電站鍋爐給水泵密封水回水多級水封裝置的優化改造

劉煒

（山東濟礦魯能煤電股份有限公司陽城電廠，山東 濟寧 272000）

山東濟礦魯能煤電股份有限公司陽城電廠裝備2臺150MW汽輪發電機組，每臺設備均配用了二臺上海市電氣修造廠生產的電動多級給水泵(FK5D32)，一用一備。給水泵的密封水將回水通過多級水封設備，返回至主凝汽器。電廠機組調試期間及投產后，經常出現凝汽器真空降低的現象，威脅機組運行的安全性。最初懷疑是凝汽器底部，凝結水泵法蘭處法蘭結合面不嚴，于是在機組小修時對這些部位進行了重點檢修，但經過檢修后，仍然出現這種現象。

通過進行了最大真空度嚴格度試驗后，測得的最大真空度已降至0.16kPa/min為宜，嚴密性試驗合格。通過反復分析，可以確定是以凝結水為密封水源的給水泵封水系統中泄漏空氣引起了機組真空降低，后經逐步驗證，證實了這個判斷。所以，在機組運轉初期，為了確保發電機組的安全運轉，就不得已把給水泵中密封的回水改用了直接向水溝中排污的方法，每臺給水泵每小時有5T以上的除鹽水(兩臺機組同時運行時，每小時排放10T以上的除生理鹽水)被直接排入地溝中，導致了除生理鹽水的巨大耗費，也增加了發電機正常運行的補水量，嚴重影響了機組運行經濟性。針對上述因素，決定對給水泵及密封的水回水系統進行改造。

1 密封水系統介紹

1.1 給水泵軸端密封結構

給水泵的軸端密封圈采取了螺桿封閉構造，是由液體通過軸套與螺旋襯套間狹窄縫隙而形成的，節流與螺桿機構旋轉形成的反向動壓的共同效果實現了密封性。螺桿機構一端通向給自動化泵外立桿，另一端則與大氣相連，在旋轉時形成了一個把水流送至泵內的泵送作用，防止了泵內液體泄漏。軸上的螺線槽與封閉襯套間的縫隙也能夠產生節流減壓的效果，使泵內的水在流入到封閉襯套中后得以迅速減壓，而把流入泵內的密閉水頂住不泄漏，進而實現了密封性效果。當密閉水流從凝結水母管出來后，經密閉水流調節閥門減壓至達到泵的入口氣壓至少零，10MPa后流入軸封。絕大部分的密封水都由螺旋槽送入泵內，除極小組成部分的密封水沿螺旋槽齒頂間隙節流減壓并從泵端排水孔流過外，剩余的密封水都通過多級水封流道返回凝汽器。需要指出的是，若給水泵封口液與凝汽器的回水方式聯系不暢，則必然導致封口水沿軸承向外漏串到軸封室，導致給水泵的潤滑油含水量過大。給水泵螺旋密封結構圖如圖1。

圖1 給水泵螺旋密封結構

1.2 多級水封裝置工作原理

給水泵的密封水回水量在通過三級水封筒后到達凝汽器，并且水封筒補管道接于第二級水封筒下部，補水水源主要是除鹽水，水封筒至凝汽器汽側的管路是從水封筒第3級頂部中間接出。多級水封柱則是運用在比較大壓力低時，使用中凝汽器真空所能行成的虹吸水柱高度，以實現給水泵密封水回水處理之目的。在現實的工作流程中，多級水封只是為了提高密封水回水流的摩擦力，從理論講，當密封水回水在流通過多級水封之后，有一定量的高程差返回凝汽器汽側，流動阻力再乘以水封筒的高程差正好相當于凝汽器的內部真空所產生的壓力，這時在上一層水封筒內的水平就保持在出水封筒中央高程(由于凝汽器不一樣的真空值，水平會產生一些震蕩)，從而使給水泵的密封水回水流順暢，既沒有從泛濫成災口涌出，又沒有漏出水封筒低部的密封。

2 多級水封裝置存在的問題

造成多級水封裝置密封失效的原因是現場系統連接不滿足多級水封裝置正常工作所需要的條件。給水泵密封水回水原本設計為通過多級水封裝置回收至凝汽器，但是多級水封出口管道與凝汽器接口位置設計院未設計，因此安裝單位為節省材料將多級水封出口管道直接水平接至凝汽器的下部，這樣造成多級水封回水高度不夠，小于密封水回水與凝汽器內部的壓差，造成多級水封內部無法建立起水封作用，漏入的空氣隨著密封水回水一起進入到凝汽器，雖然回收了密封水回水，但嚴重影響了凝汽器真空。因此，要通過改造實現多級水封的正常工作，關鍵在于確定水封筒回水至凝汽器的管道安裝高度(水封筒頸部距離凝汽器接口處高度)。

3 密封水回水高度計算

設電動給水泵的密封水回水口高度為he，密封水回水壓為ps凝汽器氣壓為pc在機組正常工作時，在運行允許范圍內，密封水壓應該維持在一穩定的范圍內，而水封要可靠工作則需要達到：

式中，h3≤hc，0＜h2＜(h0-h4)，hc為電動給水泵密閉水流入水封的絕對高程，h為密閉水回凝汽器高程（密閉水回水高度)，σ為水滴的相對密度，g為重力加速度，h4為二級水封筒至三級水封筒之間的管子下部至上圓筒的高程，h3為水封筒的水位，h2為水封中水位高度離二級水封與三級水封之間相通的連接管的高程，h0為水斗門至上圓筒底面高程，pc為凝汽器絕對壓力。計算過程中考察了對整體密封水回水管系統的總能量損失（用壓損hw表示），則hw為沿程損失hy和局部損失hj的和，即hw=hy+hj。

式中，V=Q/S，Q、S依次為密封水流速和管子的截建筑面積，ξi，λ為管道局部阻力系數和沿程阻力系數，li為在計算沿程損失時流體經過的管道長度，de為管道內經。

機組正常工作時，凝汽器的最大真空度通常有一個允許范圍。由式(1)可得到，由于與機組凝汽器的絕對壓強成反比，故在計算時取絕對壓強為最大的容量值pcmin，即根據上述邊界條件可確定h為：

凝汽器的真空系統最高溫度約-0.097MPa，在相當大壓力下，凝汽器所能產生的虹吸水柱高程約為，即＜的給水泵密封水回水水柱高程，可以保持凝汽器的最大真空度而沒有損壞。

水封及相關規格：U形水封槽的回水總管d=89mm，大電流排地溝管d=89mm，卸荷過程管d=57mm，電動給水泵的密封水回口水高為2.5mm(從水封底部算起)，水封槽底部在凝結式自動化水泵坑內。h0壞真空度已降至零點一五進行更新備2臺150=3.267m，h4=0.2m，l=0.665m，D=0.273mm，D4=0.133mm，D2=0.194m，D1=D3=0.219m；C=0.07m，C1=C2=C3=0.004m；K2=0.005m，K1=K3=0.006m；密封水管道外徑d1=d2=d3=0.108m。

將現場數據及查表得到的管道局部阻力系數和沿程阻力系數帶入式（2），得出密封水回水高度，其合理范圍為：5.8m＜h＜7.6m。

4 采取的措施

針對給水泵密封水回水系統出現的問題，根據計算結果并參考其它同類型電廠的成功經驗，利用機組停機檢修期間對多級水封裝置進行了改造：

（1）提高了多級水封式出口管路和凝汽器的連接位置，增大多級水封的水柱高度，將多級水封筒與凝汽器的接頭位置增加了4.5m；使三級水封筒設計高度和凝汽器連接管路的寬度之和達到7m，在所計算的合理范圍以內。可以確保凝汽器最大真空度下沒有損壞，并能夠使第一級水封筒的最大液位高度在水封筒的中央部位，從而使溢流裝置打開，排出水封筒內分離出來的壓縮空氣，使水封筒能夠正常運行。

（2）在多級水封出口至凝汽器的管道上增加真空式手動閘閥一個，用來控制回水流量，增加管道阻力，提高多級水封后的壓頭，保持差壓平衡，防止空氣通過多級水封漏入凝汽器，影響凝汽器真空。此外，在運行調節上也采用的某些辦法，才能較好保持凝汽器真空。因此，應適當開啟大給水泵的密封水調閥門，以增加封水系統氣壓，從而避免壓縮空氣漏進封水系統中；當機組內真空較高時，稍稍開啟水封裝置的補水閥門，以保證持續補水。

5 改造后的效果

給水泵密封水回水經多級水封筒等技術改造后，也取得了預期效益。保證了給水泵的密封及出水回水順暢，并全部完成了給水泵密封出水的處理，降低了加工品質的大量損失，也改善了最大真空度與系統的嚴密性機組啟動后投入運轉后，就做到了給水泵將封閉的水回水量在不影響凝汽器真空的狀況下高效回收至凝汽器中，再不會因為封閉水回水系統而導致凝汽器真空降低，每天可以節約除鹽水360T，機組運行的除鹽水補水率從6%以上降至3%以下。當機組負載波動時，密封水壓仍可自行調節保持平穩。而且克服了過去運行操作的調整費力、費時的問題，徹底地將所有操作人員都從此系統運行中擺脫出來，以實現系統運行中的永遠免操作效果。至此，先前影響機組安全經濟運行的問題得到了圓滿解決。

6 結語

本文通過研究水封的工作機理，對水封器高度選擇了靜態計算方法和動態分析方式進行了分析。在工程設計實踐中運用以上公式進行多級水封裝置的高度設計時，首先應該保證水封器進出口參數與現場工況參數一致，同時還必須考慮斥水的氣化量(與流速有關)。水封器在實際工作時伴隨著各水封內空氣質量的互相流通和將疏水性物質引入不凝聚氣體流程,在靜態計算公式中忽略了這些步驟,因而計算結果中得到的水封器高度偏大。該文中給出的公式基于動態分析方式,采用該公式設計的水封裝置高度有效系數大大提高,不但保證了裝置的正常管理工作,也改善了最大真空度系統嚴密性,還減少了回水量供應不暢的問題,同時降低了操作勞動強度,為未來給水泵封液系統的設計提出了新的參考。