托電五期新型汽泵密封水自動增壓系統研究與應用

王三明

【摘要】內蒙古大唐國際托克托電廠五期2×660MW超超臨界空冷機組汽動給水泵采用浮動環密封結構，KSB水泵廠規定浮動環密封水壓力應比汽泵入口壓力高300kpa，不得低于250kpa。但由于高負荷運行工況時，汽泵入口壓力較高，凝結水母管壓力無法維持上述保證值；在低負荷運行時，為維持密封水壓差，凝結水泵無法變頻運行。需要增加汽泵密封水增壓系統。同時汽泵密封水取自軸封加熱器后，密封水供水溫度偏高，需要增加密封水冷卻器。因此，為實現凝結水泵深度變頻，保證機組安全穩定運行，需要對汽泵密封水系統進行優化改造。

【關鍵詞】汽泵；密封水；控制；優化；改造

汽動給水泵是大型汽輪發電機組的重要設備之一，汽泵密封水回水溫度高是汽泵的重要保護，對保證機組安全運行意義重大。對汽泵密封水系統存在的問題，我們進行了深入的研究探討，提出改造方案并予以優化實施，取得良好效果，為同類型其他汽輪機組提供了寶貴經驗。

1、概述

1.1 改造前汽泵密封水系統介紹

托電公司五期每臺660MW超超臨界空冷機組設置1臺100%BMCR容量的汽動給水泵，生產廠家為KSB水泵廠。汽動給水泵前置泵與主泵同軸布置，由小汽機驅動，小汽輪機生產廠家為東方汽輪機廠。汽動給水泵采用浮動環密封結構，汽泵密封水取自軸封加熱器后的凝結水，到達汽泵軸端。

1.2 改造前汽泵密封水系統存在的問題

我廠汽泵密封為浮動環密封， KSB水泵廠規定浮動環密封水壓力應比汽泵入口壓力高300kpa，不得低于250kpa。機組投入運行后發現，由于高負荷運行工況時，汽泵入口壓力較高，凝結水母管壓力無法維持上述保證值；在低負荷運行時，為維持密封水壓差，凝結水泵無法變頻運行。汽泵密封水供水壓力不滿足要求。同時汽泵密封水供水允許溫度20-60℃，密封水溫升最大允許10℃。密封水回水溫度65℃報警，90℃跳閘汽泵。汽泵密封水取自軸封加熱器后，在夏季時，直接空冷機組凝結水溫度最高達到75℃左右，汽泵密封水供水溫度不滿足要求。特別是在機組升負荷時，汽泵密封水系統若調整不當，將會影響機組安全運行。變負荷機組相關運行參數如表1：

2、解決方案

2.1 解決方案的制定與實施

通過對問題的認真分析，我們充分的進行了調研論證，提出了相應的優化解決方案并予以實施。

為提高汽泵密封水供水壓力，實現凝結水泵深度調頻，每臺機組增加兩臺汽泵密封水增壓泵，增壓泵額定流量約20t/h，揚程約為1.5-2MPa。一臺設置變頻器作為正常運行調節用，增壓泵變頻器投入自動調節，減輕運行人員勞動強度，密封水與汽泵入口壓差作為變頻器的被調量，設定值由運行人員手動設定。另一臺增壓泵不設變頻器工頻備用。每臺增壓泵出口均設置電動門，增壓泵出口電動門與增壓泵運行狀態設置聯鎖。密封水增壓泵設置旁路，旁路管路安裝密封水增壓泵旁路電動門，兩臺增壓泵同時停運時聯鎖開增壓泵旁路電動門。為保證汽泵密封水系統安全運行，密封水增壓泵同時設置再循環，再循環管路安裝再循環電動調節門，再循環管路工質接入排氣裝置回收利用，增壓泵出口母管壓力高聯鎖開增壓泵再循環電動門，增壓泵出口母管壓力低聯鎖關增壓泵再循環電動門，保證增壓泵在安全工況下運行。增壓泵的入口、出口、入口母管、出口母管均設置壓力測點，增壓泵出口母管設置供水流量測點。增壓泵供水管路設置濾網系統，濾網設置差壓大監視測點。

為滿足汽泵密封水供水溫度要求，增壓泵出口母管設置閉式水冷卻器，冷卻水使用閉式水冷卻。我廠閉式水設計最高溫度為37℃，汽泵密封水供水夏季最高溫度約為75℃，預計將汽泵密封水溫度降至50℃左右。

汽泵密封水增壓系統如下圖：

2.2 汽泵密封水增壓系統控制邏輯

此次改造我們對汽泵密封水系統邏輯進行了深入的探討和論證，為確保機組安全，對凝泵系統邏輯同時進行了優化修改。相關邏輯如下：

1、1號增壓泵變頻器控制

1）啟、停允許條件：

●變頻器無故障。

2）聯鎖啟動條件：（或邏輯）

●2號增壓泵跳閘。

●2號增壓泵運行時差壓低于0.1MPa，延時2秒，聯鎖啟動1號泵。（差壓為汽泵進水端、出水端密封水供水兩個調門后壓力低選值與汽泵入口壓力差值）

3）變頻器控制

汽泵進水端、出水端密封水供水兩個調門后壓力低選值與汽泵入口壓力差值作為變頻器被調量，輸出控制1號增壓泵變頻器頻率，設定值運行人員手動給定。

2、2號增壓泵控制

1）啟、停允許、聯鎖停條件：

●無。

2）聯鎖啟動條件：（或邏輯）

●1號增壓泵跳閘。

●1號增壓泵運行時差壓低于0.1MPa，延時2秒，聯鎖啟動2號泵。（差壓為汽泵進水端、出水端密封水供水兩個調門后壓力低選值與汽泵入口壓力差值）

3、增壓泵出口電動門控制

1）開、關允許條件：

●無。

2）聯鎖開條件：

●對應泵啟動。

3）聯鎖關條件：

●對應泵跳閘。

4、增壓泵再循環電動門控制

●增壓泵出口母管壓力高于4.5MPa時開啟，低于4.5MPa時關閉。

5、凝泵聯鎖啟邏輯優化（與邏輯）

●汽泵實際轉速高于1800RPM。

●汽泵進水端、出水端密封水供水兩個調門后壓力低選值與汽泵入口壓力差值低于0.1MPA。

●汽泵進水端密封水溫升大于15℃ 或 汽泵出水端密封水溫升大于15℃

3、汽泵密封水系統增壓改造效果分析

3.1 安全效果分析

托電五期汽泵密封水系統增壓改造后，汽泵密封水壓力與汽泵入口壓力差滿足機組變負荷要求，由于改造后密封水增加了閉式水冷卻器，汽泵密封水出水溫度也得到了保障，徹底避免了因調節不當導致汽泵密封水回水溫度高跳閘汽泵的事件發生，經濟效益不可估量，機組安全性大大提高。改造后的汽泵密封水系統調節投入自動控制，運行人員勞動強度得到很大改善，從改造完成運行至今，尚未發生由汽泵密封水系統問題導致的機組安全事故。

此次汽泵密封水系統增壓改造成功，可給國內同類型機組的發電企業提供相應的技術支持。

3.2經濟效果分析

汽泵密封水系統增壓改造后，低負荷時凝泵可以實現深度變頻調節，節能效果明顯。另外，汽泵密封水出水溫度高一值65℃報警，高二值90℃跳閘汽泵。托電五期每臺660MW超超臨界機組設計為單臺給水泵汽輪機，電泵為啟動電泵不作為聯鎖備用，汽泵跳閘主給水中斷，就意味著機組跳閘。優化后的汽泵密封水系統，能夠保證機組安全、穩定運行，提高機組發電能力，對機組發電效益的影響無法估算。若660MW機組一年由于汽泵密封水系統保護誤動非停1次，按5小時計算，不考慮機組非停對設備的損壞，只從機組非停影響電量、兩個細則考核、啟停機燃油消耗方面考慮，至少影響效益200萬元。

4、結論

托電五期汽泵密封水系統增壓改造以來，運行人員監盤壓力得到減輕，系統沒有出現過問題，該系統技術領先、安全可靠、效果明顯，在機組運行過程中應用很好。既為用戶提供了更加優質可靠的用電，又為其他火力發電機組提供了寶貴的借鑒經驗。汽泵密封水系統增壓改造不僅僅為了提高機組經濟性，而是更多的考慮到機組的安全性。

參考文獻：

[1] 《KSB汽泵維護安裝手冊》

[2] 《內蒙古大唐國際托克托電廠五期空冷機組給水泵組技術協議》