帶冷卻段水封在機組疏水回收中的應用與研究

徐謙益

摘 要：通過對大唐韓城第二發電有限責任公司二期2×600 MW機組軸加疏水系統進行分析，找出了疏水系統存在的主要問題是疏水在靠近排汽裝置段因壓力降低疏水汽化致使水封不能正常工作，創新性地改進了疏水流程，增加了疏水冷卻段，徹底解決了軸加疏水及軸封回汽管道疏水回收等一系列疑難問題，充分發揮了水封簡單、可靠的優勢。

關鍵詞：帶冷卻段；水封；軸加疏水系統；軸封加熱器

中圖分類號：TK227.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.106

水封是熱力發電廠中常用的一種疏水回收裝置，它是利用水柱高差平衡水封兩端的壓差，具有無機械轉動、無磨損、無卡澀、無電氣元件、不耗電、結構簡單、免維護和不需要操作等優點，廣泛替代了一些疏水器和疏水泵。但是，在使用過程中，由于系統工況的不斷變化和水封（尤其是多級水封）設計不合理，水封不能正常、穩定地運作。

1 軸封加熱器系統簡介

大唐韓城第二發電有限責任公司二期汽輪機為東方汽輪機廠生產的NZK600-16.7/538/538型亞臨界直接空冷凝汽沖動式汽輪機，設計背壓為16 kPa（20 ℃），背壓變化范圍為5.6～33 kPa。

軸封加熱器為東方汽輪機廠生產的JQ-150型軸封加熱器。軸封疏水通過多級水封回收至排汽裝置。軸封加熱器布置在6.9 m高的平臺上。

軸封加熱器系統正常運行時，軸加疏水通過4級水封進入排汽裝置，軸封回汽管疏水通過單級U形水封排至地溝。軸封回汽管疏水通過單級水封外排至排水漏斗。改造前的軸封加熱器系統如圖1所示。

圖1 改造前的軸封加熱器系統

2 軸封疏水系統存在的問題

2.1 軸加疏水水封存在的問題

自2008年投產以來，3號機組軸加疏水不穩定，疏水經常不暢，軸封加熱器水位高，導致軸加危急疏水動作，嚴重影響了機組的安全運行。

2.2 軸封回汽管疏水存在的問題

軸封回汽管疏水設計為通過水封外排，造成工質和熱量的浪費。

3 水封存在的問題

通過排查水封本體及管道，排除了3號機組軸加疏水不暢的原因為管道阻塞。查閱相關資料發現，國內軸封疏水存在的問題較多，不是疏水不暢就是疏水導通，水封失效造成的機組真空降低跳閘事故比比皆是，解決方法眾多，但都沒有徹底解決問題。通過認真分析軸加疏水流程發現，水封入口端工況相對于出口端屬于高壓高溫，比如，韓城地區的大氣壓為95～98.5 kPa，

軸封加熱器內真空為3.5 kPa，則軸封內部絕對壓力為91.5～95 kPa，對應的疏水溫度為97.1～98.2 ℃；而水封出水端為汽輪機排汽裝置，壓力為8～33 kPa，對應的水飽和溫度為41.5～71.3 ℃，疏水從水封入口經水封流到水封出口，疏水壓力會逐漸降低，對應的飽和溫度也逐漸降低，入口高溫飽和疏水流經水封某一處時必然會產生汽化現象。疏水汽化造成水封的實際運行狀況遠遠偏離設計要求，汽化嚴重時會產生氣阻，造成疏水阻塞，更多的是疏水汽化導致水封上升段疏水密度減小，水封水柱產生的壓差不能滿足平衡水封兩端壓差的需要，水封部分或整體失效，疏水就會導通，水封無法正常工作。由此可見，疏水汽化及汽化的不確定性是水封不能正常、穩定運作的根本原因。疏水的汽化程度與水封兩端的壓力、疏水的溫度、疏水量、水封本身的特性等有關，這些是運行人員無法調節和控制的，因此對機組的安全運行造成了很大的威脅。

4 解決方案和系統改進

由上述分析可知，降低疏水溫度是保證水封正常運作的根本方法，而排汽裝置熱井的主機凝結水就是理想的冷源。在疏水進入水封前，先利用主機凝結水充分冷卻，降低疏水溫度，避免疏水汽化，以保證水封的有效性，同時回收疏水熱量。

為了避免多級水封對改造的影響，將原多級水封改為單級水封，同時，為了降低軸加疏水溫度，給疏水加裝單級水封（控制軸加水位，也可以將其設計為無水位運行，充分利用軸加的換熱面積，這些可根據軸加面積和機組漏汽量確定），使疏水淹沒部分換熱管，從而使軸封加熱熱疏水先在其內部冷卻，降低新增冷卻器的面積（管道長度）。為避免封閉管道對水封高度產生不利影響，在不同區段加裝排氣管，保證各個水封按設計要求穩定工作。

利用改造后的水封一同將低壓軸封回汽管疏水回收。為了確保機組的安全運行，防止改造后出現意外情況，在水封出口加裝了調整門作為應急手段。改造后的軸封加熱器系統如圖2所示。

圖2 改造后的軸封加熱器系統

5 改造后的效果

改造后，系統運行穩定。水封第一次注水后，無需運行人員進行任何操作均可滿足機組的任何工況（含機組啟動），機組的安全性大增，經濟性也得到了提高。同時，二期軸封回汽管疏水也得到了回收。

6 結論

通過對軸封加熱器進行改造，筆者得出了以下幾點結論：①改造后，水封在機組疏水回收系統中能夠穩定、可靠地運作，與其他疏水回收方式相比，安全性、經濟性較高，運行及維護成本較低；無需疏水泵、疏水調節閥或疏水器。目前，提升疏水器的工作可靠性仍舊是面臨的難題之一。②改造后的水封不僅可以被應用于軸加疏水、軸封回汽管疏水中，還可以應用于一些機組的給水泵冷動水回收系統中。③對于軸封加熱器疏水的回收，建議根據實際情況確定加熱器水位的高低，以取得最佳經濟效益。筆者認為無水位運行（疏水不浸沒冷卻管）效果更好，因此需盡量回收軸封回汽管中的水蒸氣。④如果條件允許，最好使用低位水封（將水封置于地下），將疏水出口接在熱井水位以下。⑤筆者個人偏愛單級水封，簡單、直觀，且不受不溶氣體的影響。使用多級水封時應加大水封裕度。⑥在選擇水封管的通徑和冷卻段的冷卻面積時，要根據實際情況測算，通流能力和冷卻能力要足夠，這兩點是水封應用的關鍵。⑦在多個水封組合使用時，要考慮不同封閉管道造成的相互影響，設計時要設計必要的排氣管或連通管。

參考文獻

[1]林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].西安：西安交通大學出版社，1994.

〔編輯：劉曉芳〕