給水泵機械密封對汽輪機熱耗試驗的影響

黎石竹，徐婷婷，單紹榮，韓強，于丁一

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

給水泵機械密封對汽輪機熱耗試驗的影響

黎石竹，徐婷婷，單紹榮，韓強，于丁一

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

現代大型火力發電廠給水泵通常采用機械密封方式，由于安裝水平、運行調整等因素，給水泵密封水流量的代數和通常不為零，從而導致機組熱耗上升。本文采用等效焓降法分析給水泵密封水流量對機組熱耗的影響，并分析性能試驗中給水泵密封水流量測量對試驗不確定度的影響；同時對現場機組進行實測調整，控制給水泵密封水流量，達到降低機組熱耗及性能試驗不確定度的目的。

機械密封；等效焓降；熱耗；不確定度

0 引言

現代大型火電廠給水泵通常采用機械密封方式，用以保證泵在運行時密封水不進入泵而且泵送水不泄露出來。但在實際運行中，由于安裝水平，運行調整，機組負荷變化等原因，采用機械密封這一方式，不能保證密封水與泵的交換流量為零，這將導致機組運行熱耗增大；同時在汽輪機性能試驗時，需要采用超聲波流量計測量給水泵密封水流量，這將帶來流量測量的不確定度增加。

1 給水泵機械密封方式

某電廠3×142MW機組，回熱系統為2高4低1除氧，每臺機組配套2臺給水泵，1臺運行1臺備用，A/B給水泵均采用機械密封方式，密封水由凝結水母管引出供入給水泵機械密封，密封水通過密封件時，水在軸與密封件之間形成水膜，防止泵體內的高壓水在軸與密封件的間隙處外泄，同時高溫給水熱量通過密封水回水帶出。A/B泵均有一路回水通過水封直接回到凝汽器，另有一路匯合后再回至凝汽器。

2 密封水流量對熱耗的影響

機械密封水在熱耗計算中為直接附加在主給水流量中，由此帶來的熱耗增加不可忽略，機械密封水流量的將會導致機組熱耗增大。機組熱平衡圖如圖1所示。

根據等效焓降理論，給水泵密封水進入泵，等效于凝結水未經過軸封加熱器、低壓加熱器及除氧器，直接從進入高加入口。這樣的補水方式將引起新蒸汽的做功能力變化。其變化為：

圖1 某電廠142MW機組熱平衡圖

式中ΔHbs—新蒸汽等效熱降變化，kJ/kg；

αbs—補水率，%；

tm-1—給水泵出水焓，kJ/kg；

tbs—補水焓，kJ/kg；

ηm—#2高加抽汽效率，%；

τr—低于#2高加的加熱器凝結水焓升，kJ/kg；

ηr—低于#2高加的加熱器抽汽效率，%。

由熱平衡圖及上述公式，可得密封水流量1t/h影響新蒸汽等效熱降0.22kJ/kg，新蒸汽等效熱降為1248.8kJ/kg，設計熱耗為8338kJ/kg。密封水流量1t/h影響熱耗1.45kJ/kg。

對于泵送水泄漏，根據等效焓降理論，屬于系統工質損失。其對新蒸汽做功能力變化為

密封水流量-1t/h影響新蒸汽等效熱降0.237 kJ/kg。密封水流量-1t/h影響熱耗1.58kJ/kW·h。

可見密封水流量變化將影響機組熱耗。因此必須摸清機械密封水流量與密封水進水調門開度的關系，指導機組運行調整，以減少機組熱耗。

3 密封水流量與密封水進水壓力的關系

在對142MW機組熱耗摸底試驗中發現，給水泵密封水流量有較大變化，3臺機組進出給水泵流量從-8-9t/h（負號為泵進水回到凝汽器）變化。密封水流量的調整主要通過密封水進水閥門開度（進水壓力）來調整。現場在機組滿負荷工況下，采用富士FORTAFLOW-S10C1-00C超聲波流量計測量兩臺泵密封水進出水流量，得出密封水流量與密封水進水壓力的關系，見表1。

根據測量數據，繪制滿負荷工況機組密封水流量與密封水進水壓力關系圖表，如圖2所示。

由圖2可見，A/B泵進水流量隨著密封水進水壓力增加而增加，A/B泵各自回水分管流量基本無變化，A/B泵回水總管流量基本無變化。由此推斷，密封水流量主要影響因素為密封水進水流量。根據測量數據以及繪制的關系曲線可知，在適當的進水壓力調整下，密封水流量可以達到密封水不進入泵而且泵送水不泄露出來的設計目的，從而達到降低運行熱耗的目的。

現場試驗中同時發現，機組負荷下降時，同樣的閥門開度，由于凝結水泵為變頻運行，凝結水母管壓力下降，密封水進水壓力同時下降。從而負荷下降時，密封水流量往負值減小。這就需要在變負荷時重新調整密封水進水壓力。

表1 滿負荷工況機組密封水流量與密封水進水壓力測量

圖2 滿負荷工況機組密封水流量與密封水進水壓力關系

4 測量給水泵密封水引起的熱耗測量不確定度

國內汽輪機性能試驗中通常采用ASME PTC4-2004 汽輪機性能試驗規程，對于主流量測量，采用0.05%精度等級的差壓變送器；給水泵密封水測量通常使用超聲波流量計，精度為2.5%。

對于此142MW機組，主給水流量約425t/h，采用不確定度分析方法，得到系統不確定度與測量值之間的關系，見表2。

由表2可見，對于采用0.05精度等級的壓差測量，導致熱耗系統不確定度為4.17kJ/kW·h，而采用超聲波流量計測量的密封水，當測量值為1t/h，導致的熱耗系統不確定度就達到4.91kJ/kW·h，由此可見，在進行性能試驗時，為減少測量不確定度，尤其需要注意密封水總流量的調整，避免此處采用超聲波測量引起的系統不確定度急劇上升；根據表2計算給水泵密封水流量控制到0.2t/h附近，帶來的熱耗系統不確定度為1.37kJ/kW·h，引起的試驗熱耗不確定度較小。

表2 主給水流量及密封水總流量對測量不確定度的影響

5 結語

（1）對于確定的機組，可以通過測量密封水流量與密封水進水壓力的關系曲線，調整密封水進水壓力，來達到給水泵密封水進出流量代數和為零。尤其在機組負荷變動過程中，對于變頻凝結水泵，需要重新調整密封水進水壓力。

（2）在實際的電廠運行中，運行人員通常會忽視給水泵密封水對熱耗的影響，只要給水泵密封水回水溫度不超溫，不再調整密封水進水壓力。而長時間的運行，機械密封的間隙越來越大，密封水進入泵或者泵送水泄漏流量將越來越大，從而導致機組熱耗上升。因此，建議電廠運行一段時間后，或者機組大修后最好能夠進行密封水進水壓力調整試驗，從而有針對性的調整機組給水泵密封水進水壓力，達到機械密封進出流量代數和為零，降低機組熱耗的目的。

（3）當進行汽輪機性能試驗時，對于給水泵采用機械密封方式的機組，在試驗前，需要調整給水泵密封水總流量，盡可能調整密封水總流量接近零，避免此處流量引起的試驗不確定度急劇增大。

[1] 林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].西安：西安交通大學出版社，1994.

[2] 閆哲.大型電動給水泵機械密封泄漏的原因分析及處理[J].電力學報，2006，21（3）：341-343.

[3] 付昶. ASME PTC6-2004 汽輪機性能試驗規程[M].北京：中國電力出版社，2015.

修回日期：2016-11-16

Impact of Feed Pump on the Turbine heat Consumption test

LI Shi-zhu，XU Ting-ting，SHAN Shao-rong，HAN Qiang，YU Ding-yi
（Huadian Electric Power Research Insstitute，Hangzhou 310030，China）

The feed pump designed in the large thermal power plant usually takes mechanical seal method. As a result of the installation level, operation adjustment and other factors, normally the algebraic sum of seal water flow is not zero which leads the unit heat consumption rising. This paper uses equivalent enthalpy drop method to analyze the influence of seal water flow on the unit heat consumption and the performance test uncertainty. At the same time, by adjusting and measuring on the field units, control the seal water flow to reduce the unit heat consumption and achieve the performance test uncertainty.

mechanical seal；equivalent enthalpy drop method；heat consumption；performance test uncertainty

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.013

TK262

B

2095-3429（2016）06-0047-03

黎石竹（1987-），男，安徽六安人，碩士研究生，工程師，主要從事火力發電廠性能考核試驗工作。

2016-08-28