給水泵密封水系統優化設計

宰軍，羅建軍，朱科

(湖南省電力勘測設計院，湖南長沙 410007）

給水泵密封水系統優化設計

宰軍，羅建軍，朱科

(湖南省電力勘測設計院，湖南長沙 410007）

針對給水泵密封水系統回水不暢等問題，對給水泵密封水系統的水封裝置進行優化設計，并在長沙電廠和金竹山電廠二期得以應用，目前運行情況良好。

給水泵;密封水系統;水封

電站給水泵密封水的正常回收是令許多電廠頭痛的問題，該系統運行穩定與否將影響給水泵組和凝汽器的正常運行，主要表現在〔1〕:(1)不能實現隨機組的啟、停而自動投、退，增大了啟、停機時的工作量，延長了啟、停機時間;(2)密封水回水不暢，導致密封水回水進入給水泵潤滑油系統中，使油質惡化，影響給水泵運行效率，情況嚴重時將危害機組的正常運行;(3)在運行中密封水系統工作狀態不直觀，因工作異常容易導致給水泵潤滑油被吸入密封水回水而進入凝汽器，影響電廠水和蒸汽的品質;(4)水封投、停時操作繁瑣，尤其在投入時，需注水、排空氣等一系列操作，給運行人員增加了工作量，而且操作不容易把握，給機組正常運行帶來隱患。

如果問題得不到合理解決，將大大降低機組的運行經濟性和安全性。為了防止給水泵密封水系統發生故障，破壞凝汽器的真空或影響凝汽器的水質等情況出現，不少電廠在機組運行時將給水泵的密封回水直接排入循環水坑，以保證機組的正常運行。這樣操作雖然能免除密封水回水不暢等問題，但很多優質的除鹽水將被浪費掉，以1臺600 MW機組為例，每臺汽動給水泵的密封水流量為6 t/h，每臺機組按4 500 h的年運行時間來算，則2臺汽動給水泵每年將浪費5.4×104 t除鹽水，這顯然與我國目前提倡的“節能減排”的基本政策不符。所以如何科學合理地設計給水泵密封水系統，使其在不影響機組正常運行的前提下，完全地回收密封水具有重要的現實意義。

1 常見電廠密封水系統設計情況

為了滿足社會經濟發展的需求，湖南省內已經建成一批大型火電機組，其給水泵組軸封型式及密封水水源統計見表1，2。

表1 湖南省各電廠給水泵軸封型式統計表

表2 湖南省各電廠給水泵密封水水源統計表

電廠給水泵組軸端一般為機械密封或迷宮密封2種型式，機械密封的密封水通常取用閉式循環冷卻水，而迷宮密封的一般取用凝結水作為密封冷卻水。2種密封型式取用不同的冷卻水源，是由于這2種密封型式的結構決定的。

機械密封工作時動、靜環2個密封面由泵體自身內部的水進行潤滑，機械密封冷卻水，只是為機械密封水服務的一路水源，用來帶走吻合面摩擦產生的熱量。由于通過動、靜環的節流作用，機械密封腔體外的壓力遠小于腔體內的壓力，閉式循環水的工作壓力約為0.55 MPa，已經足夠用來密封動靜環間的泄漏。凝結水系統工作壓力約為3 MPa，用來作為機械密封的冷卻水源，可以通過調節閥來控制壓力，從設計要求的角度來看也能滿足密封水壓力要求，但密封水冷卻水的回水，由于沒有足夠的壓頭，不能直接排入凝結水管道，為了回收這部分的水資源就需要設置一套水封裝置，將密封冷卻水引入凝汽器回收，系統相對較復雜，一般沒有電廠采用這種設計方式。

泵軸端采用迷宮密封工作時，密封冷卻水接入密封襯套內，一部分密封冷卻水與泵體內高溫水混合成卸荷水，一部分則形成無壓回水排出泵體外。迷宮密封的卸荷水一般接入前置泵入口管道，這種設計方式要求卸荷水的水壓必須大于前置泵入口管道壓力。前置泵入口管道運行壓力一般約為1.3 MPa，而閉式循環水的運行壓力不超過1 MPa，滿足不了迷宮密封冷卻水的壓力要求，只能選擇壓力較高的凝結水來作為迷宮密封的冷水源。

當給水泵軸端采用迷宮式密封時，為節約除鹽水，迷宮密封的無壓回水通常被設計為接入凝汽器回收。為了保證運行時密封水能順暢的被凝汽器回收，同時防止影響凝汽器真空，需在給水泵密封水回水與凝汽器之間設置一套水封裝置或采取其它措施，回水是否順暢，水封裝置或類似元件的設計就是其中的關鍵。

2 常見密封水水封型式〔2〕

2.1 單級水封

單級水封的原理較為簡單。凝汽器負壓運行，假設其運行背壓為 6 kPa(a)，約 -0.095 MPa(g)，凝汽器所能造成的虹吸水柱高度約為9.5 m，理論上采用單級水封，給水泵密封水回水水柱高度10 m即可保證凝汽器真空不會破壞。實際運行時由于水位波動等原因，水封的高度需要更高一些，通常水柱高度設計為12～13 m。但是這種水封管一般在工程初期就需要預埋套管，而且電廠中凝汽器一般布置在零米層，凝汽器上開孔的位置不能隨意布置，這種方式在設計完成后可修改的余地不大。由于單級水封占地很小，而且制作簡單、安裝方便，這種水封方式在國內電廠最為常見。

2.2 多級水封

多級水封原理相當于單級水封的疊加，一般為3級，進口與出口之間的總壓差保持在12 m左右，即能滿足凝汽器真空的要求。

多級水封的關鍵在于水封的保持，要求每一級水封都不能遭到破壞。水封在啟用前，一定要先注水，并將水封內部的氣體排空;而且多級水封在制作時要保證水封內部各部件的密封性。多級水封結構緊湊，但其制作以及運行較為復雜，對于運行控制有較高的要求。

2.3 水箱式結構

水箱式密封水回水設計在電廠中也有應用，其原理是將給水泵密封水的回水先放進水箱中緩存，水箱中水位到達一定高度后，利用凝汽器的負壓吸入凝汽器熱井中。系統的關鍵在于對水箱水位的控制，一般常用浮球式控制結構，通過水位的高度來決定是否將水箱中的水放入熱井，并通過水位的高度控制閥門的開度。既要保證回水的順暢又要保證不影響凝汽器的真空，不影響機組的正常運行。

水箱式密封水回水結構布置簡單，容易操作，但可靠性不強，若浮球式控制系統故障或誤動作，會造成凝汽器真空的下降，影響機組運行的安全性。

3 密封水系統優化設計

3.1 優化方案簡介

優化方案以金竹山二期電廠給水泵密封水系統為例來介紹，該電廠2臺汽動給水泵軸端采用迷宮密封〔3〕，密封水取至凝結水泵出口的凝結水，密封水回水經水封裝置，由凝汽器回收，見圖1。

圖1 優化方案密封水回水系統圖

優化方案中汽動給水泵密封水的2根回水管道全部接入一個由Φ1 020 mm鋼管制成的水箱中，水箱高3 m，容積約為2.45 m3，水箱布置于凝汽器坑中。水箱下部引出管道接入預埋的水封套管中，再接入凝汽器形成回路。水箱的頂部設置放空氣管道，始終保持水箱中水面的壓力值為1個大氣壓。水箱的上部設置溢流口，如果回水水量太多，水箱中水位過高，則會自動溢流至凝汽器坑內，不會造成回水不暢而影響給水泵正常運行。在整個系統的最底部設置了放水管道，用于檢修時排放水箱積水，或當密封水回水水質不好，為避免影響凝汽器水質，可直接排放至循環水坑中。

優化設計考慮了現場布置的要求，充分利用了場地條件，將簡易水箱放置在-4.0 m的凝汽器坑內，水箱占地約1 m2，凝汽器后水室與凝汽器坑的間隙中完全可以放置，不需要特別給水箱設計安裝空間。2根給水泵密封水的回水管道全部布置在一個水箱上，結構緊湊，布置相對較為簡單，現場改造的工作量也較小。其中的水箱為大直徑管道制作，制作工藝簡單。系統中的主要閥門都可布置在容易接觸到的地方，操作以及檢修都較方便。

3.2 優化方案特點

3.2.1 水封高度

優化方案中，從水箱接出的密封水管道引入預埋的水封中，再從水封接管至凝汽器。與凝汽器廠協商后，開孔位于凝汽器的節頸處-0.753 m處。如圖2示，水箱出口至水封管道有3.3 m的高差，水封底部至水封出口有7.65 m的高差，密封水管至凝汽器入口處有2.747 m的高差，由單級水封變化成由3級水封組成的多級水封，最大高差可達3.3+7.65+2.747=13.697 m，完全可以滿足凝汽器真空要求。

圖2 優化方案水封布置詳圖

3.2.2 水箱作用

優化方案中設置了水箱，使得密封水系統有了一個緩沖空間，而且密封水系統變化多余的水量可以暫存于水箱內，不會對水封的運行帶來直接的影響，有利于水封的穩定運行。同時，水箱上方設置了排氣口，水箱液面壓力將保持一個大氣壓力，使得水封有一個穩定的壓力邊界，避免了壓力波動帶來的影響，消除了破壞凝汽器真空的隱患。

3.2.3 布置特點

優化方案中水封管道的布置充分利用了凝汽器坑的空間，通過管路的合理布局將單一的預埋管組合成3級水封組成的多級水封，水箱的溢流高度設計為 -1.1 m，水封最小高差(-0.753)-(-1.1)=0.347 m，可以滿足大約9 m H2O的管道阻力損失，比單級水封裝置大了近1倍，在相同的管徑條件下，可滿足更大流量的密封水通過系統。

3.2.4 經濟性

優化方案所增加的主要設備為一個簡易水箱，制作簡單，沒有特別加工工藝要求，成本低廉，不會增加太多投資預算，比較適合電廠改造。

4 結束語

給水泵密封水系統運行相關的因素有很多，密封型式的選擇、密封管道的管徑、管道的布置以及機組運行工況的變化等，都能影響到密封水系統的正常運行，文中提出了水箱加水封的設計方案，增強了水封裝置適應能力，優化了系統。

這種設計前一部分設置了水箱，解決了回水的通暢問題，后一部分設置水封，解決了凝汽器的真空問題，為給水泵密封水系統的設計提供了一種新的選擇。長沙電廠、金竹山二期電廠給水泵密封水系統采用這種設計方式，機組運行良好，沒有出現回水不暢等問題。

〔1〕譚衛東，林恒.深圳西部電廠給水泵密封水回水水封的改造〔J〕.湖北電力，2002，27(6):52-53.

〔2〕馮琰磊，林磊.國華太倉2×600 MW超臨界機組給水泵密封水回水系統優化設計〔J〕.熱機技術，2006，3(8):1-4.

〔3〕湖南電力勘測設計院.大唐華銀金竹山發電廠擴建工程二期給水泵技術協議〔Z〕.2007.

TM621.7

B

1008-0198(2011)03-0045-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.014

2011-01-29 改回日期:2011-03-22

宰 軍(1979— )，男，碩士，工程師，主要從事電廠管道設計研究工作。