1000 MW發電機組真空泵冷卻水系統設計與優化

尹 詩

（廣東粵電靖海發電有限公司，廣東惠來 515223）

0 引言

靖海電廠3#，4#機為東方汽輪機廠生產的1000 MW超超臨界機組，機組在凝汽器汽側抽真空系統中，設置了3臺50%容量、兩用一備的水環式真空泵。真空泵冷卻器冷卻水取自循環水（海水），每臺機組布置3臺循環水泵，運行方式（循環水泵開啟臺數）根據海水溫度決定。真空泵冷卻器的冷卻水從A，B側凝汽器循環水進水母管上引出Φ250×12 mm的管道，經過DN250 mm的隔膜閥后合為1根Φ273×7 mm的管道，在真空泵區域分為3根Φ140×8 mm的管道進入3臺真空泵（依次為A，B，C）的冷卻器。

1 真空泵運行存在的問題

真空泵冷卻器的冷卻水取自循環水進水母管，由于母管水壓低，而考慮到管道分壓、管道及附件的阻力損失和流動損失加上真空泵冷卻器本身的水阻，冷卻器的冷卻水量＜30 t/h（現場實測），低于設計值的65 t/h，當換熱管堵塞時，冷卻器的換熱效果變差，對機組的安全運行和經濟效益都有較大的影響。

1.1 冷卻器的冷卻水壓力較低，換熱效果差

真空泵冷卻器冷卻水壓力較低（3臺循環水泵運行時為0.13 MPa，雙泵運行時不到0.08 MPa），海水里面的活的或死的貝殼軀體進入真空泵冷卻器取水管，造成真空泵冷卻器的進水室堵塞（圖1），換熱效果惡化，真空泵抽吸能力降低，冷卻器在運行中溫度容易升高至40℃，清理換熱器水室次數頻繁，尤其是在夏季循環水溫度較高時，換熱器及水室的清理頻率更高。

1.2 真空泵冷卻水分配不均勻

真空泵冷卻水母管依次經過A，B，C泵，由于真空泵位置不同致使冷卻水分配不均勻，特別是C真空泵距離母管最遠，由于被A，B真空泵“搶水”，冷卻水量最小。4#機的真空泵冷卻器由于位置及壓損的原因，相比于3#機更容易堵塞。

1.3 真空泵抽氣能力下降

真空泵冷卻器溫度較高，造成真空泵抽氣能力急劇下降，機組真空降低，從而增加機組熱耗，造成機組煤耗偏高。而且，真空泵冷卻器若經常清理，大大增加了設備維護人員的工作量，影響機組運行的安全及經濟效益。

圖1 換熱管內海生物寄生堵塞

1.4 管道腐蝕穿孔、聚集海生物

真空泵冷卻器的進、出水母管為DN250 mm的鋼塑管，在機組運行中檢查發現3#機進出水母管均已破損，造成海水泄漏，4#機外側循環水至真空泵冷卻水的彎頭也已破裂。反應出鋼塑管在使用中的耐久性較差。同時在機組檢修時，發現管道內附著較多的海生物，降低冷卻器的進水量。

2 改造原理

改造分為3部分：①通過加裝管道增壓泵，保證真空泵冷卻器在運行中足夠的冷卻水量；②在真空泵冷卻水進口處加裝節流孔，用來平衡3臺真空泵的冷卻水流量，且保證節流孔后的壓力穩定；③將冷卻水進、出水母管的材料更換為浸塑管，提高管道強度及耐腐蝕性能。

2.1 在供水母管上加裝增壓泵

在真空泵冷卻器供水母管上增加一臺管道泵對冷卻水增壓，提高冷卻水的流速，減少海水雜物在管道和冷卻器中的沉積的幾率，保證換熱管的熱交換效果，同時也減少冷卻器的清理頻率。為防止海水腐蝕，過流部分全部采用316L材料。為保證每臺真空泵冷卻器入口壓力0.2 MPa（設計值），同時考慮到增壓泵的高差（約3 m）和部分管道流阻，設計增壓泵的揚程≥25 m。為不影響機組安全運行的情況下對增壓泵檢修，在泵的進口設置手動隔膜閥，出口設置不銹鋼止回閥和手動隔膜閥，設置旁路管道和閥門。冷卻水母管改造如圖2所示。

2.2 在冷卻水進口處加節流孔板

在真空泵的冷卻水進口處加裝節流孔板，用于平衡3臺真空泵的冷卻水流量。真空泵冷卻水設計流量為65 t/h，按1.5倍的裕度，增加管道泵后需要冷卻水流量G≈100 t/h。計算過程：取通過節流孔板的流量G為100 t/h，海水的密度為1030 kg/m3，孔板前后壓差ΔP為0.2 MPa，計算得出節流孔板的孔徑為54 mm。

圖2 冷卻水母管改造后的布置

式中dk——節流孔板的孔徑，mm

G——通過孔板的流量，t/h

ρ——水的密度，kg/m3

ΔP——孔板前后壓差，MPa

2.2 改變冷卻水進、出水母管的材料

將冷卻水進、出水母管的材料更換為浸塑管，提高管道的機械強度和承壓能力，耐腐蝕能力得到加強。同時由于浸塑管內外表面硬度高且光滑，摩擦因數小，大大減小了海水中海生物沉積在管道內部的機會，保證冷卻水流量的充足。

3 改造方案

根據項目方案的分析，增壓泵的揚程選25 m，流量選G×3=300 t/h，根據水泵性能曲線，電機功率選用37 kW，接管尺寸Φ273×7 mm。增壓泵管道設置旁路。

為了合理分配冷卻水量，3臺泵的冷卻水進口處加裝Φ54 mm的節流孔。而考慮到增壓泵故障時，節流孔板布置在原進水管，會使本來就偏小的冷卻水量更小，影響到機組安全。可以作以下設計：在3臺真空泵冷卻器進口管（Φ140×8 mm）加裝DN100 mm的旁路，旁路包括隔離門以及Φ54 mm的節流孔，如圖3所示。

圖3 節流孔及管道布置

真空泵正常采用增壓泵管路運行、冷卻器進口旁路運行。增壓泵故障時，增壓泵旁路運行，冷卻器進口主路運行，恢復到改造前的運行狀態。管道上所有部件包括水泵、管道、閥門以及節流孔等材料均選用316L。

4 結語

3#，4#機真空泵冷卻水系統增加增壓泵與節流孔等設備及管道改造，費用大約每臺機組10萬元人民幣。改造思路簡單，費用低，通過加裝管道增壓泵可保證真空泵冷卻器在運行中足夠的冷卻水量，保證換熱管的換熱系數和熱交換量，真空泵的抽真空能力得到有效提高，可降低機組煤耗；同時減少真空泵冷卻器清理的頻率，可減少設備損耗及人工成本的支出，設備運行可靠性更高，具有非常優良的經濟效益，適合在沿海真空系統的行業中進行全面實施和推廣。