水環泵出力低的原因分析及處理措施

金緯

(江蘇華電能源有限公司望亭發電分公司，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

望亭發電廠#14機組汽輪機為東方汽輪機廠改造過的亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸布置的沖動式凝汽式汽輪機。汽輪機型號為N300-16.18/535/535。其高、中壓缸為分缸結構，具有獨立的高壓缸和中壓缸，低壓缸為2只雙流、雙排汽的汽缸。#14機組凝汽器的結構為雙分式雙流程表面換熱式，冷卻面積為17 000 m2，介質流量為35 500 t/h。主機真空系統配備2臺水環式真空泵，其中真空泵14B于2004年5月進行過升級改造，采用佛山水泵廠生產的2BW4 353-0 EL4型水環泵，轉速為590 r/min，軸功率為160 kW，真空泵內的葉輪、分配板和泵體都為304材質，真空泵冷卻器管束材質為TP316L，采用填料密封，其冷卻水采用內供水方式。

2018年6月26日，當機組負荷230 MW，真空泵14A，14B例行切換時，發現真空泵14A與14B同時運行時，凝汽器真空度比真空泵14A單臺運行時下降1.0 kPa。真空泵14A單臺運行時電流為14.291 A，凝汽器真空度為94.0 kPa。嘗試停運真空泵14A，繼續運行真空泵14B時，發現其電流較真空泵14A單開時上升大約1 A，凝汽器真空度下降至最低90.6 kPa，此時緊急啟動真空泵14A，停運真空泵14B，真空系統各項參數立刻恢復正常。

1 設備異常分析

1.1 水環泵原理和工作流程

圖1 水環泵原理示意

水環泵工作原理如圖1所示。水環泵利用旋轉水環充當活塞作用造成泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣。轉子偏心地安裝在泵殼內，在泵體內充有適量的水作為工作介質，#14機組真空泵工作水來自機組凝結水。當葉輪在泵內旋轉時，水被葉輪甩向四周，由于離心力的作用，水形成了一個與泵殼形狀接近的等厚度的封閉圓環。在旋轉前半周，葉輪中的水被葉輪加速，其圓周速度增大，當水從葉片頂端被甩出時，達到了葉輪的圓周速度，此時，小空腔的容積由小變大，且與端板上的吸氣口相通。氣體被吸入到空腔內。當葉輪繼續旋轉至后半周時，水重新進入葉輪，速度下降，動能轉換為壓力能，此時空腔的容積由大變小，氣體被壓縮，當空腔與端板上的排氣口相通時，壓縮后的氣體被排除泵外。

水環真空泵工作時，凝汽器中的氣汽混合物經過水環泵的抽吸，進入氣水分離器。分離出來的氣體進入大氣，分離出來的水與工作水、補充水一起進入真空泵冷卻器進行換熱冷卻。望亭發電廠#14機真空泵冷卻器管側為開式循環水。冷卻后的工作水分為兩路：一路經噴嘴進入水環泵入口，冷卻從凝汽器來的氣汽混合物，提高水環泵的抽吸能力；另一路直接進入水環泵作為工作水，維持真空泵的水環和水環溫度，其工作流程如圖2所示。

1.2 設備異常原因分析確認

輔機檢修人員在設備出現異常后就地試轉真空泵14B，進行缺陷確認。設備試轉情況與概述中所描述的情況一致，檢修人員同時對就地設備進行進一步檢查。檢查發現真空泵14B軸承振動、溫度正常，轉動部分無異聲，補水正常。就地對真空泵14B冷卻器進行溫度檢測，發現真空泵工作循環冷卻水進水溫度為50.00 ℃，工作冷卻水出水溫度為48.00 ℃，均比真空泵14A相應處溫度高10 ℃左右，工作水壓為0.14 MPa。冷卻器管側循環水進水溫度為33.80 ℃，出水溫度為35.00 ℃，循環水壓0.11 MPa。初步懷疑為冷卻器管側循環水堵塞，但是沖洗過程中未發現堵塞現象，且循環水壓也很穩定。

圖2 水環泵工作流程

經分析，設備異常現象原因為真空泵工作正常而系統真空度因其他原因降低，主要表現在真空泵出力不足[1]。影響水環泵出力低的因素有很多。首先考慮到真空泵14B運行情況平穩，基本排除了機械故障；電機電流相比A泵僅增大1 A，軸功率上升不明顯，軸端盤根上半年已更換過，檢查正常，可以排除軸套與盤根磨損造成徑向間隙大而漏空氣的原因。其次，汽水分離器液位正常，汽輪機排汽溫度等相關系統參數也正常。一般來講，2臺真空泵分別在同一運行方式運行，排汽溫度相同，不會使單一泵的出力發生變化。由于冷卻器水溫偏高較大，工作水溫明顯升高，冷卻效果大大降低，技術人員一致認為這是影響真空泵出力的直接原因。

在就地檢查中，管側循環水沖洗未見污垢堵塞，工作水噴嘴拆卸未見損壞堵塞，如圖3所示。所以最終判斷真空泵14B管束間可能由于大量污垢的堆積附著而使冷卻面積大大縮小，直接影響了冷卻效果。就地實測工作水溫也進一步驗證了這一個判斷，即當工作水溫升高時，會引起泵內運行總體溫度的升高，泵內水環汽化加劇，改變了真空泵內水環的厚度，從而影響了真空泵的出力，無法維持凝汽器真空。為了驗證這個判斷，我們對冷卻器殼側進行了孔探，發現冷卻器管束間有大量結垢現象，如圖4所示。

圖3 工作水噴嘴

圖4 對冷卻器殼側進行孔探

2 處理方案及實施

2.1 制定處理方案

通過對污垢的化學分析，其成分主要是水垢、碳酸鈣，還有少部分的銹垢。這些物質的堆積不但會大大降低水環泵冷卻器的換熱效率，增加電機的負荷，還會對泵內零部件造成不同程度的侵蝕，必須盡快處理掉這些污垢，恢復真空泵14B的出力。同時考慮到消缺成本，需要一款運用較為廣泛，操作方便，價格合理的除垢劑進行清洗。在經過調查研究后，決定采用ZJ-821除垢劑處理。

ZJ-821是一種可降解的高效環保清洗液劑。主要用于清除用水設備中所產生的最頑固的水垢、氧化鈣產物、泥垢和銹沉積物。這種液劑安全、無毒、無害，人體皮膚直接接觸不會產生重大損傷。其除垢原理在于其液劑中含有特殊的濕潤劑、穿透劑和分散劑，可以把沉積污垢中的復雜垢質進行有效分解，并直接清洗到設備的原有金屬面，且清洗后產品中的特殊緩蝕復合物可以在金屬表層形成一層預膜層。這樣可以保護金屬材質免遭介質腐蝕，有效延緩垢質的二次生成。在除垢劑中，含有乙酸、核酸等多種有機成分，乙酸的水溶性極低，對水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂等，整合能力極強，黏度小，流動性強，排出方便。

另外，技術人員認為該除垢劑使用方法簡單，滿足生產實際的需要。它用水稀釋使用，對于真空泵冷卻器，適合采用浸泡加沖洗的方式清洗。通常，如果垢質堅硬，建議1 000 kg水至少用50 kg除垢劑稀釋使用，最低劑量使用標準為1 000 kg水最少用25 kg除垢劑。根據估算，將500 kg水用25 kg除垢劑稀釋，對冷卻器殼側進行浸泡。

2.2 清洗處理步驟

除垢劑原液pH值約為2，用水稀釋后除垢液劑pH試紙測定為2～3。打開水環泵冷卻器放水門，將存水排盡，拆除頂部噴嘴法蘭，作為除垢液劑倒入口。

檢查冷卻器隔絕措施已完畢，倒入除垢液劑。浸泡液劑2 h后排放，發現有大量污水排出。為了徹底清除污垢，重新配制上述比例的除垢液劑進行浸泡。反復2次清洗后，排放液體中，渾濁物已基本清除，內管束基本可以見本色。

最后重新進行pH值測定，pH值在5～6之間，認為已經清洗干凈，沒有污垢繼續與除垢液劑反應。打開底部放水門，用凝結水進行沖洗，直至排放出干凈的水，持續時間10 min。撤出隔絕措施，恢復真空泵14B的安全措施。

2.3 效果檢查

試轉真空泵14B，記錄設備各項參數。其中管側循環水溫進水溫度為33.0 ℃，出水溫度為38.0 ℃。工作冷卻水進水溫度為46 ℃，出水溫度為39.0 ℃。凝汽器真空度為94.2 kPa。水環泵電機電流為14.9 A，真空泵14B出力得到了滿足。

3 結束語

在對水環泵冷卻器進行清洗時，考慮到首次使用配方除垢劑，清洗經驗不足，所以未將真空泵體參與到循環清洗過程中去。但是從結果來看，完全可以將真空泵工作水管路進行循環清洗，有可能取得更好的效果。總的來說，真空泵14B出力低異常現象分析及時，判斷準確。設備缺陷消除后運行至今工況穩定。本文撰寫的目的旨在突出設備異常的分析，提高隱患排查的能力和預防同類缺陷的能力，避免真空系統事故的發生。為了將類似問題消除于萌芽狀態，班組技術人員還將舉一反三，用ZJ-821除垢劑清洗我廠其他水環泵管式冷卻器。所以本次消缺方法具有推廣應用的前景，且該除垢劑成本低廉，具備推廣使用的條件。