電廠汽輪機(jī)水環(huán)式真空泵真空度降低的原因及處理措施

吳運(yùn)金

（國(guó)能（泉州）熱電有限公司，泉州 362804）

在電力生產(chǎn)中，汽輪機(jī)的優(yōu)化是提高電廠經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵措施之一。水環(huán)式真空泵作為提高汽輪機(jī)效率不可或缺的設(shè)備，其真空度的穩(wěn)定性直接影響汽輪機(jī)的凝汽效率和安全運(yùn)行。近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步和裝備水平的提升，水環(huán)式真空泵的設(shè)計(jì)和維護(hù)已得到顯著改進(jìn)。然而，水環(huán)式真空泵真空度降低的問(wèn)題依然存在，且對(duì)電廠的安全生產(chǎn)造成了較大的威脅。

1 水環(huán)式真空泵的工作原理及作用

1.1 工作原理

水環(huán)式真空泵通過(guò)一個(gè)偏心安裝的葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)拋出水形成的水環(huán)來(lái)抽除氣體，從而創(chuàng)建真空環(huán)境。在葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，葉片與水接觸，使得水被甩向泵殼形成一個(gè)密閉的水環(huán)，水環(huán)與葉輪之間形成的空腔逐漸擴(kuò)大并吸入氣體，然后隨著葉輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)入水環(huán)內(nèi)部的空腔收縮，氣體被壓縮并通過(guò)排氣口排出，完成抽氣過(guò)程。該過(guò)程在電廠中顯得尤為關(guān)鍵，其為汽輪機(jī)提供必要的真空環(huán)境，以保證蒸汽能夠高效凝結(jié)，保障整個(gè)系統(tǒng)的熱效率。

1.2 水環(huán)式真空泵在電廠汽輪機(jī)中的作用

水環(huán)式真空泵在電廠汽輪機(jī)凝汽器真空系統(tǒng)中扮演著核心角色，其主要任務(wù)是移除凝汽器中的非冷凝氣體，維持凝汽器內(nèi)部的低壓環(huán)境。低壓環(huán)境對(duì)于保證將蒸汽轉(zhuǎn)化為水的效率至關(guān)重要，它直接影響著蒸汽循環(huán)的效能和發(fā)電效率，當(dāng)蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)部膨脹做功后，需要被迅速且高效地冷凝，以減少蒸汽排放和能量損失，同時(shí)保障系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)作。在這一過(guò)程中，如果凝汽器內(nèi)部的真空度不足，蒸汽冷凝就會(huì)受阻，導(dǎo)致汽輪機(jī)背壓增加，從而影響整個(gè)電廠的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)性。

具體來(lái)說(shuō)，水環(huán)式真空泵被用于冷凝器抽真空，通過(guò)抽取不凝結(jié)氣體和空氣，維持冷凝器的真空狀態(tài)，從而提高汽輪機(jī)的效率。同時(shí)，水環(huán)式真空泵還用于真空吸水，為水冷發(fā)電機(jī)組等設(shè)備提供必要的冷卻水，確保設(shè)備在正常運(yùn)行溫度下工作，防止過(guò)熱現(xiàn)象發(fā)生。在煙氣脫硫系統(tǒng)中，真空泵則負(fù)責(zé)抽取煙氣中的二氧化硫等有害氣體，以有效降低電廠的污染物排放量，起到保護(hù)環(huán)境作用。它還被應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)的真空排氣，通過(guò)抽取鍋爐中的空氣和其他不凝結(jié)氣體，使鍋爐正常運(yùn)行，提高其效率和安全性。此外，水環(huán)式真空泵還參與了飛灰的輸送，通過(guò)真空流體輸送的方式將飛灰從吸塵器漏斗高效輸送至中央干燥收集點(diǎn)。綜上所述，水環(huán)式真空泵在電廠中應(yīng)用廣泛，為電廠設(shè)備的正常運(yùn)行、發(fā)電效率的提升以及污染物減排提供了有力支持，是電廠運(yùn)行中不可或缺的重要設(shè)備。

2 真空度降低的原因

2.1 水環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)問(wèn)題

水環(huán)式真空泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，導(dǎo)致真空度降低，其中一個(gè)常見問(wèn)題是葉輪與泵殼間的間隙增大。在理想狀況下，葉輪與泵殼間的間隙應(yīng)控制在0.15～0.20 mm，這樣可以保證足夠的水環(huán)密封效果與最佳的抽氣性能。表1 為結(jié)構(gòu)間隙和葉輪偏心對(duì)真空泵效率的影響。由表1 可知，精密的結(jié)構(gòu)控制對(duì)保持真空泵高效率運(yùn)作至關(guān)重要，葉輪與泵殼間的間隙與效率降低之間存在量化關(guān)系。因此，定期檢查和精確測(cè)量關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠維護(hù)真空泵的性能。通過(guò)定期監(jiān)控和維護(hù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷，并進(jìn)行必要的維修或更換，使真空泵恢復(fù)最佳工作狀態(tài)。

表1 結(jié)構(gòu)間隙和葉輪偏心對(duì)真空泵效率的影響

2.2 操作與維護(hù)不當(dāng)

操作與維護(hù)不當(dāng)是導(dǎo)致水環(huán)式真空泵真空度降低的常見原因之一。正確的操作程序是指按照規(guī)范啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)閉真空泵。如果啟動(dòng)真空泵前密封液不足或使用不當(dāng)?shù)囊后w，可能會(huì)造成初始抽氣時(shí)間延長(zhǎng)，進(jìn)而降低真空泵的運(yùn)作效率。過(guò)高或過(guò)低的運(yùn)行速度均可能對(duì)泵的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，合理的速度可以保證水環(huán)和葉輪間具有合適的相互作用力，維持有效的抽氣作用。

維護(hù)涉及定期的檢查、清潔和更換磨損部件。若忽略對(duì)泵內(nèi)部沉積物的清理，可能造成內(nèi)部通道堵塞，進(jìn)而影響真空泵的真空度。另外，如果沒(méi)有按照維護(hù)計(jì)劃定期更換密封件，可能會(huì)因密封件老化或損壞而失去密封效果，導(dǎo)致空氣泄漏，進(jìn)而降低真空度。若未及時(shí)清理或更換泵用過(guò)濾器，也會(huì)導(dǎo)致流量降低，進(jìn)而影響泵的性能。操作和維護(hù)問(wèn)題逐漸累積，最終會(huì)導(dǎo)致真空度顯著降低，影響電廠汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。

2.3 外界因素的影響

外界因素對(duì)水環(huán)式真空泵性能的影響不容忽視，這些因素包括環(huán)境溫度、氣候條件及供水質(zhì)量。環(huán)境溫度顯著升高會(huì)導(dǎo)致密封液蒸發(fā)速度變快，進(jìn)而影響泵的密封效率和抽氣能力。在高溫條件下工作的泵，通常需要額外的冷卻措施，以保持穩(wěn)定的真空度。氣候條件尤其是濕度的變化同樣會(huì)影響泵的運(yùn)行。在高濕度環(huán)境中，空氣含水量較高，可能導(dǎo)致抽氣效率下降，這是因?yàn)檎婵毡眯枰ㄙM(fèi)更多時(shí)間來(lái)抽除相同體積的濕空氣。此外，供水質(zhì)量直接關(guān)系到泵的運(yùn)行效率。水中過(guò)多的礦物質(zhì)可能導(dǎo)致水環(huán)及泵內(nèi)部結(jié)垢，不僅會(huì)降低抽氣效率，還可能引起泵內(nèi)部磨損。結(jié)垢可能導(dǎo)致噴嘴等重要部件堵塞，從而影響泵的整體運(yùn)行狀態(tài)。因此，清潔、軟化的供水對(duì)于維持泵的最佳運(yùn)行狀況至關(guān)重要。

3 電廠汽輪機(jī)水環(huán)式真空泵真空度降低的影響

3.1 汽輪機(jī)的可用熱焓降減少

汽輪機(jī)是一種將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于能源、電力等工業(yè)領(lǐng)域。在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)葉片膨脹做功，將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在這個(gè)過(guò)程中，蒸汽的壓力和溫度均會(huì)降低，而汽輪機(jī)的出力（即功率輸出）則取決于蒸汽的可用熱焓降。

汽輪機(jī)的真空度是指汽輪機(jī)排汽端的真空程度，即排汽壓力與大氣壓力的差值。真空度的高低直接影響著汽輪機(jī)的出力和效率。真空度降低意味著排汽壓力升高，導(dǎo)致排汽溫度升高，進(jìn)而使得蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的可用熱焓降減少，這是因?yàn)椴糠譄崮軟](méi)有被轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而是在排汽過(guò)程中損失。可用熱焓降減少會(huì)直接導(dǎo)致汽輪機(jī)出力降低，因?yàn)檎羝蛎涀龉Φ哪芰p弱。同時(shí)，由于熱能浪費(fèi)，汽輪機(jī)效率下降，這意味著為了產(chǎn)生相同的出力，需要消耗更多燃料或蒸汽，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性降低。

因此，保持汽輪機(jī)真空度在合適范圍內(nèi)，對(duì)于確保汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和高效運(yùn)行至關(guān)重要。發(fā)電廠通常會(huì)配備真空泵等設(shè)備來(lái)維持汽輪機(jī)的真空度，并定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和性能穩(wěn)定。

3.2 排汽缸及軸承座等部件受熱膨脹

排汽缸及軸承座等部件的受熱膨脹是汽輪機(jī)運(yùn)行中需要密切關(guān)注的問(wèn)題。這些部件在運(yùn)行過(guò)程中受到高溫蒸汽的影響，會(huì)產(chǎn)生熱膨脹。如果熱膨脹沒(méi)有得到有效控制和管理，可能引起一系列問(wèn)題。

排汽缸和軸承座等部件發(fā)生熱膨脹可能會(huì)導(dǎo)致它們的幾何形狀和位置發(fā)生變化。這種變化可能會(huì)破壞汽輪機(jī)內(nèi)部的動(dòng)靜平衡，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子間的間隙發(fā)生變化，甚至可能產(chǎn)生摩擦和碰撞，進(jìn)而引起汽輪機(jī)振動(dòng)，嚴(yán)重影響其穩(wěn)定運(yùn)行。振動(dòng)不僅會(huì)影響汽輪機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性，還可能引發(fā)更嚴(yán)重的故障。例如，振動(dòng)可能會(huì)加速汽輪機(jī)葉片的疲勞斷裂，導(dǎo)致葉片飛出，嚴(yán)重?fù)p壞汽輪機(jī)。此外，振動(dòng)還可能引起軸承的磨損和損壞，進(jìn)而影響汽輪機(jī)的支撐和定位精度。

為避免這些問(wèn)題，發(fā)電廠通常會(huì)采取一系列措施來(lái)控制和管理汽輪機(jī)的熱膨脹。例如，優(yōu)化汽輪機(jī)的冷卻系統(tǒng)，確保冷卻水的流量和溫度能夠有效控制排汽缸和軸承座等部件的溫度；采用高精度的測(cè)量和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)的振動(dòng)和位移情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問(wèn)題。

4 真空度降低的處理措施及效果評(píng)估

4.1 真空度降低的處理措施

4.1.1 優(yōu)化密封系統(tǒng)

對(duì)于水環(huán)式真空泵，優(yōu)化密封系統(tǒng)是提升其真空度的關(guān)鍵。為有效防止空氣滲透和維護(hù)真空環(huán)境，采用高性能的密封材料和技術(shù)至關(guān)重要。通過(guò)細(xì)致審查和改進(jìn)現(xiàn)有密封結(jié)構(gòu)，可以顯著降低泵內(nèi)部的泄漏率。例如，應(yīng)用聚四氟乙烯或硅橡膠等材料，這些材料具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性和彈性，能夠在寬泛的溫度和壓力范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的密封效果。改進(jìn)密封設(shè)計(jì)還包括采用雙層或多層密封結(jié)構(gòu)來(lái)提高冗余性，即使一層密封出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍能依靠其他層維持正常運(yùn)行。同時(shí)，引入動(dòng)態(tài)密封技術(shù)，使得真空泵能夠隨著部件的運(yùn)動(dòng)自動(dòng)調(diào)整密封壓力和位置，適應(yīng)操作條件的變化。這些結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料升級(jí)，不僅可以增強(qiáng)真空泵的密封性能，減少因維護(hù)不當(dāng)引起的機(jī)械故障和停機(jī)時(shí)間，也可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和效率。通過(guò)這些措施的實(shí)施，不僅可以恢復(fù)真空泵的抽氣性能，還可以為長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供保障[1]。

4.1.2 控制循環(huán)水箱的水溫

循環(huán)水箱過(guò)小會(huì)導(dǎo)致水溫過(guò)高，進(jìn)而嚴(yán)重影響水環(huán)式真空泵的性能和真空度。在這種情況下，最直接有效的解決辦法是增大循環(huán)水箱的容積。更大的容積意味著可以存儲(chǔ)更多冷卻水，不僅能提供更多的熱容量來(lái)吸收泵運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，還能通過(guò)增加的水量來(lái)提高熱交換效率，從而降低水溫。這種改進(jìn)方法能顯著改善真空泵的工作條件，提高其穩(wěn)定性和效率。

除增大循環(huán)水箱的容積外，還可以采取如下措施進(jìn)一步降低水溫。第一，增加循環(huán)水泵的功率或調(diào)整其運(yùn)行參數(shù)，可以增加冷卻水流量，有助于提高冷卻效率，因?yàn)楦嗟乃梢愿鞄ё邿崃縖2]。第二，如果條件允許，可以引入外部冷卻系統(tǒng)，如冷卻塔或換熱器，這些設(shè)備使循環(huán)水與外部環(huán)境進(jìn)行熱交換，進(jìn)一步降低水溫。第三，優(yōu)化循環(huán)水箱設(shè)計(jì)，也有助于降低水溫。例如，通過(guò)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)，或安裝散熱風(fēng)扇，可以增加水箱的散熱面積，進(jìn)而降低水溫；在水箱內(nèi)部安裝熱交換器，能提高熱交換效率，從而降低水溫。如果所抽容器內(nèi)的溫度過(guò)高，那么可以使用耐高溫材料來(lái)制造水環(huán)式真空泵和循環(huán)水箱，以確保設(shè)備在高溫環(huán)境下正常工作。第四，通過(guò)增加散熱裝置、改善容器的保溫性能或調(diào)整工藝流程等方法，能降低所抽容器內(nèi)的溫度。這些方法不僅能直接減少熱量的產(chǎn)生，還能提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。第五，定期維護(hù)和清潔循環(huán)水箱及水路系統(tǒng)。水垢、污垢等雜質(zhì)會(huì)顯著降低冷卻效率，因此必須定期進(jìn)行清潔和維護(hù)，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。第六，安裝溫度監(jiān)控裝置，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)循環(huán)水的溫度和真空泵的工作狀態(tài)，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理溫度過(guò)高問(wèn)題，避免對(duì)設(shè)備造成損害。通過(guò)這些綜合措施，可以有效降低水溫，提高水環(huán)式真空泵的性能和真空度，確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。

4.1.3 操作與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化

操作與維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化是確保水環(huán)式真空泵長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的基石，通過(guò)制定嚴(yán)格的操作流程和維護(hù)指南，可以顯著減少由操作錯(cuò)誤或疏忽導(dǎo)致的設(shè)備故障。在維護(hù)指南中詳細(xì)說(shuō)明每個(gè)維護(hù)周期內(nèi)需進(jìn)行的檢查項(xiàng)目，包括泵的磨損狀況、密封性能及可能的滲漏點(diǎn)檢查，確保在早期識(shí)別并及時(shí)處理問(wèn)題[3]。同時(shí)，操作手冊(cè)也要明確啟動(dòng)前的檢查程序，如檢查泵體的清潔度、各連接部件的緊固情況以及預(yù)充液體等，確保泵在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。通過(guò)實(shí)施周期性培訓(xùn)和考核，操作人員能夠熟練掌握每項(xiàng)操作的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，從而減少人為錯(cuò)誤的發(fā)生。

4.2 效果評(píng)估

通過(guò)運(yùn)用綜合的性能指標(biāo)，如真空度恢復(fù)率、故障頻率降低百分比和維護(hù)成本節(jié)約率，可以直觀評(píng)價(jià)真空度降低改進(jìn)措施的成效。這種量化的評(píng)估方法不僅可以證實(shí)改進(jìn)措施的有效性，還能為未來(lái)的操作與維護(hù)工作提供寶貴的數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗(yàn)參考[4]，使得電廠管理層能夠基于這些數(shù)據(jù)做出更加合理的決策，確保真空泵系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

在實(shí)施改進(jìn)措施后，應(yīng)密切關(guān)注如下指標(biāo)。第一，真空度恢復(fù)率。真空度恢復(fù)率是評(píng)估真空泵處理效果的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)監(jiān)測(cè)真空泵的吸入壓力、排放壓力以及泵內(nèi)水位等參數(shù)，可以實(shí)時(shí)了解真空泵的工作狀態(tài)，確保其在最佳工況下運(yùn)行。第二，故障頻率降低百分比。通過(guò)統(tǒng)計(jì)和分析故障數(shù)據(jù)，可以了解改進(jìn)措施降低故障頻率的實(shí)際效果[5]。通過(guò)對(duì)故障原因進(jìn)行深入研究，制定有針對(duì)性的預(yù)防措施，進(jìn)一步降低故障發(fā)生的可能性。第三，維護(hù)成本節(jié)約率。通過(guò)比較實(shí)施改進(jìn)措施前后的維護(hù)費(fèi)用，可以評(píng)估改進(jìn)措施對(duì)維護(hù)成本的影響。

通過(guò)對(duì)電廠汽輪機(jī)水環(huán)式真空泵的處理效果進(jìn)行量化評(píng)估，可以更加準(zhǔn)確地了解改進(jìn)措施的實(shí)際成效，為電廠的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。在未來(lái)的工作中，將繼續(xù)關(guān)注真空泵的性能變化，不斷完善和改進(jìn)處理措施。

5 結(jié)語(yǔ)

水環(huán)式真空泵在電廠汽輪機(jī)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其性能直接影響電廠的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益。然而，水環(huán)式真空泵在運(yùn)行過(guò)程中，往往會(huì)遇到真空度降低的問(wèn)題，不僅影響泵的正常運(yùn)行，而且對(duì)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅。因此，系統(tǒng)解決水環(huán)式真空泵真空度降低問(wèn)題，顯得尤為重要。一方面要明確水環(huán)式真空泵真空度降低的原因，另一方面要采取針對(duì)性措施來(lái)解決問(wèn)題，如優(yōu)化密封系統(tǒng)、優(yōu)化材料和設(shè)計(jì)以及操作與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化等。

解決水環(huán)式真空泵真空度降低問(wèn)題，采取有效措施優(yōu)化運(yùn)行和維護(hù)流程，對(duì)于提升電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，水環(huán)式真空泵的性能將得到進(jìn)一步提升，更好地保證電廠的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，要不斷探索和研究，努力提高水環(huán)式真空泵的運(yùn)行水平和維護(hù)能力，為我國(guó)電廠的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。