大容量給水泵迷宮式密封水的回收方式及對比

葛 鵬

（西北電力建設調試施工研究所，陜西西安710032）

大容量給水泵迷宮式密封水的回收方式及對比

葛 鵬

（西北電力建設調試施工研究所，陜西西安710032）

針對國內火電機組中大容量單臺給水泵已大量投入運行的趨勢，結合了工程實例，對大容量給水泵的密封水回收方式進行了比較和分析。從確保機組長期穩定運行的角度出發，評價了各種密封水回收方式的優劣，為同類型機組的設計及技術改造提供參考。

超超臨界；給水泵；大容量；迷宮式；密封水、多級水封；回水箱；回收方式

0　概述

目前，600 MW及以上機組配備的大容量給水泵的軸端密封形式，主要采用了反螺旋注射式迷宮密封和機械密封兩種形式。

機械密封常采用快裝盒式流體動力的機械密封，利用自給水泵循環沖洗，不需要外供凝結水，減少了因凝結斷水而引發燒毀軸瓦的現象。機械密封裝置一般在制造廠內就已安裝好，并經過仔細的調整，所以，在施工現場的工作量較小。當給水泵運行時，機械密封室的冷卻器對來自外部的清潔水進行冷卻。采用機械密封的優點是泄漏少，效率高；缺點是易磨損、檢修工藝要求較高，檢修維護的工作量大，使用壽命較短，維護成本相對較高。另外，在夏季環境溫度較高的工況下，常出現“機械密封水溫度高”的故障，有時機組被迫降負荷運行。另一方面，當機械密封被磨損后，導致泄漏的給水順泵軸串入軸承室，使潤滑油混入大量水分，引起油質惡化。為保證機組的長期穩定運行，現階段的大容量給水泵的軸封，一般不采用機械密封形式。

迷宮式密封是在轉軸周圍設若干個依次排列的環行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質在通過曲折迷宮間隙時，產生節流效應而達到阻漏的目的。迷宮式密封廣泛應用于汽輪機、燃汽輪機、壓縮機、鼓風機的軸端和各級間的密封。反螺旋注射式迷宮密封是在水泵軸套的外表面，加工了數條指向內側的螺旋槽，而在固定襯套的內表面上，加工了與軸套螺旋方向相反的螺旋槽。當軸旋轉時，螺旋槽相對運動，類似螺旋槽泵，使流體產生壓頭，阻止泵內流體外泄。由于軸套與固定襯套之間存在徑向間隙，仍有部分流體會通過螺紋齒頂向外泄漏。為避免泵內高溫水泄漏汽化，必須由外部注入低溫密封水。該密封水一部分通過螺旋槽旋轉送至軸端密封內側，阻止泵內流體外流，另一部分與少量經密封間隙外流的高溫水混合后，形成密封回水。

1　迷宮式密封水供水及回收系統

1.1 密封水的供水調節方式

設計時，為確保密封水水源的穩定，一般采用凝結水作為密封水的供水水源。在實際運行中，特別是在新機組調試過程中，除氧器的上水量忽然增大或減小時，凝結水母管的壓力波動較快，密封水調節閥的即時調節跟不上，致使密封水的壓差波動，造成給水泵跳閘或造成了軸端冒水，也使水混入了潤滑油。目前，電廠常采用某些措施進行改進。

（1）改善密封水調節閥的調節特性。

（2）在密封水壓差小跳給水泵的保護上，增加一定時間的延時。

（3）在密封水壓差小跳給水泵的保護上，增加密封水回水溫度高的條件。

為提高機組效率，給水泵密封水作為清潔水源必須回收，在通常的方案設計中，密封水被回收至凝汽器。選擇給水泵密封水回收系統時，必須考慮兩方面的問題，一方面需考慮密封水回水的通暢，否則，密封水將通過給水泵軸頸進入與之相連的軸承回油中，從而引起給水泵油中進水，影響給水泵的安全運行；另一方面，密封水至凝汽器管道的密封必須嚴實可靠，否則將影響凝汽器的真空度。

1.2 密封水回收系統的主要形式

迷宮形式密封水回收系統主要有三種形式。

（1）單級U形水封密封水回收系統。

（2）多級U形水封密封水回收系統。

（3）帶水箱的密封水回收系統。

單級U形水封密封水回收系統的運行比多級水封系統更穩定。在多級水封中，只要有一級水封被破壞，就會造成整個水封管都被擊穿；但單級水封管較長，布置較困難。根據設計方案的不同，在機組初建時，至少需要預埋10m多的水封套管。有不少機組在初建時，因為漏埋、錯埋水封套管而無法實施密封水的回收，因此，現在此類方案很少被采用。對于多級U形水封系統，從原理上講，多級U形水封相當于多套單級水封的疊加，其優點是布置方便，是目前多數電廠選用的回收密封水方式。但對多個電廠的調查結果表明，多級水封管的正常運行涉及到水封管的高度設計、管徑選擇、密封水的壓力控制等問題，當某一環節出了問題，將會影響到設備的正常運行。對于帶水箱的密封水回收系統，該系統需專門設置回收水箱（容積約0.5 m3），為保證密封水回水通暢，設備一般布置在凝汽器坑底或者汽機房零米處，給水泵密封水的回水，通過重力自流匯集到回收水箱。在水箱的底部，增設一管道與凝汽器汽側相連，水箱內的密封水回水通過凝汽器的負壓作用，被“吸”入凝汽器熱井。通過安裝在水箱至凝汽器管道上的水位調節閥，控制水箱水位，防止水位過高溢流或水位過低影響凝汽器的真空度。

2　帶水箱密封水回收系統的優勢

多級水封因系統簡單，完全利用物理原理進行密封水回收，不需要額外增加控制系統，使用維護成本較低，因此受到設計單位及建設單位青睞。在國內投產機組中，常選用多級水封系統進行給水泵密封水的回收。隨著近年大容量機組大量建設投產，為提高機組效率，越來越多的機組采用了單臺100%容量給水泵。因為沒有備用給水泵，所以對單臺給水泵穩定運行的要求很高。密封水是給水泵穩定運行的主要介質，水封系統的穩定性也顯得尤為重要。多級水封完全利用物理原理進行回收，當工況劇變，如機組發生RB、甩負荷及FCB等情況時，給水泵轉速、給水壓力、凝結水壓力、凝汽器真空度均會產生劇烈波動，從而使密封水回水流量、壓力均會隨之發生變化，極易造成多級水封破壞，從而進一步影響機組的真空度，甚至會引發機組跳機。

帶水箱密封水回收系統中水箱的水位，可通過水位調節閥控制。當機組發生劇烈工況變化時，獨立的回收水箱可以起到緩沖作用，給水壓力、凝結水壓力、凝汽器真空度的變化，不會通過給水泵密封水系統產生相互影響，從而使機組可以快速恢復穩定，確保機組的運行安全。

3　兩種密封水回收系統的優劣對比

為了對比帶水箱回收系統與多級水封回收系統在機組運行中的優劣，現以國內某型2×660 MW超超臨界機組4號機與某型2×1 000 MW超超臨界機組的5號機為對象，在機組50%甩負荷工況下，對給水泵密封水系統的運行參數進行對比，從而直觀地了解兩種回收方式的優劣。

某電廠二期2×660 MW超超臨界機組四號機，采用HDB型雙殼體100%容量鍋爐給水泵，水泵采用了迷宮式密封，密封水由凝結水母管供給，在汽機房零米處設置了回水箱，回收密封水。某電廠三期2×1 000 MW超超臨界機組的5號機，采用HZB型雙殼體50%容量給水泵，水泵也采用了迷宮式密封，密封水由凝結水母管供給，由布置在汽機房凝泵坑的多級水封系統進行回收。

2014年7月，某電廠二期2×660MW超超臨界機組4號機組在投入商業運行前，該機組進行了50%甩負荷試驗，給水泵密封回收水箱的水位穩定維持在650 mm（水位變送器量程為0～1 000 mm），給水泵軸端未發生回水不及等冒水事故，給水泵運行穩定，其他詳細參數，如表1所示。2015年4月，某電廠三期2×1 000 MW超超臨界機組5號機投入商業運行前，機組也進行了50%甩負荷試驗，給水泵的多級水封被破壞，因密封水回水管道與凝汽器真空系統聯通，給水泵的潤滑油通過軸間隙吸入密封水回水系統，造成大量潤滑油進入密封水回水匯入凝汽器，凝結水被污染，造成精處理前置過濾器濾元件污染。為了清除油污，機組被迫重新對凝結水系統進行堿洗，嚴重影響了機組的投產進度。經改造，舍棄了多級水封系統，將密封水回收至清潔水箱，然后通過清潔水泵打回凝汽器，相當于采用帶水箱的回收系統。

表1　甩負荷前后的參數對比表

4　結語

通過對比迷宮式給水泵密封三種回水方式、工作方式及系統構成，結合實例，分析了相似工況下不同系統的運行狀態及參數。分析結果表明，雖然獨立水箱密封水回收系統的造價高、布置困難，但是系統運行的穩定性高，應對工況變化的能力強，確保了機組的穩定運行。這種回收方案，將成為新建機組及改造機組的首選方案。

［1］李大才.1 000 MW機組汽泵密封水多級水封問題分析及治理［J］.中國電力，2014（11），1-5.

Comparison of Recovery Methods for the Labyrinth Seal Water of Large Capacity Feed Water Pump

GE Peng
（Northwest Electric Power Construction Research Institute，Xi'an 710032，Shaanxi，China）

For large capacity domestic thermal power units in a single water pump has been put into operation the trend，combined with the engineering example，the sealing water recovery mode of large capacity water pump are compared and analyzed.From the unit to ensure long-term stable operation point of view，all kinds of sealing water recovery methods to evaluate the merits，provide a reference for the design and technical improvement of the same type unit.

ultra-super critical；feed water pump；large capacity；labyrinth；seal water；multi-level water seal；water recovery box；recoverymethod

TH31

B

1672-0210（2016）01-0042-03

2015-07-03

葛鵬（1983-），男，工程師，從事火電機組整套啟動調試及故障診斷工作。