135MW級機(jī)組凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)選型建議

陳 昕，秦 淵，黃志超

(1.中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071；2.上海電氣電站集團(tuán)，上海 201100)

火力發(fā)電廠的凝結(jié)水系統(tǒng)是電廠熱力系統(tǒng)的主要系統(tǒng)之一，凝結(jié)水泵又是其中的關(guān)鍵設(shè)備，保證電廠的汽水系統(tǒng)循環(huán)可以持續(xù)正常運(yùn)行。凝結(jié)水系統(tǒng)供雜用部分系統(tǒng)支路繁瑣眾多，而雜用凝結(jié)水這部分設(shè)計(jì)往往受到設(shè)計(jì)人員的忽視。

1 實(shí)際工程介紹

內(nèi)蒙古鄂爾多斯某電廠一期工程建設(shè)2臺135MW循環(huán)流化床機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司N135-13.24/535/535型超高壓、一次中間再熱凝汽機(jī)組，每臺機(jī)組配備2臺110%凝結(jié)水泵，型號ZD12NLT，額定流量342 t/h，揚(yáng)程184m。

該項(xiàng)目一期工程已投產(chǎn)，1號機(jī)組經(jīng)過半年運(yùn)行，現(xiàn)場反映凝結(jié)水泵單泵運(yùn)行、在機(jī)組115MW(85%)負(fù)荷時(shí)，凝汽器水位開始逐漸升高，除氧器水位降低，均不能維持正常水位，雙雙報(bào)警。為了保證機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，凝結(jié)水泵雙泵投運(yùn)，無備用。

2 分析原因

根據(jù)現(xiàn)場反應(yīng)實(shí)際問題，我們從設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及設(shè)備自身等方面分析查找原因。

2.1 凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)選型

本工程為單元制凝汽式機(jī)組，根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》(DL—5000—2000)，單臺凝汽式機(jī)組宜裝設(shè)兩臺凝結(jié)水泵，每臺凝結(jié)水泵容量為最大凝結(jié)水量的110%。經(jīng)查汽機(jī)廠熱平衡圖，汽機(jī)最大進(jìn)汽工況的凝汽量、凝汽器的疏水量、純凝機(jī)組的正常補(bǔ)水量之和為310.7 t/h，310.7 t/h ×1.1=342 t/h，依照規(guī)范，凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)選型無問題。本工程進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，還沒有發(fā)布執(zhí)行新版的《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50660-2011)。

2.2 凝結(jié)水泵自身出力

根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合就地測量表計(jì)，統(tǒng)計(jì)出不同負(fù)荷下單臺凝泵出口流量、壓力，對比凝泵的工況曲線圖，基本吻合。同時(shí)，凝結(jié)水泵的制造廠家也派人在現(xiàn)場，與運(yùn)行人員一起試驗(yàn)，確認(rèn)水泵自身沒有問題，實(shí)際運(yùn)行各工況出力與水泵工況曲線基本一致。

是不是水泵已經(jīng)汽蝕了呢？如果凝結(jié)水泵發(fā)生汽蝕，也會造成出力不足。現(xiàn)場將濾網(wǎng)濾芯取出后進(jìn)行測試，去掉濾網(wǎng)濾芯，發(fā)現(xiàn)凝泵出力不足的問題依然存在。

因此，凝泵濾網(wǎng)的阻力及凝泵是否汽蝕都不是出力不夠的原因。

2.3 凝結(jié)水系統(tǒng)

凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

凝結(jié)水系統(tǒng)還有重要一支路，即雜用凝結(jié)水系統(tǒng)。

雜用凝結(jié)水系統(tǒng)主要作用是為汽機(jī)房內(nèi)輔機(jī)提供中壓的減溫水、水質(zhì)要求較高的密封水等。逐一分析這些雜用凝結(jié)水用水點(diǎn)，可以分為三類：

①機(jī)組啟動時(shí)需投入的雜用凝結(jié)水，正常運(yùn)行時(shí)切斷，這一類雜用水有低旁減溫水、三級減溫減溫水等，這些支路非長期投運(yùn)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，經(jīng)逐一檢查，閥門關(guān)閉正常，無泄漏。

②處于備用狀態(tài)的雜用凝結(jié)水支路，如高加聯(lián)成閥雜用水、至抽汽逆止閥液控雜用水、排氣缸噴水減溫等。

高加聯(lián)成閥雜用水、至抽汽逆止閥液控雜用水是通過壓力來作用于高加聯(lián)成閥和液壓止回閥的，閥門不動作，這些管路并沒有聯(lián)通，凝結(jié)水沒有回到凝汽器，所以這也不是凝結(jié)水泵出力不足的根源所在。

③機(jī)組運(yùn)行時(shí)處于投運(yùn)的雜用凝結(jié)水，至鍋爐暖風(fēng)器用汽減溫器、至暖通用汽減溫器、至本體疏水?dāng)U容器、給水泵密封水、主汽閥再熱汽閥油動機(jī)冷卻水等。至減溫器用水、至疏水?dāng)U容器雜用凝結(jié)水量較小。至主汽閥再熱汽閥油動機(jī)冷卻水系統(tǒng)見圖2。

圖2 至主汽閥、再熱汽閥油動機(jī)冷卻水

汽輪機(jī)的高壓主汽閥、再熱汽閥以及配套的油動機(jī)、自動關(guān)閉器用凝結(jié)水冷卻，最終冷卻回水經(jīng)節(jié)流，回至凝汽器。

由于這一小系統(tǒng)長期運(yùn)行，而且主汽閥、再熱汽閥以及配套的油動機(jī)、自動關(guān)閉器這些設(shè)備水阻都很小，如果末端的節(jié)流孔板現(xiàn)場加工不當(dāng)，很有可能造成該管段壓差過大，凝結(jié)水“直通”凝汽器，形象地說，將凝結(jié)水“短路”了，凝結(jié)水壓力下降，自然就滿足不了要求了。

綜上所述，這路雜用凝結(jié)水很可能是問題所在。

3 現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

針對上述這些疑點(diǎn)，現(xiàn)場又做了一次運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，機(jī)組負(fù)荷132MW，除氧器壓力0.64MPa，此時(shí)凝泵雙泵運(yùn)行，汽機(jī)本體疏水?dāng)U容器一臺投運(yùn)(減溫水投入)，除氧器凝結(jié)水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥全開，其他輔機(jī)正常運(yùn)行。

關(guān)閉一臺凝泵，DCS顯示除氧器水位逐漸降低，同時(shí)凝汽器水位逐漸上升。證明凝泵單臺運(yùn)行確實(shí)不能滿負(fù)荷時(shí)保證凝結(jié)水系統(tǒng)的壓力，并且凝結(jié)水沒有外漏，依然在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。很快，高、低水位相繼報(bào)警，值長命令運(yùn)行人員手動關(guān)閉本體疏水?dāng)U容器的減溫水進(jìn)口門，除氧器水位不再降低，但不穩(wěn)定，凝汽器水位升高也不明顯。減少本體疏水?dāng)U容器這點(diǎn)凝結(jié)水量，就能保證凝結(jié)水系統(tǒng)壓力，證明確實(shí)是因?yàn)殡s用凝結(jié)水部分流量過大，導(dǎo)致凝泵出口壓力低。

為保證機(jī)組此時(shí)的安全運(yùn)行，運(yùn)行人員打開了本體疏水?dāng)U容器的減溫水閥門，同時(shí)將軸加的旁路電動門停留在5%的開度，除氧器水位不能維持；加大到10%，除氧器水位開始回升，直至高位報(bào)警，凝結(jié)水入口調(diào)節(jié)閥DCS投入，除氧器水位開始維持正常。

軸加旁路電動閥打開，使得凝結(jié)水主路分流一部分，適當(dāng)減小凝結(jié)水系統(tǒng)的整體阻力，間接旁路掉一部分軸加的阻力，可以短時(shí)間維持機(jī)組正常運(yùn)行，同時(shí)又不會影響軸加的正常工作。

4 問題結(jié)論

經(jīng)過運(yùn)行人員現(xiàn)場逐一摸查雜用凝結(jié)水管路，最終沒有找到主汽閥油動機(jī)冷卻水回水管路上的節(jié)流孔板。

至此，問題基本搞清楚，由于沒有安裝節(jié)流孔板，這路雜用凝結(jié)水回水至凝汽器壓差過大，造成用水流量過大。這段管路管徑為DN65，隨機(jī)組運(yùn)行投運(yùn)，其流量基本達(dá)到了凝泵選型110%的裕量，即凝結(jié)水量的10%，使原凝泵設(shè)計(jì)選型出力不能滿足實(shí)際運(yùn)行需要。

管路上設(shè)置節(jié)流孔板的目的就是為了通過節(jié)流降低流體的壓力，使得進(jìn)入凝汽器的雜用凝結(jié)水與凝汽器壓差不至過大。也可以采用調(diào)節(jié)閥控制壓力，但考慮到本工程該段管路管徑小，采用調(diào)節(jié)閥控制成本較大，系統(tǒng)復(fù)雜。而采用節(jié)流孔板的降壓的方式，應(yīng)根據(jù)DL/T 5054—1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》計(jì)算孔徑，避免介質(zhì)汽蝕。本工程節(jié)流孔板安裝遺漏是導(dǎo)致凝泵出力不足的主要原因，在以后的工程設(shè)計(jì)中，節(jié)流孔板的設(shè)計(jì)應(yīng)引起足夠的重視。

5 建議

該電廠凝結(jié)水泵出力不足，雖說是施工單位沒有按圖紙施工，是一起偶然事件，但是仔細(xì)分析會發(fā)現(xiàn)，電廠的凝泵出口雜用水用量還是比較大的，我們在凝泵選型時(shí)，往往一概而論，將雜用凝結(jié)水統(tǒng)統(tǒng)劃分至10%的裕量中，對于供熱機(jī)組雜用凝結(jié)水往往還有供熱系統(tǒng)的減溫器減溫用途等。因此，凝泵選型時(shí)流量的選擇，需考慮各路雜用凝結(jié)水的具體用量；另外對于返回凝汽器的各路雜用凝結(jié)水源，應(yīng)分路設(shè)置調(diào)節(jié)閥組，嚴(yán)格控制進(jìn)入凝汽器工質(zhì)的壓力與流量。

[1]DL/T 5054-1996，火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[2]DL 5000-2000，電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S].