電廠凝結水泵汽蝕原因分析及處理

摘 要：汽蝕是電廠離心泵設備經常遇到的問題之一，本文通過分析發現水泵進口結構參數、泵前吸水管路系統設計不合理，以及泵過流部件材料抗汽蝕性能不強是汽蝕產生的主要原因。本文提出了一系列具體的汽蝕防護對策，如優化泵進口結構設計參數、合理布置泵吸水管路系統、提高泵制造材料抗汽蝕性能等，可為延長水泵使用壽命、提高運行效益提供借鑒。

關鍵詞：超超臨界機組;凝結水泵;汽蝕;汽蝕裕量

1 前言

電廠汽輪機凝結水泵設備汽蝕造成水泵內部異響、振動超標等問題，給電廠穩定運行帶來了極大的隱患。筆者通過分析電廠凝結水泵設備產生汽蝕的原因，得到改善凝泵汽蝕的方法，對電廠超超臨界機組凝泵汽蝕問題的解決有一定的指導意義。

2 1000MW超超臨界機組凝結水泵汽蝕的診斷分析

2.1 1000MW超超臨界機組凝結水出口管道振動

2.1.1 1000MW超超臨界機組中振動現象分析

通過對一臺1000MW超超臨界機組的凝結水泵運行情況進行了持續的觀察分析，發現當凝汽器液位處于較高水平時，1000MW超超臨界機組的凝結水泵處于正常工作的狀態，但是隨著上述水位的不斷下降，逐漸下降到系統固定的數值，機組的凝汽器液位就會實行系統自我調節，即逐漸關閉其機組自動調節閥門。以上自動閥門的關閉會使得1000MW超超臨界機組的水泵出口流量逐漸減小。機組的電流會出現不穩定現象，接著凝泵出水口管線開始產生振動現象。據此我們可以得出結論，1000MW超超臨界機組管線的震動和凝結水泵的流量是密切相關的。

2.1.2 1000MW超超臨界機組凝結水管道振動分析

不同冷凝方式的機組，凝泵運行方式不同。中間帶抽汽的機組凝結水流量變化較大，這種變化是受機組熱負荷情況的影響。而熱負荷變化是受低壓蒸汽的需求量等決定。因此，對抽汽機組，凝結水量也會有季節方面的差異。

2.2 1000MW超超臨界機組運行中產生汽蝕的原因

在凝泵的實際運行過程中，其葉輪葉片進口會因為一些原因導致其所抽送液體的絕對壓力降低到飽和溫度壓力之下，此時液體便會在此時產生汽化現象。汽化會產生大量的蒸汽，形成大量氣泡，而當含有大量氣泡的液體逐漸移動到葉輪內部的高壓地區時，周圍的高壓液體會講這些氣泡壓小甚至壓破，這就產生了機組內部的汽蝕現象。

超超臨界機組一旦產生汽蝕現象，就會導致1000MW超超臨界機組震動超標，機組泵體的整體性能下降，情況嚴重時甚至會導致泵中的液體中斷。在1000MW超超臨界機組的實際運行過程中，其運行狀況往往會偏離原有的規定范圍。當機組冷凝器進行自動調節時，其依據機組電熱負荷的變化情況和冷凝器液位給定值。在這種自動調節情況下，1000MW超超臨界機組的泵會進入一個周期性的不穩定的地區進行設備工作。

汽蝕余量可以分為裝置汽蝕余量NPSHa和必須汽蝕余量NPSHr兩種，前者指的是系統的液面高度，后者指的是泵在運行的時候要抽到工作介質必須滿足的量。正常情況下r值不足可以用增加誘導輪或是入口加壓來進行改善。有效汽蝕余量是液體經吸入管路到達泵吸入口后，所富余的高出液體飽和蒸汽壓的那部分能頭。離心泵必須汽蝕余量越小抗汽蝕性能越好。一般說泵的汽蝕余量是必須汽蝕余量，泵入口管路是有效汽蝕余量，即裝置汽蝕余量，越大越不易汽蝕。對于給定泵，在給定轉速和流量下泵的汽蝕余量，是規定泵要達到的汽蝕性能參數，和離心泵的內部流動有關，是由泵本身頭定的，其物理意義是表示液體在泵進口部分壓力下降的程度，也就是為了保征泵不發生汽蝕，要求在泵進口處單位重量液體具有超過汽化壓力水頭的富余能量。裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量，越大越不易汽蝕。必須汽蝕余量與裝置參數無關，只與泵進口部分的運動參數有關，這些運動參數在一定轉速和流量下是由幾何參數決定的。由于機組的液位調節設備距離泵的出水口是有一定較遠的距離的，所以可以保證機組管道中有足夠的體積調節。同時，設備運行過程中，機組的液位調節設備與除氧器的之間相關路線管道也是比較長的，所以其系統凝結的相關管道會存在比較大的壓力。當機組水泵進入到不穩定區域并且開始出現回流現象時，會導致整個區域產生上述現象，這回使得機組內部凝結水流動的不穩定，同時產生一定振動現象。

3 1000MW超超臨界機組凝泵汽蝕現象處理分析

針對以上分析的凝泵汽蝕現象，主要可以從以下機組運行過程進行分析：

1）首先要對機組的熱井水位進行檢查，檢查其水位高度是否滿足設備運行中凝泵運行所基本需求的汽蝕余量。對于超超臨界機組水泵來說，為了保證正常機組工作，其汽蝕余量必須不小于其工作點的必需汽蝕余量，應滿足汽蝕的幾何安裝高度，其吸入口的中心線需要和熱井液位控制線高度有規定的距離。

2）對1000MW超超臨界機組的凝泵檢查，檢查其凝泵進口吸氣口是否堵塞，仔細檢查泵的進口管道的運行溫度，并且將此溫度與環境溫度進行比較。

3）在1000MW超超臨界機組的凝結水設備出水管的地方安裝專業設備，即回流管。這個過程需要考慮到凝泵實際運行過程中的情況，判斷1000MW超超臨界機組水泵出口壓力大的原因，重點關注是否是因為壓力超標而造成的水泵汽蝕

4）1000MW超超臨界機組運行過程中會對水泵的出口流量進行調節，避免產生水泵的汽蝕現象。在分析實際的運行狀況時，研究人員發現必須保持水泵一定的出水流量，且至少要滿足水泵的最小的運行流量的要求。在分析機組凝泵的運行情況時，發現實際出口的流量和部件設計時預計的流量是存在一定差距，這可能是水泵出口流量太小的原因。為了調節這一現象，我們需要調節該部件的出水流量以及運行狀態。

1000MW超超臨界機組的調節閥中的旁路閥狀態需要進行一定改變，將之前的關閉狀態進行調整，使得出口壓力獲得一定程度的下降，這樣就可以促進1000MW超超臨界機組水泵平穩運行，減少設備的汽蝕現象。通過對比分析，發現凝泵的運行方式是出口調節模式，這種模式當水泵流量比較小的時候，設備的汽輪將會很容易發生汽蝕現象。這一汽蝕結果也是由多個原因造成的：首先是機組的離心泵在工作過程中會在原動機的作用下進行十分高速度的轉動，這種運行狀態下如果機組閥門的開度不夠，就會使得流量受到限制，不能將葉輪運作過程中與液體摩擦產生的熱量完全消耗，那么1000MW超超臨界機組泵內的運動液體就會升溫，進而發生設備汽蝕現象;另一個原因就是運行過程中，水泵設備的出口壓力會逐漸上升，導致了運行過程中相關部件產生的氣泡的快速破裂，加劇了水泵的汽蝕程度。

4 結束語

當水泵內汽蝕不可避免時，一方面可采用抗汽蝕性能強的材料來制造泵的過流部件，材料的強度越高、硬度越大、韌性越強、化學穩定性越好、抗汽蝕性能越好，可有效減緩汽蝕對過流部件的損傷;另一方面，可對采用的一般材料制造的過流部件進行表面防護處理，如化學涂層、表面化學熱處理及合金粉末噴焊等，以便提高過流部件表面的抗汽蝕、抗磨損性能。通過這些措施，可有效減緩汽蝕對過流部件的侵蝕，延長泵的使用壽命。

參考文獻

[1]張啟發.凝結水泵振動原因分析與解決措施[J].冶金動力，2006（6）.

作者簡介

姜超（1986-），男，漢，山東煙臺，研究生，中級工程師，熱能與動力工程。