試驗(yàn)結(jié)果良好，說(shuō)明多級(jí)水封是真空泄漏的其中一個(gè)原因?；謴?fù)多級(jí)水封運(yùn)行，保持對(duì)多級(jí)水封注水，并進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，結(jié)果良好，表明原多級(jí)水封隔絕空氣的效果不佳。

2 多級(jí)水封失效分析

根據(jù)多級(jí)水封設(shè)計(jì)圖，計(jì)算極限水柱高度為9 278 mm，按軸加內(nèi)負(fù)壓為-6 kPa，凝汽器真空為-95 kPa，水密度分別為958 kg/m3、995 kg/m3，計(jì)算出多級(jí)水封能提供的靜壓是91～87 kPa，加上流動(dòng)阻力，基本滿足（凝汽器真空+多級(jí)水封靜壓差）＞軸封加熱器負(fù)壓要求。

但從4 號(hào)汽機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，多級(jí)水封內(nèi)水柱高度不能滿足要求。對(duì)比2 號(hào)汽機(jī)多級(jí)水封，4 號(hào)、6 號(hào)汽機(jī)均包有保溫，而2 號(hào)汽機(jī)未包保溫。對(duì)比真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，當(dāng)2 號(hào)汽機(jī)試驗(yàn)合格時(shí)，多級(jí)水封回水溫度均小于40 ℃，而4 號(hào)、6 號(hào)汽機(jī)多級(jí)水封回水溫度均大于50 ℃。根據(jù)飽和蒸汽壓力表可知，凝汽器真空為-90～-95 kPa，飽和溫度在45～32 ℃之間，由于多級(jí)水封回水管道與凝汽器直接相連，內(nèi)部壓力等于凝汽器真空，若多級(jí)水封回水溫度大于50 ℃，基本可以判定流過(guò)的是過(guò)熱蒸汽而不是水。由此可以判斷，多級(jí)水封三級(jí)套管內(nèi)水未灌滿整個(gè)套管。

多級(jí)水封入口為軸加冷凝水，軸加為微負(fù)壓，故冷凝水溫度約為98 ℃。2 號(hào)汽機(jī)由于多級(jí)水封未包保溫，套筒散熱蒸汽冷凝，易形成水封。同時(shí)，由于散熱大，多級(jí)水封出口溫度也較低，因此，多級(jí)水封有效水柱高度增加，此時(shí)多級(jí)水封能起到隔絕空氣的作用。而4 號(hào)、6 號(hào)汽機(jī)由于包有保溫，散熱減少，多級(jí)水封內(nèi)溫度較高，三級(jí)套管內(nèi)水閃蒸，導(dǎo)致多級(jí)水封有效水柱高度減少。因此，出現(xiàn)了軸加內(nèi)空氣漏入凝汽器的現(xiàn)象。

3 水封失效改造方案

通過(guò)對(duì)多級(jí)水封入口閥（或出口閥）進(jìn)行節(jié)流（見圖1），提高軸加內(nèi)液位（試驗(yàn)液位提高至接近300 mm，才能避免軸加空氣漏入凝汽器），在多級(jí)水封水柱高度不夠的情況下，也能保證軸加內(nèi)的空氣不漏入凝汽器。

圖1 多級(jí)水封入口節(jié)流原理

除多級(jí)水封入口節(jié)流外，更可靠的措施是增加多級(jí)水封級(jí)數(shù)，提高有效水柱高度，增加運(yùn)行裕度的同時(shí)，能完全避免軸加滿水現(xiàn)象?？梢晕㈤_多級(jí)水封注水，通過(guò)注入溫度較低的除鹽水進(jìn)行持續(xù)冷卻，避免三級(jí)段水柱閃蒸，保證水柱有效高度。

4 改造方案實(shí)施成效及價(jià)值

基于目前多級(jí)水封存在失效的現(xiàn)象，為減少多級(jí)水封對(duì)凝汽器真空的影響，提高靈活性，同時(shí)，考慮到增加級(jí)數(shù)可能會(huì)增加真空系統(tǒng)漏點(diǎn)，制定如下實(shí)施方案：

1）將原軸加汽側(cè)液位開關(guān)改為量程0～600 mm的液位變送器，實(shí)現(xiàn)液位遠(yuǎn)方監(jiān)視。

2）在多級(jí)水封入口增加氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整軸加汽側(cè)液位。

3）為多級(jí)水封入口調(diào)閥搭建以軸加汽側(cè)液位為控制對(duì)象的自動(dòng)控制邏輯。

方案實(shí)施后，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整軸加汽側(cè)的液位，增加了多級(jí)水封的有效高度，并能根據(jù)不同的真空度動(dòng)態(tài)調(diào)整多級(jí)水封高度，提高真空嚴(yán)密性。

冬季由于氣溫較低，使用少量循環(huán)水真空就可達(dá)到峰值，此時(shí)嚴(yán)密性對(duì)真空的影響十分有限。相反，夏季氣溫高，循環(huán)水系統(tǒng)接近滿負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)嚴(yán)密性對(duì)真空的影響很大，如嚴(yán)密性好的2 號(hào)汽機(jī)能比嚴(yán)密性差的4 號(hào)、6 號(hào)汽機(jī)真空高2 kPa。

通過(guò)試驗(yàn)，軸加水位控制在350 mm 時(shí)，真空提升1 kPa。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽機(jī)負(fù)荷為100 MW，真空提高2 kPa，汽機(jī)功率可以增加3.75 MW[3]。一年當(dāng)中，當(dāng)?shù)貧鉁卮笥?0 ℃的時(shí)間有4 個(gè)月，按應(yīng)用軸加汽側(cè)液位可視化調(diào)整后真空能提高1 kPa 計(jì)算，汽機(jī)功率可提升1.875 MW，機(jī)組每年多發(fā)電量為：1.875 MW×1 000 kW/MW×24 h/d×30 d/月×4 月=5 400 000 kW·h，按上網(wǎng)電價(jià)為0.56 元/kW·h 計(jì)算，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益297 萬(wàn)元。

5 結(jié)論

通過(guò)多次真空試驗(yàn)及軸加水封水柱高度調(diào)整，得到以下結(jié)論：

1）軸加多級(jí)水封內(nèi)水柱有效高度不足，會(huì)造成軸加內(nèi)空氣漏入凝汽器。

2）造成軸加多級(jí)水封有效高度不足的原因有：多級(jí)水封管內(nèi)水閃蒸、軸加多級(jí)水封設(shè)計(jì)余量不足。

3）提高軸加多級(jí)水封內(nèi)水柱有效高度的措施有：增加多級(jí)水封的級(jí)數(shù)、對(duì)多級(jí)水封入口閥（或出口閥）進(jìn)行節(jié)流和動(dòng)態(tài)調(diào)整軸封加熱器汽側(cè)的液位。

4）改造后，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整多級(jí)水封高度，降低軸加漏入空氣量，提高了真空嚴(yán)密性，運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。