凝結水泵出力突然下降的原因分析及對策

洪立

(廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 惠來 515200)

0 引言

在火力發電廠的熱力循環過程中，凝結水泵擔負著將凝汽器熱井中的凝結水輸送到除氧器的任務，如果凝結水泵不能正常工作，熱井內的凝結水將無法輸送到除氧器，嚴重時將導致熱力循環破壞而使機組被迫停運。在惠來電廠#3，#4 1 000 MW超臨界機組調試過程中，凝結水泵出力多次突然下降，導致凝結水泵出口母管壓力和除氧器水位下降，嚴重影響機組安全運行。

1 設備概況

惠來電廠#3，#4機組凝結水系統每臺機組配有3臺50% 鍋爐最大連續蒸發量(BMCR)的電動高壓變頻調速凝結水泵，正常運行時采用2臺運行、1臺備用的運行方式。凝結水泵型號為NLT400－500×5S，具體參數見表1。

表1 凝結水泵性能參數

2 凝結水泵出力突然下降事故經過

惠來電廠#3機組在試運行期間，多次出現凝結水泵出力突然下降的異常事件，下面列舉2個典型案例加以介紹。

2.1 凝結水泵入口濾網堵塞嚴重限制出力

機組負荷500 MW，3A，3B凝結水泵變頻運行，3C凝結水泵變頻備用，除氧器水位主、副調節閥投自動(控制除氧器水位)，3A，3B凝結水泵變頻器投自動(控制凝結水泵出口母管壓力)。在機組逐漸升負荷至800 MW的過程中，凝結水泵出口母管壓力由2.5 MPa快速下降至1.7 MPa，備用3C凝結水泵聯啟，3A，3B凝結水泵轉速自動升高至額定轉速1480 r/min，但電流均有所下降，凝結水流量下降，除氧器水位呈下降趨勢。運行值班員發現后，立即快速減負荷，機組負荷降至600 MW時，凝結水泵出口母管壓力恢復正常，凝結水泵轉速下降，電流升高，除氧器水位逐漸恢復正常。

筆者分析認為，造成凝結水泵出力下降的原因是凝結水泵入口濾網堵塞導致凝結水泵發生汽蝕。新機組在運輸、安裝過程中，系統管道內會殘存大量的雜質及氧化物，機組分步試運行時，高壓加熱器、低壓加熱器及其抽汽管道內的雜質無法被沖走，機組在整組啟動試運行期間，這些雜質及氧化物將被沖刷、剝落進入凝汽器，部分雜質進入凝結水泵入口管道，最終附著在凝結水泵入口濾網上。

2.2 凝結水泵檢修后恢復備用時運行泵工作異常

機組負荷500MW時，檢修人員辦理熱機工作票《3A凝結水泵入口濾網清理》。工作結束后，檢修人員清理現場，與運行值班員辦理工作結束手續。運行操作人員在3A凝結水泵恢復備用過程中，首先投入凝結水泵密封水，然后逐漸開啟凝結水泵抽空氣手動門，3B，3C凝結水泵突然發出刺耳的噪聲，集控室畫面顯示凝結水泵出口母管壓力突然下降，凝結水泵轉速自動升高至1480r/min，電流下降。就地操作人員立即將3A凝結水泵抽空氣手動門完全關閉并匯報主值班員。此時，凝結水泵出口母管壓力恢復正常，凝結水泵自動轉速下降，電流升高。

筆者分析認為，造成凝結水泵出力下降的原因是運行凝結水泵進空氣。該機組凝結水泵入口流道最高點設有脫氣口接至凝汽器，且3臺凝結水泵抽空氣管匯合成1根管道進入凝汽器，當3A凝結水泵抽空氣門開啟時，由于凝汽器真空的作用，泵體內大量空氣進入抽空氣母管，從而被3B，3C凝結水泵吸進入口管道，引起凝結水泵出力下降。

3 凝結水泵出力突然下降的原因分析

凝結水泵運行工況的最大特點是水泵入口接自凝汽器，入口工作壓力為負壓，工質為飽和水。當凝結水泵運行時，其入口管道為負壓區;當凝結水泵備用時，水泵入口至出口逆止門前均為負壓區。凝結水泵出力下降的原因主要有:

(1)凝結水泵汽蝕，包括凝汽器水位突降、入口水溫過高、入口閥門故障或入口濾網堵塞。

(2)凝結水泵負壓區漏空氣。

(3)凝結水泵本體機械故障(葉輪損壞等)。

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(4)凝結水泵電動機故障(電動機缺相運行等)。

下面結合惠來電廠#3機組調試期間凝結水泵出力突然下降的異常事件進行分析。

3.1 凝結水泵汽蝕

水泵在運轉過程中，由于某種原因，某一局部位置的壓力等于或低于水溫相對應的汽化壓力時，水就會在該處發生汽化，大量的蒸汽及溶解在水中的氣體逸出，形成許多蒸汽與氣體混合的小氣泡。當汽氣隨同水流從低壓區流向高壓區時，氣泡在高壓的作用下迅速凝結而破裂。在氣泡破裂的瞬間，產生局部空穴，高壓水以極高的速度流向這些原來被氣泡所占據的空間，形成一個沖擊力。這種氣泡的形成、發展和破裂以至材料受到破壞的全部過程，稱為汽蝕。開始發生汽化時，因為只有少量氣泡，葉輪流道堵塞不嚴重，對泵的正常工作沒有明顯影響，泵的外部性能也沒有明顯變化，這種汽蝕稱為潛伏汽蝕。當汽化發展到一定程度時，氣泡大量聚集，葉輪流道被氣泡嚴重堵塞，致使汽蝕進一步發展，影響到泵的外部特性，導致泵難以維持正常運行［1］。

當凝結水泵的有效汽蝕余量小于泵的必需汽蝕余量時，泵入口壓力將低于汽化壓力，此時，水泵內將發生汽蝕。

凝結水泵的必需汽蝕余量由水泵本身的汽蝕性能確定。對同一臺泵來說，泵的汽蝕余量與轉速的平方成正比，當泵的轉速提高時，汽蝕余量增加。

在該案例中，凝結水泵入口濾網堵塞，節流損失增大，凝結水泵入口管路總的流動損失增加，有效汽蝕余量下降，接近或略低于凝結水泵必需汽蝕余量時，凝結水泵將發生輕微汽蝕，處于潛伏汽蝕階段。機組加負荷過程中，凝結水流量增加，凝結水泵入口管路流動損失與流量的平方成比例增加，有效汽蝕余量大幅下降，低于凝結水泵必需汽蝕余量，凝結水泵將發生嚴重汽蝕，引起泵出力下降并出現明顯的噪聲和振動。另外，凝結水泵出力下降后，導致凝結水泵出口母管壓力下降，凝結水泵轉速自動升高，泵的必需汽蝕余量增加，從而加劇了凝結水泵的汽蝕。

3.2 凝結水泵進空氣

離心泵在運轉過程中，若泵內積存有空氣，由于空氣的密度很小，葉輪轉動時產生的離心力很小，因而葉輪中心區所形成的負壓很小而不足以吸入液體，故不能輸送介質，這種現象稱為氣縛。

在該案例中，3A凝結水泵檢修后，泵入口管道充滿空氣，運行操作人員將該凝結水泵恢復備用的過程中，首先投入密封水，然后開啟3A凝結水泵抽空氣門，此時由于凝汽器真空的作用，3A凝結水泵進口管道內大量空氣被抽進凝汽器，同時通過抽空氣管道進入3B，3C凝結水泵，導致泵出現氣縛現象，引起凝結水泵出力下降并出現振動和異音。

若凝結水泵檢修隔離措施執行不到位(入口電動門關閉不嚴、抽空氣手動門關閉不嚴等)，也會導致運行泵進空氣而發生氣縛現象。

4 防范措施

通過對以上異常事件的分析，結合多年的運行經驗，總結出以下防范措施:

(1)機組在調試期間，高壓加熱器、低壓加熱器系統投運后，應嚴密監視凝結水泵運行情況并定期輪換清理入口濾網，保證濾網清潔。

(2)機組在運行中發生凝結水泵出力下降的異常事件時，應果斷快速減負荷并及時查找原因、消除故障。

(3)凝結水泵在隔離操作時，應先將進、出口電動門及抽空氣手動門關閉嚴密，然后關閉密封水供水手動門。在進行濾網放水操作時，應指派專人現場監視，觀察運行泵工作情況，若開啟濾網排空門發現往里面吸氣，應立即停止放水，關閉排空門，查明原因(有可能入口電動門或抽空氣門關閉不嚴)。

(4)凝結水泵在檢修過程中，應嚴密監視運行中凝結水泵電流、出口壓力及凝汽器真空度的變化情況，發現異常時及時安排人員就地檢查。

(5)凝結水泵檢修后恢復備用時，應先投入凝結水泵密封水，然后臨時關閉運行凝結水泵抽空氣手動門，開啟該凝結水泵抽空氣手動門對凝結水泵體抽真空，待凝結水泵入口壓力表顯示與凝汽器真空度一致時，全開該凝結水泵抽空氣手動門并逐漸開啟凝結水泵入口電動門對凝結水泵體進行注水，確認凝汽器真空無異常后，再開啟運行凝結水泵抽空氣手動門。

(6)凝結水泵正常運行或備用時，應確認抽空氣門處于開啟狀態。

(7)建議在凝結水泵入口管道加裝1根注水管，水源為化學除鹽水，便于凝結水泵檢修后進行注水排空。在采用凝汽器抽真空的方法進行泵體排空時，大量空氣會進入凝汽器內，從而大大增加凝結水溶氧量，不利于凝結水系統安全運行。

5 結論

結合惠來電廠#3機組整組試運期間出現的凝結水泵出力突然下降的異常事件，分析了凝結水泵出力突然下降的原因，結合凝結水泵汽蝕和進空氣2種典型事故，提出了切實可行的處理方法和防范措施，供運行人員參考。

［1］郭立君，何川.泵與風機［M］.3版.北京:中國電力出版社，2004:93－100.