水环真空泵加装大气喷射器的应用与分析

水环真空泵加装大气喷射器的应用与分析苑鹏（云南大唐国际红河发电有限责任公司，云南开远661600）摘要真空泵发生汽蚀会造成设备损坏，可靠性降低，机组运行时会出现极限抽吸能力不足等问题。大气喷射器的作用是利用大气压相对于真空泵的压差，产生空气射流，在喷射器内获得比真空泵更低的抽吸压力，从而提高真空泵的极限抽吸压力，防止真空泵汽蚀，消除噪音和振动，起到保护真空泵的作用，同时也能保证机组真空系统安全稳定运行。关键词水环真空泵汽蚀大气喷射器真空1前言云南大唐国际红河发电公司一期2x300MW机组的真空系统均配置广东佛山泵业生产的2BW4353-0EK4型水环真空泵，该型号水环式真空泵是佛山泵业引进德国西门子技术，全套生产的国产设备，该泵的特点是抽吸能力较强，运行经济可靠。机组启动时两台泵同时运行，正常运行时，一台运行，一台备用。最低吸入压力（极限真空度）：3300Pa，抽吸能力≥54kg/h(入口压力3.4kPa，冷却水温15℃时)。两台机组投产以来，随设备运行时间增加，真空泵汽蚀造成设备的可靠性降低，以及电厂对真空系统完善的要求，提高机组经济性、可靠性，所以对#1机组的真空泵进行改造。如何消除真空泵汽蚀，目前广泛采取的做法有：降低真空泵工作水温度、降低真空泵入口抽气温度、以及在真空泵加装大气喷射器等。采用降低工作水温的方案，只需有冷却水源（如湖、河水），此类改造条件比较简单，但受到环境限制，我厂并不具备这种冷却水源，经系统内多家电厂调研，决定采用真空泵加装大气喷射器的方案。由于此次改造在云南省内火力发电厂中尚属首次，希望能给其他兄弟电厂提供一些借鉴和参考。2改造前运行情况工作原理：水环真空泵叶轮是偏心安装的，在泵体中装有适量的工作液（电厂一般采用凝结水）。运行时，由于离心力的作用，水形成了一个泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。它的最突出特点就是吸入量大，但是在真空泵正常运行时，一种情况随着负荷变化，尤其是在机组高真空情况下（冬季、低负荷），真空泵入口吸入压力接近极限抽吸的情况下，真空泵内汽蚀加剧，另一种情况，夏季机组高负荷运行，真空泵工作水温过高，导致真空泵内发生汽蚀，做功能力下降，又使得凝汽器真空降低，影响机组经济性。运行中不但会发出很大的噪音并对转子、叶轮产生很大的应力，最终导致叶片出现裂纹，甚至断裂。如下图。这种情况在两台机4台真空泵转子上都出现过，运行中真空泵产生相当大的噪音，我们在检修中也做了一些如将泵壳旋转一定角度等工作，但效果不明显，强噪音依然存在，转子依然出现裂纹，当然也不排除转子设计及选材方面的问题，但汽蚀对转子、叶轮造成的破坏在所难免。3大气喷射器的应用通过本次改造，我们的最终目的是降低泵的负荷，提高真空泵内压力，有效的保护泵体部件，延长真空泵的使用寿命，保证机组稳定运行。改造方案描述本次对1#机组真空泵增加喷射装置，进行试验，如果效果良好则推广到其它机组。喷射装置为一个喷嘴和扩压管组合装置，动力气源采用原真空泵出口气流。在初始低真空启动时，喷射器先不投入，待真空达到15KPAa（-75KPa）左右时，喷射器投入工作，系统的程序控制做入DCS中。1、技术改造依据的工作原理：大气喷射器是通过从排气侧（汽水分离箱）引入90KPa左右的汽流，通过喷嘴加速形成高速气流，来带动吸入口内的气体一起从吸气支管进入泵内，从而提升泵内的吸入压力减轻泵的汽蚀，达到稳定运行的目的。一般来说，加装了喷射器后可以将凝汽器真空泵内真空P1由1.0－8.0KPa提升至9.0－15KPa，从而大大消除汽蚀，降低噪音，提高整机在1.0－8.0KPa下的吸气量，2、加装大气喷射器真空泵的逻辑程序：(1)泵启动前要求气动阀16a、19a关闭，16b处于开启状态。(2)泵启动后，当入口压差ΔP（16a气动阀前后1、2测点）达到20mbar（2点绝对压力－1点绝对压力≥20mbar）时，16a气动阀开启,其它两门维持原状。(3)当入口绝对压力P1低于（60－80mmbar）时（相对值：－84KPa，当地大气压以90KPa计算）16b关闭，同时打开19a气动阀，16a维持原开状态。(4)泵在正常停运时，16a先关闭后，才允许停泵（联锁状态下控制，不允许CRT手操）。(5)16a、16b是气开门（即220VAC通电供气开门，220VAC断电，断气关门）；19a气关门（即220VAC通电供气关门，220VAC断电，断气开门）。附图：进汽管泵进汽管250法兰联接部位大气喷射管（组件）直管段108焊接部位194测点13测点22测点161测点16注：1与2测点阀入口差压压力表机械部分的改动主要是将原来真空泵组的进气三通拆除,装上喷射器组件。由于泵组进气管路长度比原来增加了700～800mm，因此原来系统上用户接管、用户闸阀（手动阀）相对应需要移开700～800mm长度。3、真空泵增加喷射器的技术要求：改造后将泵入口真空由原先4.0～8.0KPa提升至9.0～15.0KPa（绝对压力），从而大大消除泵内的汽蚀现象。4、注意事项：在大气喷射器安装过程中，由于对进气管路割除700mm左右，使原设计入口管滤网位置前移，如果焊接不牢或管内杂质清理不彻底，会造成入口管路堵塞及入口气动蝶阀（16a）卡涩、开关不灵。在整套系统试运前，要先确定各气动蝶阀开关状态是否正确，以免影响大气喷射器投入后数据采集及判断。气动蝶阀（16a）前压力测点，则应根据各厂情况布置，由于气动蝶阀不严，会造成低真空报警，联启备用泵。建议压力测点取在真空泵入口闸阀前（母管上）。气温较低时，在大气喷射器内会出现水冲击现象，这是由于从凝汽器中抽出的蒸汽在此处遇冷凝结，形成水滴。喷射器运行时，现场会听到撞击声（间隔时间很长），该问题不会影响机组安全运行。上海外高桥电厂改造中同样出现过此类状况，在对大气喷射器加装电阻丝加热后，成功解决了水冲击问题。4改造后的数据比较真空泵加装喷射器后，保持系统真空，但通过真空泵的气体是系统进气和驱动气体（从分离器里引入的大气），混合气进入真空泵后降低了真空泵的运行真空，从而消除了气蚀、振动和噪音。通过现场噪音测试，噪音从改造前的97db减小到改造后的84db，符合要求。另一方面，真空泵在没加装喷射器前运行真空与系统真空接近5KPA，比装喷射器后的泵内真空13KPA左右要高，真空泵在13KPA时轴功率比5KPA时要高，故造成电流增加！喷射器三通接管（增加）接管喷射器P380（增加）压力开关(47a)（增加）气动蝶阀(16b)DN250（增加）气动蝶阀(19a)（增加）DN80从上图中可以看出，喷射器投用后，真空泵电流增加，在负荷平稳的情况下，系统真空无明显变化。现场通过DCS采集数据进行对比：负荷(MW)电流(A)真空(-KPa)振动（mm）噪音(db)大气喷射器投用前22519678.410.01595大气喷射器投用后22522378.570.0184通过历史同期数据对比，以300MW和150MW负荷为例：负荷(MW)电流(A)真空(-KPa)振动（mm）噪音(db)改造前30019678.510.0297改造后30022478.90.0184负荷(MW)电流(A)真空(-KPa)振动（mm）噪音(db)改造前15019779.520.0294改造后15022480.10.01584注：数据采集取相同负荷、循环水温、环境温度（略有误差）由上表中可以看出，改造后机组真空略有提升，提升0.5KPa左右，但考虑到机组检修后对真空系统查漏修复，可以忽略不计。电流由197A提高到224A，提高幅度13%左右，厂用电略有增加。但汽蚀减小使得真空泵组整体寿命提高，大大降低了备件的更换（更换一个转子叶轮需要十几万元），另外噪音和振动问题都得到了解决，特别是噪音消除明显，噪音已控制在合格范围。热工仪表的振动损坏也随之降低，设备可靠性得到保障，人力物力的减少都得到体现，总体对比来说经济性还是相当可观。说明：目前国内已有两家企业武汉威龙泵业和佛山泵业从德国西门子引进了全套生产技术，此次改造由武汉威龙泵业承担，使用的大气喷射器为原装德国进口，但投用后，真空无明显变化，达不到设计初真空提高1Kpa的要求，武汉威龙泵业在大唐托克托电厂大气喷射器改造使用情况较好，真空泵为德国纳西姆生产（进口设备），大气喷射器投用后真空提高1Kpa。5结束语增加大气喷射器后，对机组的真空没有明显的改善，反而电流却提高了，但改造后真空泵汽蚀和噪音问题得到了解决，提高真空泵寿命，可靠性得到大大提高，振动减小使热工仪表损坏降低，检修人力降低、备件减少，体现出加装大气喷射器的经济性。参考文献[1]赵劲松，顾崇廉，荆晶.水环真空泵最大工作水温的确定方法[J].2010，39（1），21-24.[2]武汉威龙泵业.水环真空泵改装喷射器说明书.