浅析#1机凝汽器真空泵冷却水系统的改造

摘 要：凝汽器的真空高低，影响着汽轮机的安全经济运行，真空高可使汽轮机耗汽量减少，供电煤耗降低。保持凝汽器较高的真空和较低的端差，是提高机组循环热效率的主要方法。而凝汽器真空泵运行的好与坏，将直接影响着凝汽器真空的高低。我厂#1机组真空泵出力不足的主要原因是工作水温度较高，致使泵内发生汽蚀，影响了真空泵出力。对影响真空泵的冷却器进水温度，我们进行了试验研究。试验表明：降低工作水温5-8℃，可以提高真空0.5-1.5KPa，节能效果明显。经过对#1机组真空泵冷却系统的改造，真空泵的工作介质温度明显下降，泵出力大大增强，凝汽器的真空度也明显提高，机组运行热耗显著降低。

关键词：真空泵 真空度 冷却水 经济性 安全性

1. #1机真空系统概况

大唐哈尔滨第一热电厂（简称哈一热）1号汽轮发电机组（300MW凝汽式）配备了2×100%容量的水环式真空泵，水环式真空泵密封水温对真空泵的真空度有着较大的影响。随着工作液的温度升高，对应的饱和压力不断升高，当水环真空泵抽吸压力小于或等于工作液温对应的饱和压力时，将使部分工作液汽化，真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体挤占真空泵抽气量，造成真空泵出力严重不足，不凝性气体将造成传热恶化并在凝汽器内积聚，破坏凝汽器真空，从而降低机组经济性。

由于真空泵工作液（密封水）采用的冷却介质是循环水入口水，通过换热器冷却工作液，其温度直接受循环水入口水温的影响，而循环水入口水温直接受环境温度的影响。根据跟踪监测，在6-9月份的多数时间里，真空密封水温与其入口绝对压力对应的饱和温度基本相同。设计上，真空泵入口绝对压力一般可达到比密封水温低3-5℃水温所对应的绝对压力值。因此，密封水的温度升高对机组的真空产生较大的影响，影响值约在0.5KPa，影响机组煤耗约在1克/千瓦时。

真空泵的工作压力与凝汽器压力是一个动态平衡过程，不管循环水温度的高低，真空泵的抽吸压力必须低于凝汽器的压力，才能把凝汽器内的不凝气体抽走。因此，真空泵密封水温度必须低于排汽压力对应的饱和温度，否则真空就会恶化，还会导致真空泵叶轮的汽蚀损坏。

既然真空泵在机组运行中的作用这么重要，有必要对真空泵的内部结构和工作原理进行深入的了解。

2. 真空泵的内部结构和工作原理

水环泵是由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成的。叶轮偏心地置于侧盖和泵体组成的腔室中，叶轮叶片是前弯式的。轴的两端由滚动止推轴承支承。轴的一端用刚性联轴器与电动机连接。

泵体中装有适量的水作为工作液，当叶轮顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，形成了一个封闭水环。水环的下部内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片的顶端接触。此时，叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时，小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口隔绝，当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。随着叶轮稳定运转，吸、排气过程连续不断地进行，可以连续不断地抽吸气体。

3. #1机真空泵冷却系统技术改造的必要性

哈一热电厂真空泵工作液设计温度为15℃，实际运行中均高于这一温度。特别是夏天随着循环水入口水温度的升高，真空泵工作液温度将远高于设计值，工作液温度升高，会严重破坏机组的安全和经济运行。

3.1 真空泵易发生气蚀，影响机组安全稳定运行

真空泵在运行中，若局部区域工作液的绝对压力降低到当时温度下的汽化压力时，工作液在该处发生汽化，产生大量蒸汽气泡，流经叶轮内的高压区时，气泡急剧地缩小以致破裂，使过流部件遭受到破坏，即真空泵中的汽蚀。金属表面出现点蚀现象，严重的会出现蜂窝状损坏，如果真空泵叶轮在汽蚀部位有较大的残余应力，还会发生裂纹，严重影响设备的安全高效运行。

3.2 破坏真空，降低机组经济性

随着工作液温度升高，对应的饱和压力不断升高，当水环真空泵抽吸压力小于或等于工作液温对应的饱和压力时，将使部分的工作液汽化，真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体挤占真空泵抽气量，造成真空泵出力严重不足，不凝气体在凝汽器内积聚，造成传热恶化，破坏凝汽器真空，从而降低机组经济性。

3.3 改造后，全年约可降低煤耗1克/千瓦时，节约标煤615.11吨，节约燃料成本30.7万元，很大程度上提高了机组效率。

前面所述，水环式真空泵的工作液温度太高，接近或达到真空泵入口负压的饱和温度时，工作液在泵体内将发生汽化，真空泵将会降低出力或无法正常工作，严重影响汽轮机的真空度，降低机组运行安全经济性，因此，真空泵组必须配置冷却系统，以便及时冷却工作液。

为完成此项技术攻关任务，哈一热电厂研究决定，在1号机组真空系统上加装一台真空泵冷却专用配置设备，将真空泵工作液直接接入冷水机组，经制冷后送入真空泵。两台真空泵密封水冷却可以进行切换。水冷式冷水机组具有自身的保护控制系统，实行就地PLC控制。该装置可根据真空密封水水温对出水温度，即真空泵密封水进行制冷降温调节。

4. 改造方案与实施步骤

在#1机凝汽器真空泵上加装一套密封水专用制冷装置。改造项目的主要设备材料构成：制冷机、管道、阀门及管件。工程设备投资：35万元。

4.1 设备采购：水冷机组及系统管道、阀门等进行招标采购。

4.2 为了降低改造工程造价，改造项目施工由大唐哈尔滨第一热电厂检修维护部实施。

4.3 按照设计系统图及水冷式单螺杆冷水机组要求，进行冷水机组基础施工及冷水机组就位。

4.4 进行冷水机组冷却循环水系统管道和真空泵泵体密封水管道、阀门和流量开关安装。

4.5 真空泵泵体密封水管道保温。

4.6 水冷式单螺杆冷水机组电源铺设电缆。

4.7 水冷式单螺杆冷水机组送电、调试。

4.8 改造项目施工中的协调管理

4.8.1 对施工单位检修维护部，要求严格按照改造方案及设备技术图纸的要求进行施工。

4.8.2 施工中发现问题及时联系厂家派人到现场进行指导。

4.8.3 根据现场1号机组系统运行状况，对于与既有系统连接的管道工作，积极协调热电厂，调整设备运行方式，并组织在最短的时间内完成碰头施工工作。

4.8.4 施工中严格落实安全技术措施，防止在线运行设备发生异常事件，防止发生施工人员和设备事故。

4.8.5积极组织文明施工，推广标准化作业，采取措施对现场成品进行保护。

4.8.6 协调汽机、电气、热控等专业，合理安排作业项目，保证改造工程顺利完成。

5. #1机真空泵冷水系统改造后经济性测试及效益分析

#1机真空泵冷却装置改造完成后，在厂家人员指导下，进行了设备系统调试。调试合格后，热试人员对#1机组真空泵冷却装置改造进行了对比试验，并给出了试验报告。

对比试验工况1（B真空泵投入冷却装置运行）、工况2（B真空泵切除冷却装置运行）：平均负荷分别为242.5MW、241.8MW，循环水温度分别为32.35℃、33.45℃，真空泵在采用冷却装置时比切除冷却装置时凝汽器的真空可提高约0.92KPa。

由此得到：该工况下真空泵采用冷却装置时比切除冷却装置时机组真空提高0.5KPa以上，折合煤耗约1.5克/千瓦时，达到了可研时的预期效果，很大程度上提高了机组的产能效率。

6. 结论

改造后，#1机组凝汽器真空泵的工作介质温度明显下降，基本达到了设计值，泵的出力大大增强，提高了工作效率，改善了泵内的工作环境，避免了真空泵叶轮严重汽蚀现象的发生。凝汽器的真空度也明显提高，机组热耗显著降低，保证了机组的安全经济运行。同时，对热电厂同类型问题有较好的借鉴作用。■

参考文献

1 苏熏明等 提高凝汽器水环真空泵出力的措施《东北电力技术》2004.11

2 朱庆玉 汽侧真空泵加装压缩制冷系统创新项目评估 《全国火电大机组竞赛第37届年会论文集》

3 田松峰 水环真空泵辅助冷却技术 《华北电力大学》