射水抽氣器倒吸原因分析及處理

臧殿榮

（山東光明熱電股份有限公司 山東泰安）

一、項目背景

射水抽氣系統結構簡單、工作可靠、抽吸氣體能力大、不需另設啟動抽氣器、啟動運行方便，廣泛應用在小容量汽輪發電機組中。機組運行時，用射水抽氣系統抽出凝汽器及真空系統中漏入的不凝結氣體，同時維持凝汽器的真空，對機組的安全、經濟運行起著重要作用。

山東光明熱電股份有限公司3#汽輪發電機組為南汽生產的12 MW抽凝式機組，采用射水抽氣器來維持凝汽器真空。由于使用礦井水作為冷卻介質，水質為高堿高硬水。夏季運行時，射水抽氣器系統補水溫度高，加之系統設計不合理，導致射水抽氣器抽吸能力下降，在機組負荷波動過大及停機時易造成凝汽器倒吸，導致凝結水水質超標，影響機組運行。

二、倒吸原因及分析

1.射水抽氣器主要技術參數

射水抽氣器型號CS12-2，抽吸壓力0.004 MPa，工作水溫20℃，抽氣量6 kg/h，工作水量140 t/h，揚程39 m。

2.影響抽氣器效果的因素

（1）工作水溫的影響。夏季由于射水抽氣器補水（凝汽器循環水）溫度高，在30～35℃，抽氣系統工作時，抽出的不凝結氣體溫度在40～50℃，射水箱散熱較差，隨著運行時間增加，抽出的高溫汽與空氣混合物使工作水溫不斷升高（達到40℃），遠遠超出設計工作水溫。根據水飽和溫度同飽和壓力的一一對應關系，工作水溫高，其能建立的真空度就低，抽吸能力就減小，反之亦然。當工作水溫＞30℃時，每升高5℃，吸入室的壓力約提高1.97 kPa。由于射水溫度高于射水抽氣器喉部壓力所對應的飽和溫度，使得部分水汽化，體積膨脹，工作水流量下降，抽氣器吸入室壓力升高，抽吸能力下降，在機組負荷突變時會造成倒吸現象。

（2）水質的影響。由于補水水質為高堿高硬水（堿度6.5 mmo1/L，硬度15 mmo1/L），射水箱容積小，且射水系統與循環冷卻水運行條件的差異，水溫高，水的滯留時間長，阻垢劑阻垢效果降低，導致系統結垢傾向大。容易造成抽氣器逆止門、濾水器濾網、管道、射水泵葉輪等處結垢（圖1）。直接結果是射水泵出力降低，表現在出口壓力的降低，進而改變了整個系統的工作狀況。

（3）射水抽氣器逆止閥不嚴。為防止射水泵事故狀態供水壓力降低導致噴嘴的工作水吸入凝汽器中，在射水抽氣器的氣汽混合物入口裝有逆止閥。逆止閥處在潮濕和含氧環境下，常因腐蝕發生卡澀和脫落事故，很難起到作用。

圖1 系統結垢圖

以上原因的綜合作用，使射水抽氣器的抽吸能力大幅下降，當機組負荷突降（如機組甩負荷、鍋爐負荷突降、各種狀態停機等），進汽量大幅降低，凝汽量降低，循環水量不變，蒸汽過冷卻，會出現凝汽器內壓力低于射水抽氣器內壓力，由于射水抽氣器逆止閥不嚴，導致倒吸，污染凝結水、給水，造成鍋爐水質異常。

三、解決方案

1.處理方案

（1）從提高射水抽氣器抽吸能力出發，對抽氣系統進行酸洗，從降低結垢及水溫的角度出發，將其循環系統由閉式循環改為開式循環，自循環泵出口接一管路至射水泵入口，抽氣器出水有兩種選擇。一是回至冷卻塔，此種方式經現場調研不可行，原因循環水池與射水抽氣器距離遠且冷卻塔地勢比射水箱處高，無法自流到冷卻塔。二是回至循環泵入口，此方法可行，但由于抽氣器出水為汽水混合物，回至循環泵入口會造成循環泵的嚴重氣蝕，亦不可取。

（2）從防止倒吸的角度出發，將空氣管布置成具有一定高度的倒U形彎，防止差質水和空氣經射水抽氣器倒流入凝汽器。倒U形管高度的計算，射水抽氣器后的氣水混合物的密度即混合室內射出的水流和其所卷吸攜帶的空氣所組成的混合物密度，一般為800～850 kg/m3，凝汽器內按絕對真空計，射水泵突停不返水的水柱高度是12.86 m。因此在抽氣管上加裝13 m長倒U形管，能有效防止射水抽氣器的氣水混合物返回凝氣器影響凝結水質的問題。

2.方案實施

在凝汽器抽氣總管開口，用與抽氣總管相同管徑DN200的鋼管焊接倒U形管，管道采用全部焊接，不采用法蘭連接，以防漏氣。同時根據現場實際情況盡量減少彎頭，降低系統阻力，系統圖見圖2。

3.輔助措施

（1）管道整體酸洗。由于水泵、水箱、管道的結垢，造成設備出力下降，出水壓力由原來的0.39 MPa下降至0.32 MPa。采用5%的緩蝕鹽酸對系統進行酸洗，提高射水泵出力及抽氣器抽吸能力。

圖2 射水抽氣器改造圖

（2）改造補水口降水溫。對于射水抽氣器，因在工作時不斷消耗射水泵的功率，以及有蒸汽隨同空氣被抽入，且射水箱設計容量偏小，水量置換慢，工作水溫將不斷升高。因而在實際工作時，需要排去部分工作水，補充部分溫度較低的補給水。射水箱的設計是否合理關系到射水抽氣器的效率。原系統補水與排污雖在箱體兩側，但由于高度差低，只有200 mm。補入的低溫水未完全擴散至泵的入口，既隨排污流去，降溫效果差。通過在射水箱內加裝隔墻使之成為兩格，射水抽氣器排水和射水泵吸水管分別布置在射水箱兩格中，使兩者隔離間距加大，防止射水抽氣器排水直接流向射水泵入口，溢流管設在隔墻以上，有利于水中的氣體分離排放。補水口設在射水泵入口管，有利于系統降溫，從而降低系統的結垢傾向，提高了抽吸能力。

（3）取消射水泵出口逆止閥。射水泵的出口設逆止閥，主要防止停泵或故障時介質倒流使轉子倒轉造成損壞。但就射水抽氣系統而言，水由射水泵從射水箱中抽出升壓送至射水抽氣器后返回射水箱，射水泵故障時水無倒流動力，設逆止閥無實際意義。取消逆止閥后，降低了水循環的阻力，射水抽氣器的壓差增大，提高了抽氣器抽吸能力。

四、效果分析

凝汽器采用倒U形管，并對管道進行酸洗和改造補水系統，當機組負荷突降（如機組甩負荷、鍋爐負荷突降、各種狀態停機等），保證不會出現倒吸問題。

采用倒U形管，可有效避免凝結水污染，每次開停機減少外排凝結水量100 t，同時鍋爐給水水質得到保證，鍋爐排污量每次降低150 t，以每噸除鹽水10元計，每年機組啟停3次，每年可節省7500元。

系統改造后減輕了系統結垢傾向，由于工作水溫降低，射水抽氣器抽吸能力提高，凝汽器真空度提高2%。真空每提高1%，汽耗降低1～1.5%，進汽量平均在80 t/h，以每年夏季運行100天計，可節約蒸汽3840 t，以每噸蒸汽40元利潤計，每年夏季利潤增加15.36萬元。

射水抽氣器采用倒U形管的改造簡單易行，同時輔以防止結垢的措施如酸洗和改造補水排污系統，能有效提高射水抽氣器的抽吸效果，進而提高凝汽器真空，可改善中小型供熱機組射水抽氣系統的缺陷情況。