習 鵬

(中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部，200540)

真空泵是一種性能優(yōu)越的抽氣設備，具有抽氣量大，汽水、工質(zhì)損失少，安全可靠和自動化程度高等優(yōu)點。根據(jù)中國石油化工集團公司凝汽器達標治理項目的要求，中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部1#熱電聯(lián)合裝置(以下簡稱1#裝置)的2#機組凝汽器抽氣設備由原射水抽氣器改造為2BW4－253型水環(huán)式真空泵成套裝置(以下簡稱“真空泵”)，功率75 kW，轉速740 r/min。改造完成后，2#機組真空泵運行穩(wěn)定，機組啟動時間顯著縮短，耗電量降低，工業(yè)水用量明顯減少，凝汽器真空壓力達到了預期的改造效果。但是機組在特殊工況下會出現(xiàn)真空壓力波動的現(xiàn)象，例如夏季氣溫較高時機組真空壓力較改造前低，影響了機組的安全運行。

1 2#機組運行過程中存在的問題

1.1 夏季真空壓力偏低

真空泵依靠容積的變化來達到吸氣和排氣的目的。凝汽器中的氣汽混合物經(jīng)過真空泵的抽吸進入氣水分離器。分離出來的氣體排入大氣，分離出來的水與補充水一同進入板式換熱器進行冷卻。水分為2路:一路經(jīng)噴嘴噴入水環(huán)泵入口，冷卻凝汽器來的氣汽混合物，以提高真空泵的抽吸能力［1］;另一路直接進入真空泵作為工作水，維持真空泵的水環(huán)和水環(huán)的溫度。

2011年11月，2#機組真空泵改造完成，在隨后的冬季和2012年的春季，2#機組凝汽器真空壓力總體較往年當季有所改善，基本達到改造目的。但是，進入2012年夏季后，2#機組凝汽器真空壓力逐步下降，并且比往年夏季低。該現(xiàn)象一直持續(xù)到同年秋季，外界環(huán)境轉冷后，凝汽器真空壓力逐漸上升，同比優(yōu)于往年秋季水平。改造前后2#機組真空壓力變化見表1。

表1 改造前后2#機組真空壓力對比

1.2 真空壓力發(fā)生波動

真空泵冷卻水系統(tǒng)改造后，機組的真空壓力在特殊工況下曾出現(xiàn)過幾次異常波動。以近期發(fā)生的一次為例:2013年3月18日，2#機組低壓供熱抽汽量由120 t/h增加至150 t/h后，凝汽器真空壓力開始在－97.0～－95.49 kPa范圍內(nèi)波動。

2 2#機組真空壓力偏低及波動的原因分析

影響機組凝汽器真空壓力的因素眾多且復雜，機組軸封汽、循環(huán)水、凝汽器水位、抽真空設備的異常，凝汽器鈦管臟污及真空系統(tǒng)的不嚴密均會導致機組真空壓力出現(xiàn)異常。根據(jù)對運行日志、運行日報、月報及歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查，可以排除軸封汽中斷或不足、循環(huán)水中斷或不足、凝汽器水位過高過低等因素;對2#機組凝汽器進行分組清洗，發(fā)現(xiàn)機組真空壓力在凝汽器清洗后也沒有得到提高，因此凝汽器鈦管潔凈程度的影響也可以排除;最后，對2#機組真空系統(tǒng)嚴密性及真空泵的運行情況進行試驗及分析。

2.1 真空系統(tǒng)嚴密性對機組真空壓力的影響

機組真空系統(tǒng)的嚴密性對凝汽器真空起到?jīng)Q定性影響，通常采用真空嚴密性試驗來檢驗機組真空系統(tǒng)的泄漏情況。2#機組改造前后分別進行了數(shù)次真空嚴密性試驗，結果如表2所示。

表2 改造前后2號機組真空嚴密性試驗數(shù)據(jù)對比

對表2的數(shù)據(jù)進行對比后發(fā)現(xiàn):2#機組在凝汽器達標改造后，其真空系統(tǒng)的嚴密性與改造前相比并無明顯差異，并非造成凝汽器真空壓力偏低及波動的關鍵因素。

2.2 真空泵性工作水溫度的影響

2.2.1 工作水溫度對真空泵性能的影響

真空泵的性能與被抽吸氣體的狀態(tài)、工作水的溫度及性質(zhì)有關。在其他條件不變的情況下，工作水的溫度升高，對應的飽和蒸氣壓力升高，抽氣量減少，使得真空泵抽吸空氣量減少［2］。將真空泵工作水溫度所對應的飽和蒸氣壓力視為真空泵當前運行條件下的“極限抽吸壓力”，與標準大氣壓(取101 kPa)相減后得出真空泵當前運行條件下的“極限抽吸真空壓力”。例如，真空泵工作水溫度在35.5℃時，對應的汽化壓力為5.8 kPa，可以認為這就是真空泵在當時運行條件下的“極限抽吸真空壓力”，因此該條件下的“極限抽吸真空壓力”為－95.2 kPa。

2.2.2 夏季真空泵工作水溫度對凝汽器真空壓力的制約

2#機組真空泵板式換熱器的冷卻水源設計為工業(yè)水，為來自冷卻塔的閉式循環(huán)水。當工業(yè)水溫度較低時，冷卻效果較好，能使真空泵工作水溫度降低，真空泵的抽吸能力增強，真空泵的“極限抽吸真空壓力”提高。

當夏季工業(yè)水溫度較高時，對工作水的冷卻達不到設計效果，導致真空泵工作水溫度升高，其“極限抽吸真空壓力”下降。而機組凝汽器的高度真空是由真空泵來維持的，機組的真空壓力必然低于真空泵的“極限抽吸真空壓力”。在此情況下，真空泵工作水溫度偏高將對機組的凝汽器真空壓力的提高形成制約。

經(jīng)調(diào)查，該板式換熱器的傳熱端差小于3 K，能夠保證工作水出口與工業(yè)水入口的溫差不超過3 K。但由于夏季工業(yè)水溫度達到35℃，因此被其冷卻的工作水溫度最低也只能達到38℃，再加上真空泵旋轉的耗功以及凝汽器內(nèi)抽氣混合物所傳遞的熱量，工作水溫度甚至達到45℃，而工作水溫度在33℃以下時真空泵才能達到其額定出力，因此工作水溫度過高必然導致真空泵的抽吸能力嚴重下降，空氣在凝汽器內(nèi)積聚，使凝汽器的真空下降。例如，當工作水溫達到42℃時，真空泵的“極限抽吸真空壓力”為－93.1 kPa，機組凝汽器真空壓力必然低于該數(shù)值，機組的效率將受到嚴重影響。

2.2.3 真空泵工作水溫度過高導致機組凝汽器真空壓力的波動

如果真空泵內(nèi)的工作水溫度始終低于凝汽器排氣溫度，真空泵的“極限抽吸真空壓力”就不會對凝汽器真空壓力的提高形成制約。但是機組在“低負荷、高抽汽運行”這樣的特殊工況下則很容易出現(xiàn)真空泵的“極限抽吸真空壓力”低于凝汽器真空壓力的情況。如果工作水溫度得不到改善，將影響機組凝汽器真空的形成，造成真空壓力波動。

對2#機組2012年3月18日21時的集散控制系統(tǒng)(DCS)歷史數(shù)據(jù)進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn):2#機組抽汽流量增加后，凝汽器的真空壓力升高至－96.84 kPa，排氣溫度降低至27.75℃。此時真空泵的工作水進水溫度在22℃，而泵內(nèi)工作水的實際溫度將更高，在30℃左右。真空泵內(nèi)工作水的實際溫度高于機組排氣溫度，真空泵的“極限抽吸真空壓力”就會低于機組凝汽器真空壓力。不凝結的氣體在凝汽器內(nèi)聚集，導致機組真空壓力下降，排氣溫度升高。當排氣溫度超過真空泵內(nèi)工作水溫度時，真空泵有能力將凝汽器內(nèi)不凝結氣體抽出，機組真空壓力升高，排氣溫度降低。如此往復直至穩(wěn)定，形成了機組凝汽器真空壓力的波動。

綜上所述，2#機組真空泵工作水溫度偏高是導致其凝汽器真空壓力偏低及波動的關鍵因素。要解決這一問題，必須降低真空泵工作水的溫度。而降低真空泵工作水溫度的方法有多種，需根據(jù)現(xiàn)場設備條件和布置選取更為合理的方式［3］。

3 真空泵冷卻水系統(tǒng)改造與維護建議

根據(jù)現(xiàn)有設備及資源，增設中央空調(diào)冷凍水作為冷卻水源、定期清洗板式換熱器以確保換熱效果這2項措施較為可行。

3.1 增設空調(diào)冷凍水為真空泵冷卻水源

1#裝置汽機主廠房內(nèi)安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)，主機采用上海一冷開利空調(diào)設備有限公司生產(chǎn)的螺桿式水冷冷水機組，型號為30HXC200A，制冷量為2.5×106J/h，冷凍水流量為120 m3/h，冷凍水出水溫度在7～12℃范圍內(nèi)可調(diào)，出水壓力為0.4 MPa。

1#裝置進行 DCS、數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)改造后，原控制室已改造為電子室，中央空調(diào)現(xiàn)僅供夏季設備降溫使用，用量較小。為了降低真空泵工作水溫，提高其工作效率，從中央空調(diào)冷凍機組冷凍水進、出水管路引冷凍水至真空泵板式換熱器供其使用，從而降低真空泵工作水溫度從而提高機組凝汽器真空壓力(詳見圖1)。

圖1 真空泵板式換熱器冷凍水管道布置情況

經(jīng)測量，板式換熱器工業(yè)水側入口管外徑為47 mm，壁厚為3 mm。廠內(nèi)工業(yè)水流速估算值為2～3 m/s，此處選中間值2.5 m/s，那么板式換熱器工業(yè)水側流量Q為:

式中，V為工業(yè)水流速，m/s;S為工業(yè)水管道橫截面積，m2;R為工業(yè)水管道內(nèi)半徑，m;D為工業(yè)水管道外徑，m;d為工業(yè)水管道壁厚，m。

根據(jù)上式，板式換熱器每小時工業(yè)水用量為:

假定夏季工業(yè)水的溫度為35℃，經(jīng)過如圖1所示的改造后，每小時將6 t溫度為7℃的空調(diào)冷凍水注入板式換熱器工業(yè)水側，則經(jīng)混合后的冷卻水溫度T為:

板式換熱器能保證工作水出口與工業(yè)水入口的溫差不超過3 K，在上述情況下可保證真空泵出口工作水溫度在24℃左右。據(jù)估計，真空泵內(nèi)實際工作水溫約為30℃，對應的飽和壓力為4.2 kPa，換算成真空壓力為 －96.8 kPa(標準大氣壓)。

預計經(jīng)過上述改造，在夏季(7、8月份)的相同工況下，可將2#機組真空壓力提升2 kPa左右。

3.2 定期清洗板式換熱器

板式換熱器換熱效率較高，但由于板與板之間的間隙較小，一旦結垢，將堵塞間隙，嚴重影響其換熱效果。因此，建議有關單位制定措施，定期對板式換熱器進行清洗、以維持其換熱效率。

4 結語

凝汽器真空壓力是汽輪機組重要的經(jīng)濟指標之一。據(jù)計算，機組真空壓力每提高1 kPa，每噸排氣可多發(fā)電2.5 kWh。如果按上述建議對2#機組真空泵冷卻水系統(tǒng)進行改造，能有效改善夏季機組凝汽器真空壓力偏低及真空壓力在特殊工況下波動的異常情況，還能優(yōu)化真空泵內(nèi)的工作環(huán)境，提高凝汽器真空壓力，保證機組的安全、經(jīng)濟運行。

［1］馬巖昕.水環(huán)真空泵工作液冷卻器冷卻水系統(tǒng)的改造［J］.黑龍江電力，2012(8):310－311.

［2］周蘭欣.水環(huán)式真空泵工作水溫度過高對機組真空的影響及應對措施［J］.電力建設，2010(12):98－100.

［3］李瓊.工作水溫度對真空泵影響的分析及試驗研究［J］.電站系統(tǒng)工程，2012(5):53－54.