燃煤電廠給水泵故障分析與檢測研究

聶學軍

摘 要：火電廠設備的正常運行是電力生產過程安全高效進行的前提。給水泵是鍋爐給水增壓的主要設備，它是鍋爐主要的輔機之一，該設備一般運行在大流量、高水溫、高速度、大壓變的環境中，發生故障的可能性很大，給水泵的故障直接影響鍋爐給水的供應，從而影響電廠的發電過程，嚴重的甚至會使機組停機。為此對給水泵故障進行分析和檢測是燃煤電廠需要考慮的一個重要問題，本文分析了給水泵常見故障，并且為故障的處理提供了相關措施。

關鍵詞：給水泵；故障分析；檢測；火電廠

一、前言

給水泵作為火力發電機組系統中比較重要的輔機，且給水泵常運行于較惡劣的環境環境中，它的正常運行直接關系到燃煤機組鍋爐的正常運行和發電過程順暢。給水泵的故障多種多樣，常見的故障是給水泵汽蝕，汽蝕常常使給水泵的震動增強，而給水泵的振動又往往會誘發金屬疲勞，從而造成設備運行故障。根據美國電力研究所進幾年對給水泵故障進行的調查表明：大型電站鍋爐給水泵故障率高達30 %以上，而且泵越大，故障率越高，也反映了泵向強力化發展是故障率高的原因之一[2]。另外，為了實現電廠的節能減排，變頻調速技術在電廠得到了應用和推廣，但是這些改造并不是一方風順的，例如給水泵變頻過程中泵的固有頻率與變頻器的頻率將會引起給水泵的共振，直接導致泵軸的斷裂和損傷，對電力生產過程造成的破壞是不可估量的[3]。因此，不管是新老機組，逐步實現和完善給水泵的故障檢測與診斷體制，健全給水泵的檢修方法，為實現電廠的安全和經濟的運行有很大的作用。

二、鍋爐給水泵震動

給水泵在運行過程中，最常見的故障是汽蝕問題，給水泵的汽蝕常常導致給水泵及其相連設備的震動，引起金屬疲勞，甚至是一些結構斷裂，引起發電過程中不想遇到的故障。此外，給水泵的汽蝕還常常會引起噪音過大，降低給水泵的使用壽命，并且給水泵的汽蝕會使給水泵的運行效率降低，給水泵的揚程降低。

如上所述，汽蝕常常會引起給水泵的震動，震動的檢測可以直接確定給水泵的故障與否，并且給水泵在運行的過程中，通過震動的大小也可以確定給水泵工作效率的高低，所以對給水泵震動的檢測和分析具有十分重大的顯示意義。給水泵在運行過程中，震動過大首先導致的問題是噪聲問題，如上文所述，震動還會導致金屬的疲勞，降低給水泵相關的零件的使用壽命，嚴重的情況下導致給水泵的軸承、葉輪甚至是法蘭螺栓的斷裂，引起汽輪機運行事故，導致非計劃停機，使電廠承受不必要的損失。

如果在電廠中采用震動檢測系統，以上的汽蝕和震動問題將在震動檢測中及時發現和確認，并且通過泵的異常震動調節泵的運行方式，降低泵的震動。另外如果在實際運行當中，泵的震動不斷增強并且通過調節起效甚微，則在有必要的情況下要進行停泵處理，避免因為震動引發的更嚴重的電廠運行事故。給水泵的震動原因多種多樣，除上文所述汽蝕引起的震動外，常見的原因還有基礎剛度不足，固定不緊，給水泵的共振等 [4]，給水泵的同步震動常見原因有結構共振、低頻振動、轉子不平衡、軸彎曲、部件偏轉、水力不平衡、不對中、動靜碰磨、轉子裂紋等。

為了檢測給水泵的震動問題，國內科研院所對給水泵的軸、汽輪機軸等旋轉部件的振動檢測以及頻譜分析進行了研究，為實現高效的檢測泵類原件的震動提供了很多有價值的經驗和方法。

三、給水泵汽蝕

僅通過對震動的檢測并不能完全確定泵類原件運行過程中出現的問題，因為給水泵除了通常旋轉設備的故障外還有泵類原件常見的問題。如上文所述的汽蝕，汽蝕主要是由于泵內部分流體氣化所引起的。給水泵的汽蝕對給水泵的正常運行會有很大的影響。當給水泵入口的壓力比流體當時溫度下的汽化壓力低的時候，泵內的流體就會發生汽化，并且會在流體內產生氣泡，氣泡會在流體內在葉輪的通道中隨著壓力的變化逐漸破滅，此時氣泡周圍的流體就會向氣泡所在的區域沖擊，從而造成強烈的震動。所以如上文所述，給水泵汽蝕的問題是給水泵發展過程中要解決的一個重要問題。根據現場的實驗數據顯示，汽蝕引起的沖擊頻率可以達到2萬次/min～3萬次/min之多，而且這些沖擊往往作用于很小的范圍內，其沖擊壓力可達到幾十兆帕[5]。此時給水泵的震動問題將會變得十分嚴重，從而造成的給水泵金屬的局部疲勞。另外，汽蝕過程產生的氣泡中還常常含有氧氣等活潑氣體，對設備造成化學腐蝕，所以對汽蝕問題的控制將顯得十分重要。汽蝕引起的故障通常有以下幾類：

首先給水泵的汽蝕會激起給水泵葉輪的非常規振動，進而引起泵軸及整個泵體的振動。產生巨大的噪音，使工作環境惡化。另外，汽蝕激振與原有振動疊加會導致泵體地面基礎松脫。

其次，汽蝕產生的氣泡等將會使給水泵的性能下降。這是由于水泵發生汽蝕時，給水泵內的水流中含有氣泡，引起水泵工作性能的變化，此變化對不同類型的水泵是不同的。但總體來說，給水泵內的氣泡等長長會引起給水泵的揚程、功率和效率急劇下降，最后水泵停止出水[5]。

再次給水泵的汽蝕會造成給水泵內通道的侵蝕。這是因為，在汽蝕過程，產生的氣泡會在其周圍的高壓液體的共同作用下，瞬間破裂，周圍的液體撞擊水泵通流面造成沖擊，常常會在泵體上形成海綿狀空穴，降低給水泵的使用壽命。

最后，汽蝕還會造成泵體內部的動靜碰摩。尤其是在給水泵前壓力過低時，汽蝕問題就會大規模持續發生，這時水泵葉輪就會與蒸汽摩擦發熱從而導致泵內原件的溫度升高，嚴重時還會導致原件的膨脹變形，當膨脹到一定程度，動靜間隙減小就會導致動靜碰摩。

給水泵汽蝕的檢測一般通過以下幾種方法來進行：

首先，通過對水泵的觀察，查看給水泵是否具有汽蝕過程應有的典型特征。因為水泵的汽蝕是由于水泵內流體氣化引起的，所以泵在汽蝕引發點的壓力很低或者流體的溫度很高。通過觀測給水泵入口出口處的溫度、壓力可以初步確定和檢測到水泵汽蝕。

其次，設計一種使用與給水泵的檢測和控制系統。首先，在給水泵進出口之間安裝一套壓差控制器設備，通過該設備可以獲得給水泵前后的壓差，并且將信號反饋給驅動電機，此時電機就可以通過檢測結果給出響應的動作。其次，在給水泵殼體外安裝一個測溫傳感器，用于對對給水泵工作溫度做出實時在線監測。汽輪機甩負荷過程中或者是熱力系統出現波動時，是泵汽蝕最可能發生的時機。此時，通過給水泵泵體外的溫度傳感器就可以快速的捕到水泵汽蝕后溫度的變化。通過溫度的變化來確定是否發生了汽蝕或發生汽蝕的程度，如此就可以再很大程度上提高給水泵汽蝕檢測的準確性。

最后，近期發展起來的變頻技術對提高給水泵的運行性能有很大的作用。當機組在進行運行過程中，給水系統中往往只有隨著給水量、給水壓力進行實時調節，通過改變給水泵的運行工況，實現其運行于最佳工況是給水泵安全高效運行節前提 [7]。然而，單單對系統中的單泵進行調整，其能力是有限的，給水壓力與給水量是個變值，而泵的能力是一定的，要使兩者統一起來，必須對泵以及變頻實行動態管理，根據不同時期的變化，對給水泵調配給水壓力與給水量。為此，需實現對前置泵泵及給水進行多點調整才能發揮總體效益。

四、結論

給水泵作為燃煤電廠重要的工作原件，給水泵的正常運行直接影響到給電廠鍋爐的正常運行，從而影響燃煤電廠的運行，為實現燃煤電廠的安全生產和電力供應的順暢，給水泵的故障檢測顯得十分有必要，本文首先介紹了給水泵運行過程中常見問題，然后著重介紹了給水泵震動和汽蝕問題，并且提供了故障常見問題和檢測方法。

參考文獻

[1] 王洪杰， 劉全忠， 季天晶，等. 鍋爐給水泵故障機理及診斷技術的研究[J]. 節能技術， 2004， 22（6）：30-31.

[2]電站鍋爐給水泵振動機理及振動監測中的分頻段控制技術 華北電力大學 安連鎖 王松嶺 侯軍虎 李春曦

[3] 徐建兵. 變頻調速技術在凝結水系統中的應用[J]. 華東電力， 2003， 31（3）：29-30.

[4] 王洪杰， 劉全忠， 季天晶，等. 鍋爐給水泵故障機理及診斷技術的研究[J]. 節能技術， 2004， 22（6）：30-31.

[5] 孫廣垠， 張娟. 水泵汽蝕的危害及其防止措施[J]. 科技情報開發與經濟， 2009， 19（21）：171-173.

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[7] 張麗偉. 注水前置泵變頻調速技術[J]. 油氣田地面工程， 2011， 30（5）：86-87.