提高機組排水槽廢水泵工作可靠性的措施

陳增潤，王喜林

(國家電投集團河南電力有限公司開封發電分公司，河南 開封 475000)

提高機組排水槽廢水泵工作可靠性的措施

陳增潤，王喜林

(國家電投集團河南電力有限公司開封發電分公司，河南 開封 475000)

開封發電分公司為了解決機組排水槽1，2號廢水泵經常工作不正常，影響機組安全經濟運行的問題，對廢水泵存在問題進行分析，找到問題的根源所在；從6個方面采取有效措施，達到提高機組排水槽廢水泵可靠性、降低故障率的目的。

機組排水槽；廢水泵；自吸泵；可靠性

0 引言

水資源缺乏是我國社會經濟可持續發展急需解決的問題之一，國家電投河南電力有限公司開封發電分公司2×600 MW國產超臨界燃煤機組建設時，為了節約珍貴的水資源，實現廢水的循環利用，減少地表水和地下水的用量，采用電廠廢水全部回收利用的設計方案。如實施機房排水和精處理樹脂的再生廢水回收利用，將機房排水和精處理樹脂的再生廢水均排入1，2號機組排水槽，由1，2號廢水泵輸送到中水回收水池，再由回收水泵輸送到中水機械加速澄清池處理后，供電廠循環水和鍋爐補給水系統制水用。

1 設備概述

開封發電分公司2×600 MW機組為超臨界燃煤機組。鍋爐最大連續蒸發量為1 950 t/h。凝汽器管材采用TP316不銹鋼管；冷卻水為深度處理后的城市中水，采用敞開式循環冷卻水系統。

1，2號廢水泵的相關參數如表1所示。廢水泵輸送泵型式為無密封立式自吸泵。自2009年5月投入使用以來，機組排水槽廢水泵經常工作不正常，機房排水和精處理樹脂的再生因此受到影響。

由于機組排水槽位置在1號主變和氫庫附近，在1，2號廢水泵工作均不正常時，廢水不能回收利用，具有腐蝕性的液體會溢流出來，進入1號主變或氫庫，腐蝕設備，增大發生事故的幾率。廢水泵的結構如圖1所示。

表1 1，2號廢水泵的相關參數

圖1 廢水泵的結構

2 自吸泵簡介

自吸是指在吸入管內不用充滿液體(初次啟動泵體內灌滿液體，再次啟動依靠留存的足夠液體)的情況下啟動泵，泵能夠自動排除吸入管內的氣體，進入正常的工作狀態。

具備自吸功能的泵為自吸泵。

2.1 自吸泵分類

自吸泵按安裝形式分為臥式自吸泵和立式自吸泵，按工作原理分為離心式自吸泵、水環式自吸泵和射流自吸泵。

(1) 離心式自吸泵：靠葉輪轉動產生的離心力實現自吸。根據氣液混合的位置，又分為內混式和外混式。內混式是指在葉輪進口進行氣液混合，外混式是指在葉輪外緣進行氣液混合。

(2) 水環式自吸泵：將水環輪和水泵葉輪組合在一個殼體中，借助水環輪將氣體排出，實現自吸。

(3) 射流自吸泵：由離心泵和射流泵組成，依靠噴射裝置在噴嘴處形成真空，實現自吸。

2.2 自吸泵基本參數

除一般的流量、揚程、軸功率、效率和汽蝕余量外，最重要的參數是自吸時間和自吸高度。

(1) 自吸時間：在一定的自吸高度下，抽送常溫清潔液體，從泵啟動到排盡泵吸入管內的空氣正常出水所需的最短時間。

(2) 自吸高度：水面到吸入管中心的高度。(3) 最大自吸高度：能自吸上水的最大高度。

3 廢水泵存在的問題及原因分析

3.1 廢水泵存在的問題

(1) 水泵葉輪為普通離心泵型式，汽蝕性能一般，水泵吸程不高。有的水泵采用開式單圓弧葉片，效率極低。

(2) 壓水室采用蝸殼式結構，泵體積大；一旦泵體被磨損，壓水室整體都需報廢。

(3) 水泵采用大直徑副葉輪密封，能耗非常大(副葉輪能耗與直徑的5次方成正比)，另外葉輪和副葉輪全為開式結構，內部泄漏大，水泵效率低。

(4) 沒有設計停泵密封，在自吸時容易吸入外面的空氣，影響自吸性能，甚至吸不上水；且在停泵瞬間，由于出口止回閥的損壞或滯后，液體虹吸倒流沖擊，會造成泄漏。

(5) 下吸式水泵采用S型彎管水平進水，占地面積大，管路阻力大，不但降低了水泵吸程，而且造成管路系統損失大、裝置效率低。

(6) 水泵軸和電機軸采用套筒式聯軸結構，軸加工困難，且難以保證泵和電機同心度，造成水泵運行振動大、噪音大。

(7) 水泵進口帶電磁真空破壞閥以破壞虹吸，但電磁閥可靠性差，容易發熱燒壞，造成停泵事故。另外，由于采用的電磁閥不防爆，不適合在有防爆要求的場合使用。

(8) 出口逆止閥為帶上下閥板的止回閥，局部損失系數大，造成揚程損耗，泵組效率低。

3.2 原因分析

針對該公司排水槽廢水泵自身特性和工作現狀，經過全面分析，找到原因。

(1) 啟動時操作不當。由于該泵設計原因，不能全開出口門啟動，必須先關小出口門，待運行正常后根據情況調整出口門開度。

(2) 運行中調整不及時。運行中應加強監視，根據進入排水槽的水量及時調整出口門。若調整不及時就會造成排水槽水位不正常，水位過低時會造成打空泵，再次啟動時必須重新注水。

(3) 進口管徑選擇不合理。進口管道直徑為273 mm，管徑偏大，造成吸入管內的氣體過多；水泵啟動后必須將大量的水吸到水泵內，造成啟動上水困難。

(4) 出口管路過長，且只設計1個排氣閥。廢水泵輸送管路有幾百米長，管道內大量空氣無法及時排出，形成氣塞。

(5) 水溫原因。機房排入的水中部分為蒸汽管道疏水，使池中水溫上升至80 ℃；而該泵設計為輸送常溫水，水溫過高將造成水泵內的水汽化。

(6) 水泵選型不合理。廢水泵除根據流量和揚程選型外，還要考慮安裝高度和自吸時間等問題。

4 解決措施

經過多次現場實際調查、研究討論、分析比較，制定了提高機組排水槽廢水泵工作可靠性的措施。

4.1 解決啟動時操作不當問題

制定啟動程序，啟動前檢查出口門位置，啟動時必須先關小出口門，運行正常后根據情況調整出口門開度。

4.2 解決運行中調整不及時問題

總結廢水泵運行特性，運行中應該加強監視和調整，根據進入排水槽的水量及時調整出口門，保證排水槽水位正常，避免水位過低時打空泵，減少重新注水次數，降低故障率。

4.3 重新選擇進口管徑

將進口管道直徑減小為219 mm，減少了需排除吸入管內的氣體體積和水泵啟動后需吸到水泵內的水量，減少了啟動上水的時間，降低了因打空泵而使泵體發熱的次數。

4.4 增加1個排氣閥

在廢水泵輸送管路增加1個排氣閥，使管道內大量空氣就近排出，避免形成氣塞。

4.5 解決水溫問題

對進入排水槽的水源進行優化，控制水源的溫度，并且在排水槽增加來水冷卻裝置，將機房排入的高溫疏水冷卻到常溫，防止水泵內水出現汽化。

4.6 水泵重新選型及改造

4.6.1 水泵重新選型

通過分析常見的3種水泵，選出最合適的水泵。常見的3種水泵優缺點比較如表2所示。

從表2中可以看出，WLZ/WZY無泄漏立式自吸泵(進出口無電磁閥和止回閥)為立式安裝，占地面積少；啟動時無需灌注液體，自吸時間短，特別適合需要頻繁啟動的工況，符合該公司機房廢水池廢水泵選型要求。

WLZ型無泄漏立式自吸泵結構如圖2所示。無泄漏立式自吸泵從自吸原理上說屬于外混式自吸泵，它的自吸過程分為以下4個階段。

(1) 氣液混合。由于泵吸入和排出口具有一定的高度差，所以泵的儲液室內一直存有一定量的液體。當電機帶動泵旋轉后，在葉輪離心力的作用下，儲液室中存留的液體被輸送到氣液分離室，甚至出水管。這樣會在葉輪進口處形成負壓，儲液室和進水管中的空氣進入葉輪。由于葉輪高速旋轉，在葉輪外緣與自吸盤的很小間隙之間形成強烈紊亂而完成氣液混合。

圖2 WLZ型無泄漏立式自吸泵結構

(2) 氣液分離。在葉輪的作用下，氣液混合物通過自吸盤極短的擴散通道(導流片)而減速，并被排到容積足夠大的氣液分離室中，在連接管上導流片的阻擋下，流速進一步降低。由于空氣和液體的密度差極大，所以分布在水流內部的氣泡便浮聚向上移動溢出液面，并從出水管排出。自吸盤有5—7個通道，相當于多臺抽氣機。

(3) 再循環過程。液體由于自身重力和葉輪進口負壓吸力的原因從回流孔重新回到葉輪外緣與氣體混合，另一部分則通過通氣孔回到儲液室。隨著整個過程周而復始地進行，泵進水管內氣體不斷被抽出，因此出現相對真空，進水管內的水位就隨之升高，直至把氣體全部排盡，泵便完成自吸過程。

表2 3種水泵優缺點比較

(4) 輸液過程。泵完成自吸過程后，自動轉向輸液過程，其工作過程和普通離心泵一致。水泵停機后，進、出水管內的液體由于重力回流，當泵體內的液體下降到連接氣液分離室和儲液室的通氣孔處時，空氣從通氣孔進入儲液室，破壞虹吸，保證虹吸作用不能將泵體內的液體抽干。并且，由于儲液室內垂直向上的短管(彎管)有一定高度，類似U型管結構，在虹吸作用停止后，儲液室內的液位比氣液分離室液位高，儲液室內的液體從通氣孔向氣液分離室回流淹沒葉輪，確保下次啟動無需注液。

4.6.2 自吸泵改造方案及實施

(1) 根據公司實際情況和改造現場建筑物結構，采用WLZ立式無泄漏自吸泵取代現有廢水泵的改造方案。該自吸泵的相關參數如表3所示。

表3 WLZ立式無泄漏自吸泵相關參數

(2) 根據制定的改造方案，先對性能差的2號廢水泵進行改造。由于新老設備安裝尺寸不同，在拆除原2號廢水泵泵體和基礎后，需要重新制作新水泵基礎，改造工作約耗時15天才完成。安裝好新水泵及進出口管道后，新泵注水試運成功。交付運行使用后，運行人員反映新水泵啟動上水率達到了100 %。

根據2號泵的改造經驗，對1號泵進行改造僅耗時1周時間。試運成功后，啟動上水率同樣達到了100 %。

經過幾個月的運行檢驗，2臺廢水泵均正常工作，達到了提高機組排水槽廢水泵工作可靠性、降低故障率的目的。

5 結束語

改造方案及其他措施解決了機組排水槽1，2號廢水泵工作不正常、影響機組安全經濟運行的難題，消除了腐蝕性廢水進入主變、氫庫的安全隱患，實現了安全、經濟效益雙豐收。可將上述成功經驗應用于化學專業的水處理廢水池廢水輸送泵、生活污水處理回用水泵等自吸泵類設備，也可在電廠鍋爐、汽機、脫硫、除灰、燃料設備中推廣應用。

1 劉志勇.電廠化學設備檢修[M].北京：中國電力出版社，2004.

2 陳志和，劉大光.600 MW超臨界火力發電機組技術叢書[M].武漢：武漢大學出版社，2007.

2017-02-20。

陳增潤(1962—)，男，工程師，主要從事電廠化學檢修、電力監理等工作，email：hnkf007@126.com。

王喜林(1978—)，男，助理工程師，主要從事電廠化學檢修、電力監理等工作。