胡中強(qiáng)

（中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230022）

600MW機(jī)組凝結(jié)水泵多次發(fā)生汽蝕的原因分析

胡中強(qiáng)

（中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230022）

分析了某型600MW機(jī)組凝結(jié)水泵多次發(fā)生汽蝕的原因，解析了凝結(jié)水泵汽蝕的機(jī)理，找到了觸發(fā)汽蝕的誘因。根據(jù)水泵的布置情況，改善了系統(tǒng)管道的隔離狀況，采取了清除入口障礙物及提高凝汽器液位高度等措施，避免水泵再次發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

機(jī)組；凝結(jié)水泵；汽蝕；沿程阻力；汽蝕；余量；誘因；分析

0 概 述

水泵運(yùn)行中，若其過(guò)流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處），因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對(duì)壓力下降到當(dāng)時(shí)溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便在該處開始汽化，形成氣泡。這些氣泡隨液體向前流動(dòng)，至某高壓處時(shí)，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急驟地縮小以至破裂，這就是泵的汽蝕現(xiàn)象。當(dāng)泵發(fā)生汽蝕后，隨著時(shí)間的推移，會(huì)導(dǎo)致泵的出力下降。汽蝕嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使泵體結(jié)構(gòu)受損，直接影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 設(shè)備簡(jiǎn)況

某型機(jī)組的換熱系統(tǒng)中，配置了2臺(tái)凝結(jié)水泵，正常運(yùn)行工況下，1臺(tái)投運(yùn)，1臺(tái)備用。水泵和電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，如表1所示。

2 汽蝕產(chǎn)生的原理及危害

在泵內(nèi)流道中，因某處液體的壓強(qiáng)下降至相應(yīng)的液溫汽化壓強(qiáng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)氣泡。氣泡中主要是蒸汽，因水中溶解有一定數(shù)量的氣體，所以氣泡中除蒸汽外，還夾帶了少量的氣體。當(dāng)氣泡隨著水流通過(guò)相對(duì)高壓區(qū)時(shí)，蒸汽被重新凝結(jié)成水，氣泡逐漸產(chǎn)生變形進(jìn)而破裂。在氣泡破裂的瞬間，高壓水以極高的速度流向這些氣泡原本占有的空間，形成了一個(gè)沖擊力。這種氣泡形成、聚集、增長(zhǎng)直到潰滅的過(guò)程就是汽蝕［1］。

表1凝結(jié)水泵及電機(jī)的相關(guān)參數(shù)

汽蝕發(fā)生后，對(duì)水泵的正常運(yùn)行造成明顯的影響和危害。主要在三個(gè)方面造成了影響，對(duì)流道的材料造成破壞；使泵的運(yùn)行性能下降；導(dǎo)致泵產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪音。

3 凝結(jié)水泵汽蝕的原因

凝結(jié)水泵是在汽輪機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)中長(zhǎng)期運(yùn)行的重要設(shè)備，對(duì)于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵經(jīng)常處于一用一備的狀態(tài)。由于水質(zhì)原因，其入口濾網(wǎng)經(jīng)常需要清理和檢修。凝結(jié)水泵的入口與凝汽器相連，而凝汽器內(nèi)部的清理工作，是每次停機(jī)檢修時(shí)必須進(jìn)行的檢修項(xiàng)目，檢修時(shí)，可能在設(shè)備內(nèi)混入雜物。同時(shí)，由于凝結(jié)水泵的入口壓力比普通水泵低，所以，凝結(jié)水泵較易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。引發(fā)汽蝕的原因主要有幾個(gè)方面。

（1）流動(dòng)介質(zhì)內(nèi)混入空氣

凝結(jié)水泵的入口濾網(wǎng)經(jīng)常需要抽出清洗。清洗濾網(wǎng)時(shí)，如備用水泵入口閥門的密封性較差，會(huì)有部分空氣通過(guò)入口母管被水流帶至運(yùn)行水泵中，當(dāng)混入空氣增加至一定量時(shí)，就會(huì)在運(yùn)行水泵中產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。發(fā)生這種情況后，可打開運(yùn)行水泵的排空氣閥門，排出多余空氣，以減小水泵發(fā)生汽蝕的可能性。

（2）沿程阻力較大

因系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，從凝汽器熱井至凝結(jié)水泵的管道比較粗短，同時(shí)管道上設(shè)計(jì)有入口濾網(wǎng)、入口閥門、入口母管三通、入口母管彎頭等附件，增加了流體的沿程阻力。如果在后期改造中，增加了其它阻力元件，更會(huì)導(dǎo)致沿程阻力的增加，也會(huì)使凝泵的有效汽蝕余量不足而發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

（3）入口濾網(wǎng)堵塞

凝結(jié)水的水質(zhì)相對(duì)較差，由于檢修等原因，設(shè)備內(nèi)會(huì)存在一定量的雜質(zhì)，長(zhǎng)期運(yùn)行后會(huì)堵塞凝結(jié)水泵入口處的濾網(wǎng)。此類故障使入口濾網(wǎng)的差壓發(fā)生變化，可通過(guò)及時(shí)清理，排除故障。

（4）入口閥門閥芯脫落

由于入口閥門的閥芯被流體長(zhǎng)期沖刷，可能會(huì)發(fā)生閥芯移位、開關(guān)不到位甚至脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致入口管道的流體截面積縮小。入口流量的急劇減少，從而引發(fā)水泵的汽蝕現(xiàn)象。

（5）入口管道堵塞

停機(jī)檢修時(shí)，對(duì)凝汽器內(nèi)部的檢修是必不可少的工序之一，可能有部分器具或輔材遺留在凝汽器內(nèi)部，引起凝結(jié)水泵入口管道的堵塞。在凝汽器水室通往熱井入口處，設(shè)置有入口格柵網(wǎng)，一些體積較小的物體會(huì)隨水流進(jìn)入凝結(jié)水泵的入口濾網(wǎng)，如果濾網(wǎng)堵塞會(huì)觸發(fā)濾網(wǎng)差壓高的報(bào)警訊號(hào)，需對(duì)事故水泵進(jìn)行運(yùn)行切除和隔離，并清洗濾網(wǎng)。有時(shí)，也會(huì)有體積較大物體遺留在凝汽器內(nèi)，堵塞了入口柵格網(wǎng)，導(dǎo)致入口母管的流量受限，當(dāng)凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速升高后，水泵有發(fā)生汽蝕的可能性。

4 事故分析及處理

對(duì)凝結(jié)水泵濾網(wǎng)的清洗工作，需在切換運(yùn)行狀態(tài)后進(jìn)行。關(guān)閉待檢修水泵的入口蝶閥，將入口濾網(wǎng)取出，就地清洗。經(jīng)多次清洗濾網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)，每次都是在清洗不久后，水泵的運(yùn)行狀態(tài)開始逐漸發(fā)生劣化，其電流由正常運(yùn)行中的74A逐漸下降并呈波動(dòng)狀態(tài)，凝結(jié)水母管壓力和凝結(jié)水流量也逐漸開始波動(dòng)，且波動(dòng)值越來(lái)越大。約30min后，凝結(jié)水泵的運(yùn)行噪音也明顯增大，此時(shí)，水泵的振動(dòng)增大。嚴(yán)重影響了機(jī)組的正常運(yùn)行。此時(shí)判斷，凝結(jié)水泵已發(fā)生了明顯的汽蝕現(xiàn)象。

由于汽蝕現(xiàn)象是在切換水泵運(yùn)行狀態(tài)后發(fā)生的，經(jīng)排查，排除了人為操作失誤的可能性，因此，汽蝕可能是正在檢修的凝結(jié)水泵引發(fā)的。在檢修水泵工作完成后，將其投入運(yùn)行的初期，并未發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。運(yùn)行之前，水泵已排出了少量空氣，據(jù)此判斷，水泵發(fā)生汽蝕的原因，是運(yùn)行流體中又混入了空氣。調(diào)取以往運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該類現(xiàn)象已數(shù)次發(fā)生，均出現(xiàn)在隔離了凝結(jié)水泵并清洗濾網(wǎng)的作業(yè)過(guò)程中，故判斷該汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)與凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)的清洗檢修作業(yè)有關(guān)。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)腔的室內(nèi)水位，在清洗濾網(wǎng)的過(guò)程中逐漸下降。由此認(rèn)定，該凝結(jié)水泵發(fā)生汽蝕的原因，是由于備用泵入口蝶閥的密封不好，檢修時(shí)，由于運(yùn)行水泵的抽吸作用，導(dǎo)致備用泵管道內(nèi)水位逐漸下降，最終導(dǎo)致水封失效，有少量空氣混入水中并被抽吸至運(yùn)行水泵。因空氣的混入，運(yùn)行中的凝結(jié)水泵發(fā)生了汽蝕現(xiàn)象。在隨后的檢修中，通過(guò)不斷向?yàn)V網(wǎng)腔室內(nèi)注水，以保持水封狀態(tài)，避免了空氣的再次混入。多次試驗(yàn)后確認(rèn)，運(yùn)行水泵不再發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

為解決該問(wèn)題，機(jī)組停機(jī)時(shí)，在2臺(tái)凝結(jié)水泵的入口蝶閥之前，分別加裝了1只入口閘閥。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝空間受限，閘閥的布置位置，與母管彎頭和三通的位置相距很近。

機(jī)組開機(jī)后，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速為1160r/min，高壓加熱器未投運(yùn)，排汽溫度為40℃，凝汽器液位高度為1600mm。開大除氧器上水的主調(diào)門后，凝結(jié)水流量增大，維持約3min后，流量急劇下降，凝結(jié)水泵電流從73A下降至57A，出口母管壓力由1. 91MPa下降至1.4MPa。通過(guò)控制上水主調(diào)門，凝結(jié)水泵電流和凝結(jié)水流量趨于穩(wěn)定。發(fā)生異常前水泵的運(yùn)行工況曲線，如圖1所示。

圖1凝結(jié)水泵相關(guān)參數(shù)運(yùn)行曲線

維持凝結(jié)水泵的運(yùn)行狀態(tài)不變，機(jī)組負(fù)荷逐步升至300MW。隨著機(jī)組負(fù)荷進(jìn)一步提升，凝結(jié)水流量需要繼續(xù)增大。逐步提高凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速后，凝結(jié)水泵的流量無(wú)法維持在穩(wěn)定值，凝結(jié)水泵的電流、出口壓力和流量均發(fā)生了不規(guī)律的波動(dòng)。同時(shí)，泵體振動(dòng)和噪音明顯增大。此時(shí)，凝結(jié)水泵已發(fā)生了明顯的汽蝕現(xiàn)象。需要注意的是，在提升凝結(jié)水流量的過(guò)程中，有類似脈動(dòng)的流量變化。據(jù)此推斷，水泵入口處可能被堵塞，從而導(dǎo)致流量的波動(dòng)。

在提升了凝汽器的液位高度后，凝結(jié)水泵的汽蝕現(xiàn)象得到了一定程度的緩解，凝結(jié)水泵的出口流量可提高到一定程度并保持穩(wěn)定。如果再進(jìn)一步提升流量，水泵還是會(huì)發(fā)生明顯的汽蝕現(xiàn)象。

在調(diào)閱凝結(jié)水泵相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，該型水泵所需的汽蝕余量（HPSHr），為5.5m，而在同期建造的600MW火電機(jī)組中，選用的凝結(jié)水泵的汽蝕余量（HPSHr）多為3.5～4.5m。相對(duì)而言，該型水泵的汽蝕余量偏大。汽蝕余量標(biāo)志著泵抗汽蝕性能的好壞，它的值越小，則泵的抗汽蝕性能越好，要求吸入系統(tǒng)所提供的有效汽蝕余量（NPSHa）也越?。?］。并且，該機(jī)組采用的是緊湊型設(shè)計(jì)方案，凝結(jié)水泵入口管路系統(tǒng)的布局較為集中和密集。再考慮到水泵入口新加裝的閘閥，使系統(tǒng)的沿程阻力發(fā)生了變化。因此，需要考慮沿程阻力的增大，是否導(dǎo)致了水泵汽蝕余量的不足，從而引起了水泵汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

加裝了入口閘閥后，由于安裝位置距母管彎頭和三通較近，增加了管道的沿程阻力，加劇了凝結(jié)水泵的汽蝕現(xiàn)象。由于提高了凝汽器的液位高度，從而提高了凝結(jié)水泵的入口靜壓。在水泵出力較小的工況下，凝結(jié)水泵的汽蝕現(xiàn)象并不明顯，但隨著負(fù)荷的增加，在進(jìn)一步提升凝結(jié)水泵出力的過(guò)程中，水泵的汽蝕現(xiàn)象就會(huì)急劇變化。

新加裝閘閥的局部阻力相對(duì)分流三通和彎頭而言并不大（分流三通局部阻力系數(shù)ξ=1.5，90°彎頭局部阻力系數(shù)ξ=1.0，閘閥局部阻力系數(shù)ξ=0.5），但是，當(dāng)數(shù)個(gè)阻力集聚一起時(shí)，總的阻力損失并不是各個(gè)局部阻力損失的簡(jiǎn)單相加。有關(guān)的研究結(jié)果表明，如果各局部阻礙之間的距離大于3倍管徑簡(jiǎn)單的相加，所得結(jié)果偏于安全［3］。而該電廠在進(jìn)行管路改造作業(yè)前，并未針對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，所以該機(jī)組的設(shè)備安裝方式和布局，可能存在一定的隱患，應(yīng)在以后的檢修方案中加以優(yōu)化或改進(jìn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

某型凝結(jié)水泵發(fā)生了多次較為明顯的汽蝕現(xiàn)象，引發(fā)汽蝕的主要原因有兩類。

第一類是由于系統(tǒng)中其他水泵的隔離閥門發(fā)生了輕微的泄漏，在水泵的隔離檢修時(shí)，有微量空氣混入流體中，最終在運(yùn)行水泵處聚集，從而導(dǎo)致了汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

第二類是由于凝結(jié)水泵入口處被堵塞，且入口管道的沿程阻力發(fā)生了變化，導(dǎo)致了水泵入口流量不足。同時(shí)，水泵的有效汽蝕余量發(fā)生了改變，也會(huì)造成汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。經(jīng)相關(guān)整改后，逐步提升凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速，增加凝結(jié)水泵出口流量，未再發(fā)生明顯的汽蝕現(xiàn)象。

加裝入口閘閥后，雖然避免了在隔離檢修過(guò)程中空氣混入的情況，但未進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算和檢驗(yàn)，對(duì)水泵入口的沿程阻力變化無(wú)法準(zhǔn)確判斷，可能對(duì)水泵的正常運(yùn)行存有隱患。因此，在類似情況的處理中，首先應(yīng)考慮更換密封性變差的蝶閥。如欲改裝系統(tǒng)管路，還是應(yīng)經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算后，再確定施工方案。

［1］吳達(dá)人.泵與風(fēng)機(jī)［M］.陜西：西安交通大學(xué)出版社，1989.

［2］郭立君.泵與風(fēng)機(jī)［M］.重慶：水利電力出版社，1986.

［3］陳湘，譚華.凝結(jié)水泵的汽蝕研究［J］.電機(jī)技術(shù)，2008（6）：42-44.

［4］邢國(guó)清，張清.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

AnalysisandTreatmentofaPowerPlantCondensatePump CavitationsReasons

HUZhong-qiang
（ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstiute，Hefei230022，Anhui，China）

Incombinationofapowerplant600MWunitcondensatepumpcavitationoccurredfaultanalysis，introduces theprincipleofcondensatepumpcavitation，andanalyzestheincentivesmaytriggerpumpcavitation，andgives specificreasonsforthefailurecausespumpcavitation.Byclearingtheblockageinthepumpinletofobstacleswhile thepossibilitytoimprovetherun-timefiltersandcondensersandothermeanstoreducetheliquidlevelbyreplacing thepumpcavitation.

unit；condensatepump；cavitation；resistancealongtheway；NPSHr；seduction；analysis

TK264.9

A

1672-0210(2015)04-0027-04

2015-08-18

：2015-09-21

胡中強(qiáng)（1984-），男，上海電力大學(xué)本科畢業(yè)。主要從事熱力系統(tǒng)節(jié)能、優(yōu)化和故障診斷等方面的研究工作。