熱電廠凝結水泵機械密封水系統改進分析

朱良君，龍顏長，馬聰，王勇，于鵬峰，李國敏

（1.華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.華電國際電力股份有限公司天津開發區分公司，天津 300450）

水泵中運用密封技術需保證動環固定泵軸與靜環固定泵殼之間有著緊密的連接，運用機械密封技術能夠實現對斷面的有效密封，離心泵機械密封通常由墊片、壓蓋、靜環密封圈、靜環、動環、動環密封圈、推環、彈簧元件以及傳動座組成。密封系統中彈簧作為主要元件構成的則是緩沖補償機構，以靜環密封圈以及動環密封圈為主要元件構成的則是輔助密封圈，輔助密封圈的主要作用就是進行輔助密封，動環密封圈則可以有效防止介質因為動環軸的作用而發生泄漏。離心泵機械密封可以有效發揮密封作用，避免泄漏介質。機械密封技術其次核心的技術原理是在平面貼附一層液體薄油，對流體壓力進行做工，實現動靜壓力的有效平衡。天津南港熱電項目擬建設3×350MW級超臨界循環流化床燃煤鍋爐+3×CCB170-24.2/5.0/1.8/0.15雙抽背壓機，機組發電容量510MW，凝結水泵采用某水泵廠制造的NLO 350-400×i型筒袋型立式多級離心泵，按凝結水量2×110%配置，凝結水泵用于將凝汽器內的凝結水及機組補水送至低壓除氧器，同時向汽輪機三級減壓減溫器及其他減溫器提供減溫水，凝結水還向電動給水泵、汽動給水泵前置泵的密封水。因此，凝結水泵的高效穩定運行將成為本項目機組凝結水系統及給水系統的穩定提供了良好的保障，在進行凝結水系統調試過程中，發現現階段凝結水泵機械密封水、軸承冷卻水系統有一定的缺陷。本文提出對凝結水泵機封密封水的改進方案，在保證設備安全穩定運行的前提下，提高設備系統的自動化水平，保障凝結水泵的安全經濟運行，并提高設備穩定性。

1 凝結水泵設備系統描述

1.1 凝結水泵參數

該機組凝泵為立式雙層殼體結構，單基礎安裝，NLO 350-400×i型筒袋型立式多級離心泵，泵首級葉輪前加置誘導輪，雙吸結構，軸向導葉，水泵內部葉輪結構如圖1所示。水泵吸入口位于泵體基礎下，水泵出口在泵體基礎上，水泵具有良好的汽蝕性能。凝結水泵設計流量為838t/h，揚程130m，效率為83.2%，轉速1480r/min，軸功率357.3kW，必需汽蝕余量≤3.2m。

圖1 水泵內部葉輪結構圖

1.2 機封密封水及沖洗水布置

該凝結水泵采用集裝式單端面機械密封，機封與機封函體連接，需接沖洗水，沖洗水與機封密封水為同一水源，水源可以外接冷卻水，也可以從泵出水母管引出。凝結水泵首次啟動前密封水采用除鹽水，由化水系統除鹽水來，凝結水泵啟動后，密封水采用水泵出口母管供水，密封水由泵本體回收，密封水水壓0.3MPa，密封水量需保證在啟泵前機封出口有液體呈滴狀流出。沖洗水進水壓力為0.25～0.4MPa，外供水水量為0.6～1.0m3/h，溫度小于38℃，出水應保證其回水壓力在0.1～0.2MPa。水泵軸承冷卻水為閉式水系統來，啟動前需先打開軸承冷卻水閥門，保障軸承冷卻水管路是否暢通，凝結水泵機封水、沖洗水及冷卻水參數見表1。

表1 凝結水泵機封水、沖洗水及冷卻水參數

機封結構如圖2所示，主要包括軸套1、靜環2、動環3，其中動環3和靜環2的軸向接觸面，經高精度研磨后，在密封部件中彈簧的作用下，保證了嚴密的軸向密封，極小的摩擦面間隙節流作用使液體的泄漏減少到很少的程度，保證泵輸送效率、摩擦面的潤滑和冷卻。圖中F為沖洗水進口，F，為沖洗水出口，Q為機封密封水進口。

圖2 凝結水泵機封水、沖洗水結構圖

2 調試過程中發現的問題

凝結水泵機封水系統示意圖如圖3所示，在該系統中，共兩路密封水源，在啟動凝結水泵初期，由除鹽水實現密封與沖洗，0.5～0.6MPa除鹽水自除鹽水系統來，通過控制調節閥5b、5c的大小控制沖洗水壓力，將啟泵前壓力控制在0.25～0.40MPa，通過控制調節閥5a的大小控制進入機封密封水量，開至機封處有密封水溢出即可。當啟動凝結水泵之后，待凝結水泵出口壓力增加至大于除鹽水壓力后，打開截止閥1b，關閉截止閥1a，切換至凝結水出口自密封。

圖3 凝結水機封水系統示意圖

在調試過程中發現，當密封水由除鹽水切換至凝結水泵出口水源時，需運行人員到就地進行切換，并同時對調節閥的開度進行調整，使得密封水壓力維持在0.25～0.40MPa。但隨著機組負荷的變化，凝結水泵轉速將作同步變化，凝結水出口壓力同時會隨著轉速的提高而呈現上升趨勢，密封水壓力及流量也隨之提高，偏離設計工況下的壓力運行，將會對機封系統產生一定的損壞。此時，若需調整機封壓力，運維人員需至就地進行手動操作調節閥，凝結水出力隨著機組負荷的變化而變化，此密封水系統無法實現自動調整，大大增加了生產運行人員的工作量及設備運行的風險性。

3 改進方案

3.1 方案一：增加自力式壓力調節閥

此凝結水系統中，機封沖洗水和機封密封水來源不同，設置兩路水源的主要目的是保證設備運行及停機各階段沖洗水可切換并在停機后停用，密封水不中斷，并控制水壓及水量。在該機封系統中，沖洗水接入機封動環與靜環結合面，密封水接入靜環底部密封腔，當沖洗水不中斷時，沖洗水也能實現機封密封功能。為簡化管路，當沖洗水連續不斷提供時，可切斷密封水管路，避免密封管路長期漏水。針對本凝結水泵機封系統提出如下改進方案，為解決凝結水泵轉速變化造成的凝結水出口壓力變化，導致密封水流量壓力不穩定的現象，擬將凝結水路節流孔板改為自力式壓力調節閥，調節閥實現閥后壓力控制，通過調整自力式壓力閥彈簧開度，將閥后壓力穩定控制在0.3～0.4MPa，可大大提高機封水壓力的穩定性。改造后的機封水系統如圖4所示，同時，在系統機封水管路中增加壓力開關，當密封水壓力低于0.25MPa時低壓報警，壓力高于0.4MPa時高壓報警。此方案中，主要是更換自力式壓力調節閥，改造方便，機械式壓力調節閥裝卸簡便，價格便宜，調整方便，可作為此凝結水系統改造的首選方案。

圖4 增加自力式壓力調節閥改造后凝結水機封水系統示意圖

3.2 方案二：增加電磁閥及壓力變送器

此凝結水泵密封水系統關鍵問題為凝結水泵轉速變化造成的凝結水出口壓力變化，導致密封水流量壓力不穩定的現象，另一種解決方案是將節流孔板更換成電磁驅動閥，如圖5所示，同時增加壓力變送器，在電磁閥與壓力變送器之間實現邏輯聯鎖控制，當密封水壓力較高時，電磁閥接受壓力信號向下降低開度降低壓力，當密封水壓力較低時增加開度提高密封水壓力，將密封水壓力控制在比較穩定的范圍內。此方案改造可以大大增加密封水系統壓力的穩定性，但由于電磁閥及壓力變送器之間的聯鎖，此項改造費用將會較高。

圖5 增加電磁閥及壓力變送器后凝結水機封水系統示意圖

3.3 方案三：增加電磁閥及氣動三通切換閥

在方案二的基礎上，為進一步實現自動密封水自動切換，增加氣動三通切換閥，如圖6所示，通過氣動閥兩端的壓力值實現三通閥的自動切換，氣動閥切換可實現快速切換，無擾切換，當啟動凝結水泵后，當凝結水泵轉速達到三通閥切換壓力時實現三通閥自動切換，有效保證了系統密封水壓力的穩定。但此方案對管路系統的改動較大，同時增加的設備更多，改造費用更高。

圖6 增加電磁閥及氣動三通切換閥凝結水機封水系統示意圖

4 結語

針對在調試過程中發現的密封水系統管道系統的缺陷進行分析，提出三種基于密封水系統改造的方案，可有效保障設備安全經濟運行，并提高檢修維護的可操作性，進一步提高了設備系統自動化水平，保障了凝結水泵的安全經濟運行，大大減輕了人工操作負擔。