聯合循環發電機組真空泵節能改造及邏輯優化

陳鴻燊

（福建晉江天然氣發電有限公司，福建晉江 362251）

1 設備現狀及運行概況

目前某公司每臺S109FA燃氣—蒸汽聯合循環發電機組配置2臺佶締納士公司生產的雙級水環式真空泵，真空泵型號為TC-11，抽空氣流量31.62 kg/h，吸氣壓力3.386 kPa，出口壓力3000 kPa，轉速490 r/min，輸出功率110 kW，密封水為凝結水。真空泵還配置有2個列管式換熱器，換熱面積12 m2，管程用海水、殼程用凝結水作為工作介質。

現有真空泵組機組啟動階段要求在30 min內必須達到要求真空值，所以在啟機階段2臺真空泵均投入運行。機組真空值達標且機組運行平穩時，保持1臺真空泵運行，維持真空。

2 真空泵組節能改造技術及內容

（1）在原有真空泵組真空系統中以并聯方式增1套三葉氣冷羅茨真空泵，外形尺寸約，占地面積約4 m3，布置在汽機廠房零米層原水環真空泵旁。

（2）發電機組運行正常、真空穩定情況下，將三葉氣冷羅茨真空泵投入運行、用以維持真空，原有抽真空設備停機并做備用。

（3）當機組真空系統發生嚴重泄漏三葉氣冷羅茨真空泵不能維持凝汽器真空時（或者三葉氣冷羅茨真空泵）將原有抽真空設備其中1臺或2臺投入運行以滿足真空要求。

圖1 原真空泵組連鎖邏輯示意

（4）改造后機組正常運行時主要以三葉氣冷羅茨真空機組維持真空，均為“一運二備”運行方式，設備之間有可靠的聯鎖控制系統，改造后機組真空系統的安全性不會降低。

3 真空泵組節能改造經濟性分析

經數據統計分析，原水環真空泵單泵運行時平均電流約200 A，運用三葉氣冷羅茨真空機組（選型基本參數：凝汽器抽真空室容積830 m3，真空嚴密性200 Pa/min），單套設備平均運行電流約為30 A。考慮到燃氣機組目前的實際情況及遠景規劃，年運行時間按2000 h計算，改造后可節省電量保守有，與原泵運行工況相比節電率為80%，節能效果顯著。按0.54元人民幣上網電價計算，年增加經濟效益190 4000.54≈10.2萬元人民幣，并且機組年運行時間越長取得的經濟效益越大。同時，由于原水環真空泵的固有特性決定了其高維護成本，改造后原水環真空泵在穩定運行階段均作為備用泵，可大幅降低其運維成本，間接取得一定經濟效益。

4 真空泵組節能改造可靠性分析

（1）三葉氣冷羅茨真空泵組設備是由三葉氣冷羅茨真空泵與小型水環真空泵串聯而成的真空泵組，可以承受高壓差、高壓縮比的可在較寬壓力范圍內運行，應用該泵組后相當于提高了水環真空泵的入口壓力，有利于機組運行安全。

（2）夏季高溫時，原水環真空泵性能、出力急劇下降，導致凝汽器真空下降，造成機組運行經濟性變差，改造后的三葉氣冷羅茨真空泵組抽氣效率相比于水環泵效果明顯提高，真空也更加穩定，在夏季高溫惡劣工況時性能優于原泵組。

（3）改造后機組正常運行時主要以三葉氣冷羅茨真空機組維持真空，為“一運二備”運行方式，設備之間有可靠的聯鎖控制系統，且新泵組以并聯方式加入，改造后機組真空系統的安全性不會降低。

（4）原真空泵組的設計主要用于汽輪機啟動初期的快速建立真空，要求在30 min內達到機組啟動要求，但實際正常運行中，大水環真空泵的抽氣量遠大于凝汽器真空所需抽氣量。因此，在正常運行的維持真空階段，通過以小代大的方式，可以在達到節能目的的同時滿足機組運行需要。

5 真空泵節能改造邏輯設計探討

原真空泵組主要邏輯分析：真空泵B運行中跳閘，邏輯自動聯啟真空泵A；真空泵B在運行狀態且凝汽器真空低于設定值時，邏輯自動聯啟真空泵（圖1）。

改造后真空泵組主要邏輯分析說明如下：

（1）改造后在DCS真空泵組畫面顯示三葉氣冷羅茨真空泵組（C泵）運行狀態，添加三葉氣冷羅茨真空泵組操作面板。

（2）機組啟動階段仍投入原有真空泵組A泵、B泵同時運行，以迅速建立真空環境，滿足工況要求。

（3）機組運行穩定、真空維持平穩時，由運行人員手動投入C泵，待C泵運行正常后停運原有真空泵組，并將原有真空A泵、真空B泵投入備用狀態。

（4）當C泵檢修或故障時仍以原有真空泵組運行，原泵組邏輯聯鎖及定值并未變動、可靠性不變。

（6）當機組以C泵為主運時原泵組A泵、B泵均為備用泵，即當轉速且A、B、C泵均不在合閘位置時優先自動聯啟A泵，10 s內A泵未合閘則自動聯啟B泵。

（7）機組以小泵為主運時原泵組A泵、B泵均為備用泵，當無法維持真空，凝汽器壓力>10 kPa時優先自動聯啟A泵，10 s內凝汽器壓力仍大于10 kPa則自動聯啟B泵。

（8）凝汽器真空C氣水分離器液位低自動開補水電磁閥，液位低信號復位自動關補水電磁閥；C泵入口閥前差壓高且C泵合閘自動開入口氣動門，C泵分閘自動關入口氣動門（圖2）。

圖2 改造后真空泵組連鎖邏輯示意