提高真空泵運(yùn)行安全性的技術(shù)措施

華意國(guó)

（新浦化學(xué)(泰興)有限公司熱電廠，江蘇 泰興 225404）

由于水環(huán)真空泵組具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、效率高、抽氣能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其在電廠凝汽器抽真空系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸廣泛。近年來，幾乎所有的新建大中型電廠都采用水環(huán)真空泵。另外，在一些老電廠射水(汽)抽汽器系統(tǒng)的技改工程中，也大量使用水環(huán)真空泵來更新抽真空技術(shù)。水環(huán)真空泵組在電廠得到日益廣泛應(yīng)用的同時(shí)，由于其設(shè)計(jì)或運(yùn)行控制技術(shù)的相對(duì)不成熟，在實(shí)際運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些問題，對(duì)電廠的安全運(yùn)行造成了一定的威脅。

1 改造前的系統(tǒng)及其存在問題分析

1.1 系統(tǒng)概述

改造前的抽真空系統(tǒng)如圖1所示，從凝汽器來的汽水混合物經(jīng)過入口蝶閥后進(jìn)入真空泵體，經(jīng)兩級(jí)壓縮升壓后其壓力高于大氣壓力，經(jīng)汽水分離后空氣經(jīng)彈簧逆止門排出。機(jī)組自調(diào)試投產(chǎn)后，半年內(nèi)出現(xiàn)4次真空異常，其中2次直接導(dǎo)致低真空保護(hù)停機(jī)，為正常生產(chǎn)留下較大的安全隱患。

1.2 入口蝶閥控制方式有缺陷

入口蝶閥采用氣動(dòng)控制，蝶閥的作用是把凝汽器系統(tǒng)與真空泵組隔開。差壓開關(guān)的作用是控制蝶閥的開、閉。當(dāng)真空泵起動(dòng)后，蝶閥前后就有壓差，當(dāng)差壓達(dá)到設(shè)定值(一般將差壓值設(shè)定為3 kPa)時(shí)，發(fā)信號(hào)給電磁閥，打開儀表氣源，開啟蝶閥。滿足該差壓設(shè)定值是入口蝶閥打開的必備條件，以確保泵工作正常，防止空氣倒吸影響真空。

實(shí)際上該邏輯又成為限制條件，往往會(huì)由于信號(hào)不正常而導(dǎo)致蝶閥無法正常開啟，影響正常開機(jī)。

同時(shí)，在冬季運(yùn)行時(shí)，當(dāng)運(yùn)行泵真空較高(一般在98 kPa以上)時(shí)，備用泵啟動(dòng)后要滿足差壓開關(guān)＞3 kPa動(dòng)作值的要求，則需備用泵啟動(dòng)后真空高于101 kPa。實(shí)際上水環(huán)真空泵在空載負(fù)荷下也無法達(dá)到如此高的真空，因而將導(dǎo)致泵無法正常切換，從而成為泵切換的限制條件而非保護(hù)條件。

1.3 入口未設(shè)止回閥

通常在廠家真空泵出口設(shè)計(jì)有止回閥，以防止蝶閥故障時(shí)大氣進(jìn)入系統(tǒng)。一般采用手柄式彈簧止回閥，同時(shí)在分離器上裝流量計(jì)，通過關(guān)閉止回閥，氣體從流量計(jì)通過，還可以測(cè)試真空泵的抽氣量。但在實(shí)際中，真空泵入口止回閥常常被忽視，以致在運(yùn)行泵故障跳停時(shí)，外界空氣將通過故障泵管道大量漏入凝汽器，急速破壞真空而造成停機(jī)。

1.4 真空泵控制邏輯存在問題

(1) 停泵時(shí)，蝶閥關(guān)閉與停泵指令之間無邏輯關(guān)系。操作員在執(zhí)行關(guān)蝶閥命令后，即可停泵，若此時(shí)蝶閥故障，會(huì)因無止回閥或止回閥不嚴(yán)密而導(dǎo)致系統(tǒng)漏空氣，影響真空，甚至造成低真空跳機(jī)。

(2) 運(yùn)行泵跳閘時(shí)，入口蝶閥不聯(lián)關(guān)。當(dāng)無止回閥或止回閥不嚴(yán)密時(shí)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)大量漏空氣。

(3) 泵啟動(dòng)后，入口蝶閥聯(lián)開。當(dāng)真空泵工作不正常時(shí)，未待操作員確認(rèn)即聯(lián)開入口閥門，可能導(dǎo)致系統(tǒng)真空破壞。在電氣檢修單試電機(jī)時(shí)，也會(huì)使入口閥聯(lián)開，導(dǎo)致系統(tǒng)真空破壞。

1.5 入口管道隔離問題

真空母管至真空泵入口之間只設(shè)計(jì)了1只由電磁閥控制的氣動(dòng)蝶閥，在電磁閥電源或氣源故障，以及蝶閥密封不嚴(yán)時(shí)，都必須保持2臺(tái)泵運(yùn)行，既無法隔離檢修，又影響運(yùn)行成本，且降低運(yùn)行可靠性。在一些特殊情況下(如蝶閥法蘭泄漏)，甚至可直接導(dǎo)致低真空停機(jī)事故。

1.6 補(bǔ)水設(shè)計(jì)不合理

設(shè)計(jì)真空泵補(bǔ)水取自凝結(jié)水泵出口，由于凝結(jié)水溫度一般低于排汽溫度1 ℃～2 ℃，同時(shí)由于真空泵正常工作壓力要比凝汽器壓力低0.6 kPa左右，對(duì)應(yīng)真空泵工作水溫度應(yīng)比排汽溫度低3℃左右，實(shí)際上造成補(bǔ)水進(jìn)入真空泵工作水系統(tǒng)后，要汽化并放出熱量，從而降低了泵的抽真空能力。另一方面，由于凝結(jié)水壓力高，也容易造成補(bǔ)水閥門損壞，影響正常水位控制。

1.7 真空開關(guān)成擺設(shè)

廠家原先設(shè)計(jì)真空開關(guān)的目的是用于低真空時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵，但在電廠控制邏輯設(shè)計(jì)中則采用凝汽器壓力變送器信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)真空低到85 kPa時(shí)由DCS發(fā)令聯(lián)啟備用泵，由于該控制設(shè)備一直處于閑置狀態(tài)，故可以取消。

2 系統(tǒng)主要改進(jìn)及技術(shù)措施

2.1 改造后的系統(tǒng)概述

針對(duì)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題，分別進(jìn)行工藝改進(jìn)并修改控制邏輯，主要分為：工藝管道系統(tǒng)改進(jìn)和邏輯控制系統(tǒng)改進(jìn)。

在真空泵入口蝶閥前后增加手動(dòng)閘閥(如不考慮投資也可設(shè)置電動(dòng)門)和止回閥，防止空氣倒吸；補(bǔ)水水源由機(jī)組凝汽器補(bǔ)水改由脫鹽水補(bǔ)水；取消真空開關(guān)、差壓開關(guān)；同時(shí)對(duì)泵的啟動(dòng)、停止及聯(lián)鎖時(shí)的控制邏輯進(jìn)行修改。

2.2 工藝管道系統(tǒng)的改進(jìn)

改進(jìn)后的系統(tǒng)如圖2所示。

2.2.1 取消入口蝶閥差壓開關(guān)

取消入口蝶閥差壓開關(guān)，改用其他聯(lián)鎖方式。差壓開關(guān)原先用于判斷泵是否工作正常，防止空氣倒吸，在實(shí)際應(yīng)用中其可靠性差。蝶閥仍為氣動(dòng)，氣源采用本體儀表用儲(chǔ)氣罐，可避免泵在事故跳閘時(shí)，因電動(dòng)門關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)，而影響真空。電源設(shè)計(jì)應(yīng)可靠，避免與控制電源交叉。

2.2.2 取消真空開關(guān)

真空開關(guān)原先設(shè)計(jì)目的為，在低真空時(shí)聯(lián)啟備用真空泵；達(dá)到設(shè)定真空時(shí)自動(dòng)停運(yùn)1臺(tái)真空泵，其測(cè)點(diǎn)在泵入口與蝶閥之間，每臺(tái)泵設(shè)計(jì)1臺(tái)真空開關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，如泵停運(yùn)，會(huì)顯示低真空?qǐng)?bào)警，該報(bào)警無實(shí)際意義，至于低真空聯(lián)啟備用真空泵的功能完全可以采用凝汽器真空測(cè)點(diǎn)值并連鎖來實(shí)現(xiàn)，而且可以減少1臺(tái)真空開關(guān)的投資。

2.2.3 入口蝶閥前后增設(shè)手動(dòng)隔離閥和止回閥

在入口蝶閥前后增設(shè)手動(dòng)隔離閥和止回閥。止回閥可選用對(duì)夾式蝶形止回閥，密封面軟密封，閥門阻力低，更加實(shí)用可靠。

2.2.4 真空泵補(bǔ)水改進(jìn)

泵補(bǔ)水由凝結(jié)水改成除鹽水，由凝汽器補(bǔ)水母管接入。這主要有2點(diǎn)好處：一是降低補(bǔ)水溫度，對(duì)真空泵工作有利；二是降低補(bǔ)水壓力，對(duì)補(bǔ)水設(shè)備工作壽命有利。

使分離器內(nèi)液位的高低直接影響到真空泵的性能。所抽的氣體中含有蒸汽，有可能凝結(jié)成水而使水位增加，使真空泵的電動(dòng)機(jī)功率增加；但更多的可能是水位降低(甚至無水)而使泵性能急劇下降，導(dǎo)致凝汽器壓力變化影響發(fā)電機(jī)組的效率。這時(shí)控制水位就顯得非常重要。一般采用常規(guī)的機(jī)械式浮球控制閥，使水位保持在一定范圍內(nèi)，水位高時(shí)可以自動(dòng)溢流排放。為防萬一，在與分離器相通的現(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)上還裝有上、下限報(bào)警開關(guān)，接線到控制室，提供遠(yuǎn)距離的水位報(bào)警功能。

2.3 控制邏輯修改

為提高真空泵的安全可靠性，對(duì)其在事故或故障狀態(tài)下實(shí)施有效保護(hù)，防范操作員誤操作事故的發(fā)生，對(duì)真空泵的控制邏輯進(jìn)行了以下修改：

(1) 真空泵任何情況下允許啟動(dòng)；

(2) 當(dāng)聯(lián)鎖投入時(shí)，凝汽器真空低延時(shí)5 s或運(yùn)行真空泵故障跳閘時(shí)，備用泵均聯(lián)鎖啟動(dòng)；

(3) 在蝶閥關(guān)反饋到位的情況下(DCS關(guān)反饋正常)，才允許操作員停用真空泵，可有效防止誤操作；

(4) 氣動(dòng)蝶閥在真空泵開啟狀態(tài)下(開反饋到位)才可以打開，防止真空泵不正常或停用情況下，蝶閥被打開，導(dǎo)致真空異常；

(5) 當(dāng)真空泵聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)，蝶閥自行聯(lián)鎖打開，這樣在事故處理時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性和及時(shí)性，減少了操作員的操作；

(6) 真空泵故障跳閘時(shí)，蝶閥自行聯(lián)鎖關(guān)閉，防止泵跳停，止回閥不正常導(dǎo)致真空降低；

(7) 真空泵蝶閥在斷電情況下保持原有狀態(tài)，避免失電導(dǎo)致閥門打開，影響真空。

3 改進(jìn)效果

改進(jìn)是分2次進(jìn)行的。針對(duì)真空泵入口缺少止回閥的先天性設(shè)計(jì)缺陷，首先對(duì)真空泵的控制邏輯進(jìn)行修改并取消了真空開關(guān)、差壓開關(guān)。改進(jìn)后有效防止了異常的發(fā)生，在長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行過程中，未發(fā)生過1起真空泵異常，很大程度上提高了運(yùn)行安全性。

其后，利用機(jī)組停機(jī)大修機(jī)會(huì)，在入口蝶閥增加手動(dòng)真空閘閥和止回閥，進(jìn)一步提高運(yùn)行安全性，徹底改善因設(shè)計(jì)問題造成的生產(chǎn)不穩(wěn)定。至今未出現(xiàn)一起因真空泵導(dǎo)致的真空異常。