鍋爐給水泵技術改造

■ 李霞

鍋爐給水泵技術改造

■ 李霞

介紹了內蒙古蘭太實業股份有限公司熱動力廠鍋爐給水泵改造的實例，分析了給水泵故障率高的原因、給水系統溶氧超標的原因，并通過理論計算、工藝分析、技術改造成功的解決了多年來一直困擾分廠的給水泵及給水系統問題，對確保火力發電廠給水系統安全穩定運行具有重要的指導意義。

鍋爐給水泵 溶氧超標 螺旋密封 機械密封 凝結水

1 概述：

分廠鍋爐給水泵使用的是上海華聯泵業生產的FT85-800型鍋爐給水泵，2005年元月投入生產運行，投產后故障頻發，廠家雖多次進行改造但仍無法保證設備安全平穩運行，設備運行、維護十分艱難，存在的問題主要有：1）、鍋爐給水溶氧超標，鍋爐給水泵屬于電廠的心臟設備，給水相當于電廠的血液，給水溶氧超標相當于血液品質不合格，嚴重影響鍋爐、汽機設備的使用壽命，分廠鍋爐水冷壁已多次發生爆管事故，檢修期間對水冷壁割管檢查，化驗分析結果顯示為給水氧腐蝕。2）、設計結構存在一定缺陷，設備故障率高。

2 原因分析

2.1 螺旋密封的工作原理

分廠鍋爐給水泵的軸封方式為螺旋密封式，其原理是在給水泵軸套的外表面加工一條與水泵旋轉方向相反的螺旋槽，而在固定襯套的內表面加工一定深度寬度的儲水槽（見圖1）。當軸旋轉時，相反的螺紋產生離心力，使流體產生壓力，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，仍有部分流體越過螺紋齒頂向外泄漏。為避免泵內高溫水向外泄漏，必須由外部注入密封水。該密封水在離心力作用下一部分隨螺旋槽送至軸封內側，阻止泵內流體外流，一部分與少量經密封間隙外流的高溫水混和，經泄水口泄出回收至低位水箱（見圖2）。

圖1

圖2

2.2 給水泵故障率高的原因分析

2.2.1 鍋爐給水泵采用除鹽水作為密封水，當給水泵軸高速旋轉時，旋轉的螺旋槽使除鹽水產生壓力，這樣就有一部分除鹽水隨螺旋槽送至軸封內側，阻止泵內流體外流，并且有效的防止了給水的熱量傳至軸瓦，這時的除鹽水就叫做密封水。給水泵軸兩端外泄的水在密封水的作用下壓回水泵腔室內，當廠用電突然丟失，密封水水源中斷，給水泵的熱水瞬間泄出，由于密封水室與軸承箱相連，當瞬間泄出的熱水經泄水口無法及時泄出時，就會進入軸承箱，造成軸瓦油質惡化，軸瓦磨損、螺旋密封磨損，水泵內其它部件損壞。

2.2.2 運行操作復雜，密封水壓力、給水泵進口壓力需相互配合、不斷調節，當給水泵進口壓力小于密封水壓力時，給水泵的熱水瞬間泄出，由于泵內給水溫度高達150℃，大量熱傳至軸瓦造成軸瓦高溫，嚴重時導致軸瓦燒毀。當給水泵進口壓力大于密封水壓力時，大量密封水經泄水口泄出，此時由于射流的原理在軸承腔內形成微負壓，將軸承向內的潤滑油吸出，造成軸承箱內缺油，軸瓦燒毀。只有當除鹽水產生壓力與被密封介質壓力相平衡時,才能保證鍋爐給水泵的正常運行。但實際運行中很難調節，運行人員需時時關注、不斷調節，稍有疏忽就會釀成重大設備事故。

2.3 給水溶氧超標的原因分析

分廠給水泵的密封水為除鹽水，除鹽水的溶氧較高（溶氧值為9500ug/l左右），當除鹽水產生壓力比給水泵進口壓力大時，會造成部分除鹽水進入軸封內側，造成給水溶氧超標，所以只有當除鹽水產生壓力與被密封介質壓力相平衡時,才能保證給水系統水質合格，但實際控制十分困難，運行人員需時時關注、不斷調節，稍有波動就會造成給水溶氧超標。

3 技術改造方案及可行性分析

3.1 技術改造方案

通過上述分析，給水泵故障率高源自給水泵的軸封形式，所以計劃將給水泵軸封形式由螺旋密封改為機械密封，機械密封雖不需要密封水，但需要機封冷卻水，同時為保證給水溶氧合格，計劃選用凝結水代替除鹽水作為機封冷卻水源。

3.2 可行性分析

表1 機械密封冷卻水指標要求

表2 凝結水指標

3.2.1 選用凝結水作為給水泵的機械密封冷卻水的理由

由于凝結水的溶氧低（25ug/l（國家標準≦50）），水溫一般在40℃-65℃，這樣就能保證不管當凝結水產生壓力比被密封介質壓力大、或小、或是相同都不會對生產造成影響。(2)、不同運行工況下，凝結水作為給水泵機封冷卻水的問題分析

機組在正常運轉時凝結水溫在40℃左右，完全能滿足給水泵機封冷卻水的要求。

當外供汽量減少，或機組在純凝工況下，大量蒸汽進入后汽缸，造成機組真空降低，凝結水溫度上升，這時我們可通過投后汽缸噴淋減溫水來提高機組真空，降低凝結水溫，保證給水泵機封冷卻水溫度控制在40℃左右。

3.2.2 由表1、表2可以看出，給水泵機封最佳冷卻水溫度是35-45℃，為保險起見，在進入給水泵前的凝結水管道上加裝冷卻器，凝結水在管程流動，使用除鹽水作為冷卻水在殼程流動。通過閥門開度調整確保將凝結水水溫降到要求范圍內，從而延長機械密封使用壽命，保證鍋爐給水泵安全穩定運行。

4 方案制定

4.1 管路設計

本次改造將給水泵機封冷卻水水源分為兩路，將原給水泵密封水源（除鹽水）保留，正常運行時由凝結水母管供水；在啟停機、凝結水泵停運或凝結水母管壓力低時，由備用水源（除鹽水）供水。

4.2 管徑計算及管道附件的選擇

查閱資料給水泵高低壓端各需要15L/min的水做為機封的冷卻水，每臺泵每小時所需冷卻水量：15L/min×2×60min×水的密度/1000=1.8t/h，假設三臺給水泵同時啟動所需密封水量為1.8×3=5.4 t/h。

根據經驗：1、重力流，流速比較小。一般選0.8-1.0；2、壓力流，流速比較大，一般選1.0-1.5。

因為凝結水為壓力流（出口壓力為0.6MPa），為確保凝結水量能滿足密封水量，故選取壓力流最小的流速值為1.0m/s計算。

流量=管截面積×流速

流量=πR2×流速×3600秒

5.4=3.14×R2×1×3600秒

R=21.85mm

管子外徑D=43.7，DN50的管子足夠用。

所以凝結水母管選擇φ57×4的無縫鋼管42米，及PN1.6，DN50截止閥5個、DN50法蘭6個。

4.3 管路的阻力損失計算

已知條件：母管長度42米，直徑d=50mm，流速=1.0m/s。

根據公式：動力粘度=運動粘度×密度：μ=vρ。凝結水溫一般控制在40度左右，凝結水40℃時查表得，水的密度ρ=0.99222g/cm3，水的動力粘度μ=0.7208×10-3Pa·s，運動粘度v＝μ／ρ=0.7208×10-3/0.99222=0.726×10-6m2/s。

相對粗糙度ε/d=0.2/50=0.004

查無縫鋼管等效粗糙度ε=0.2mm

從莫迪圖查得λ=0.042

凝結水母管道上設置兩個全開截止閥，DN50全開截止閥當量長度為le1=2×8.4m=16.8，設置三支分流管，當量長度為le3=60×d=60×0.05=3m,每支分流管有兩個全開截止閥，DN20全開截止閥當量長度為le3=2×5.1m=10.2m

∑le=le1+le2+le3=16.8+3+10.2=30m

∑hf1=λ（l+∑le）/d×2/2

=0.042×（42+30）/0.05×1/2

=30.24KJ/kg

能量損失為：

ρ∑hf=992.22×30.24=30004pa=30KPa=0.03MPa

凝結泵出口壓力為0.6-0.8MPa，凝結水至給水泵機封冷卻水的壓力為0.57-0.77MPa，所以減去壓降后能夠滿足給水泵機封冷卻水的壓力要求。

4.4 流量計算：（密封水溫度升高后，在壓力不變的情況下，流量增大多少？）

查表得出，凝結水65℃時，水的密度ρ=0.98g/cm3，水的動力粘度μ=0.7208×10-3Pa·s，運動粘度v＝μ／ρ=0.7208×10-3/0.98=0.736×10-6m2/s。

壓力不變的情況下，說明沿程阻力損失不變，即Re不變

也就是說，當凝結水溫度從40℃上升至65℃時，管道內水的流速由原來的1m/s增加至1.014m/s。

所以，當溫度由40℃升至65℃時，管道內流量Q增=3.14×R2×（1.014-1）×3600秒=0.396T/h。由于凝結水出口流量在60T/h左右，所以溫度對流量造成的影響可忽略不計。

4.5 管道改造示意圖

5 應急措施

5.1 機組停用或啟動時操作

本次改造將給水泵機封冷卻水水源分為兩路，正常運行時由凝結水母管供水；在機組停用、啟停機、凝結水泵停運或凝結水母管壓力低時，由備用水源（除鹽水）供水。

5.2 1#、2#機凝結水泵運行連鎖

1#、2#機4臺凝結泵已加裝連鎖，當其中1臺凝結泵故障，另一臺實現自啟，而且本次改造將兩臺機的凝結水引出并聯在機封冷卻水母管上，當一臺機凝結水系統故障無法供應機封冷卻水時，另一臺機還可以為給水泵供應機封冷卻水，保證給水泵的正常運行。

6 結語

鍋爐給水泵技術改造后運行效果十分理想 ，徹底解決了給水泵故障率高、給水溶氧超標問題，設備運行穩定，操作簡單，運行人員、檢修人員勞動強度大幅降低，為電廠的安全穩定運行奠定了堅實基礎。

1.郭立君.《泵與風機》第二版.中國電力出版社.1997

（作者單位:內蒙古蘭太實業股份有限公司）

（編輯：王鵬）