给水泵密封水系统优化设计.pdf

第 3 l卷第 3期 湖南电力 H U N A N E L E C T R I C P O WE R 2 0 1 1 年 6月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s r u 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 1 0 3 0 1 4 给水泵密封水系统优化设计 宰军。罗建军。朱科 ( 湖南省电力勘测设计 院，湖 南 长沙4 1 0 0 0 7 ) 摘要：针对给水泵密封水 系统回水不畅等问题 ，对给水泵密封水 系统的水封装置进行 优化设计，并在长沙电厂和金竹山 - -_ 期得以应用，目 前运行情况良好。 关键词 ：给水泵；密封水 系统；水封 中图分类号 ：T N 6 2 1 7 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 8 0 1 9 8 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 4 5 0 3 电站给水泵密封水的正常回收是令许多电厂头 痛的问题，该系统运行稳定与否将影响给水泵组和 凝汽器的正常运行 ，主要 表现在 ： ( 1 )不能实 现随机组的启、停而自动投、退，增大了启、停机 时的工作量，延长了启、停机时间； ( 2 )密封水 回水不畅，导致密封水 回水进入给水泵润滑油系统 中，使油质恶化，影响给水泵运行效率，情况严重 时将危害机组的正常运行 ； ( 3 )在运行 中密封水 系统工作状态不直观，因工作异常容易导致给水泵 润滑油被吸入密封水回水而进入凝汽器 ，影响电厂 水和蒸汽的品质； ( 4 )水封投、停时操作繁琐， 尤其在投人时 ，需注水 、排空气等一系列操作 ，给 运行人员增加了工作量，而且操作不容易把握，给 机组正常运行带来隐患。 如果问题得不到合理解决，将大大降低机组的 运行经济性和安全性。为了防止给水泵密封水系统 发生故障，破坏凝汽器的真空或影响凝汽器的水质 等情况出现 ，不少 电厂在机组运行时将给水泵的密 封回水直接排人循环水坑，以保证机组的正常运 行。这样操作虽然能免除密封水回水不畅等问题， 但很多优质的除盐水将被浪费掉，以 1 台6 0 0 M W 机组为例，每台汽动给水泵的密封水流量为6 t h ， 每台机组按4 5 0 0 h的年运行时间来算，则 2台汽 动给水泵每年将浪费 5 4 1 0 4 t 除盐水，这显然与 我国目前提倡的 “ 节能减排”的基本政策不符。 所以如何科学合理地设计给水泵密封水系统，使其 在不影响机组正常运行的前提下 ，完全地回收密封 水具有重要的现实意义。 1 常见电厂密封水 系统设计情况 为了满足社会经济发展的需求，湖南省内已经 收稿日期：2 0 1 1 - 0 1 2 9 改回日期：2 0 1 1 o 3 - 2 2 建成一批大型火电机组，其给水泵组轴封型式及密 封水水源统计见表 1 ， 2 。 表 1 湖南省各电厂给水泵轴封型式统计表 表 2 湖南省各电厂给水泵密封水水源统计表 电厂给水泵组轴端一般为机械密封或迷宫密封 2种型式，机械密封的密封水通常取用闭式循环冷 却水 ，而迷宫密封的一般取用凝结水作为密封冷却 水。2 种密封型式取用不同的冷却水源，是由于这 2 种密封型式的结构决定的。 45 第 3 1卷第 3期 湖南电力 2 0 1 1年 6月 机械密封工作时动、静环2 个密封面由泵体 自 身内部的水进行润滑，机械密封冷却水，只是为机 械密封水服务的一路水源，用来带走吻合面摩擦产 生的热量。由于通过动、静环的节流作用，机械密 封腔体外的压力远小于腔体 内的压力 ，闭式循环水 的工作压力约为 0 5 5 M P a ，已经足够用来密封动 静环间的泄漏。凝结水系统工作压力约为 3 M P a ， 用来作为机械密封的冷却水源 ，可以通过调节阀来 控制压力 ，从设计要求 的角度来看也能满足密封水 压力要求，但密封水冷却水的回水 ，由于没有足够 的压头，不能直接排人凝结水管道 ，为了回收这部 分的水资源就需要设置一套水封装置 ，将密封冷却 水引入凝汽器回收 ，系统相对较复杂 ，一般没有电 厂采用这种设计方式。 泵轴端采用迷宫密封工作时，密封冷却水接人 密封衬套内，一部分密封冷却水与泵体内高温水混 合成卸荷水 ，一部分则形成无压 回水排 出泵体外。 迷宫密封的卸荷水一般接人前置泵入 口管道 ，这种 设计方式要求卸荷水的水压必须大于前置泵人 口管 道压力 。前 置泵人 口管道 运行压力 一般约 为 1 3 M P a ，而闭式循环水 的运行压力不超过 1 MP a ，满 足不了迷宫密封冷却水 的压力要求 ，只能选择压力 较高的凝结水来作为迷宫密封的冷水源。 当给水泵轴端采用迷宫式密封时，为节约除盐 水 ，迷宫密封 的无压 回水通常被设计为接入凝汽器 回收。为了保证运行时密封水能顺 畅的被凝汽器 回 收，同时防止影响凝汽器真空 ，需在给水泵密封水 回水与凝汽器之间设置一套水封装置或采取其它措 施 ，回水是否顺畅 ，水封装置或类似元件的设计就 是其 中的关键 。 2 常见密封水水封型式 】 2 1 单级水封 单级水封的原理较为简单。凝汽器负压运行， 假设其 运 行 背压 为 6 k P a( a ) ，约 一0 0 9 5 M P a ( g ) ，凝汽器所能造成的虹吸水柱高度约为9 5 m， 理论上采用单级水封，给水泵密封水回水水柱高度 1 0 m即可保证凝汽器真空不会破坏。实际运行时 由于水位波动等原因，水封的高度需要更高一些， 通常水柱高度设计为 1 21 3 m。但是这种水封管 一 般在工程初期就需要预埋套管，而且电厂中凝汽 器一般布置在零米层 ， 凝汽器上开孔的位置不能随 意布置，这种方式在设计完成后可修改的余地不 大。由于单级水封占地很小，而且制作简单、安装 4 6 方便 ，这种水封方式在 国内电厂最为常见。 2 2 多级水封 多级水封原理相当于单级水封的叠加，一般为 3 级，进口与出口之间的总压差保持在 1 2 m左右， 即能满足凝汽器真空的要求。 多级水封的关键在于水封的保持，要求每一级 水封都不能遭到破坏。水封在启用前，一定要先注 水 ，并将水封内部的气体排空 ；而且多级水封在制 作时要保证水封内部各部件的密封性。多级水封结 构紧凑，但其制作以及运行较为复杂，对于运行控 制有较高的要求。 2 3 水箱式结构 水箱式密封水回水设计在电厂中也有应用 ，其 原理是将给水泵密封水 的回水先放进水箱 中缓存 ， 水箱中水位到达一定高度后 ，利用凝汽器的负压吸 人凝汽器热井中。系统的关键在于对水箱水位的控 制 ，一般常用浮球式控制结构 ，通过水位的高度来 决定是否将水箱 中的水放人热井 ，并通过水位的高 度控制阀门的开度。既要保证回水的顺畅又要保证 不影响凝汽器的真空 ，不影响机组的正常运行。 水箱式密封水 回水结构 布置简单 ，容易操作 ， 但可靠性不强，若浮球式控制系统故障或误动作， 会造成凝 汽器真空 的下降 ，影响机组运行 的安全 性 。 3 密封水 系统优化设计 3 1 优化方案简介 优化方案 以金竹山二期 电厂给水泵密封水系统 为例来介绍 ，该电厂 2台汽动给水泵轴端采用迷宫 密封 】 ，密封水 取至凝结水 泵 出口的凝 结水 ，密 封水 回水经水封装置 ，由凝汽器回收，见 图 1 。 、 ， 一 J f 一一一一- ： 凝 汽 器 - L 放气 图 1 优化方案密封水回水系统图 优化方案中汽动给水泵密封水的2根回水管道 第3 l 卷第3 期 宰军等 ：给水泵密封水系统优化设计 2 0 1 1 年6月 全部接人 一个 由 中1 0 2 0 m m钢 管制 成 的水 箱 中， 水箱高 3 m，容积约为 2 4 5 m ，水箱布置于凝汽 器坑中。水箱下部引出管道接入预埋的水封套管 中， 再接入凝汽器形成回路。水箱的顶部设置放空 气管道 ，始终保持水箱中水面的压力值为 1 个大气 压 。水箱的上部设置溢流 口，如果 回水水量太多 ， 水箱中水位过高， 则会自动溢流至凝汽器坑内，不 会造成回水不畅而影响给水泵正常运行。在整个系 统 的最底部设置 了放水管道 ，用于检修时排放水箱 积水 ，或当密封水 回水水质不好 ，为避免影响凝汽 器水质 ，可直接排放至循环水坑中。 优化设计考虑了现场布置的要求 ，充分利用了 场地条件 ，将简易水箱放置在 一 4 0 m的凝 汽器坑 内，水箱 占地约 1 m ，凝汽器后水室与凝汽器坑 的 间隙中完全可以放置 ，不需要特别给水箱设计安装 空间。2根给水泵密封水 的回水管道全部布置在一 个水箱上， 结构紧凑，布置相对较为简单 ，现场改 造的工作量也较小。其 中的水箱 为大直径 管道制 作 ，制作工艺简单 。系统 中的主要阀门都可布置在 容易接触到的地方 ，操作 以及检修都较方便 。 3 2 优化方案特点 3 2 1 水封高度 优化方案中，从水箱接出的密封水管道引入预 埋的水封 中，再从水封接管至凝汽器。与凝汽器厂 协商后 ，开孔位 于凝 汽器的节颈处 一0 7 5 3 1 3 1 处。 如图2 示，水箱出口至水封管道有 3 3 m的高差， 水封底部至水封出口有 7 6 5 m的高差，密封水管 至凝汽器入口处有 2 7 4 7 m的高差，由单级水封变 化成由3级水封组成的多级水封，最大高差可达 3 3+ 7 6 5+ 2 7 4 7=1 3 6 9 7 m，完全可 以满足凝汽 器真空要求。 图2 优化方案水封布置详图 3 2 2 水箱作用 优化方案中设置了水箱 ， 使得密封水系统有了 一 个缓冲空间，而且密封水系统变化多余的水量可 以暂存于水箱内，不会对水封的运行带来直接的影 响， 有利于水封的稳定运行。同时， 水箱上方设置 了排气口，水箱液面压力将保持一个大气压力，使 得水封有一个稳定的压力边界，避免了压力波动带 来的影响，消除了破坏凝汽器真空的隐患。 3 2 3 布置特点 优化方案中水封管道的布置充分利用了凝汽器 坑的空间 ，通过管路 的合理布局将单一的预埋管组 合成3 级水封组成的多级水封，水箱的溢流高度设 计为 一1 1 m，水封最小高差 (一 0 7 5 3 )一(一1 1 ) = 0 3 4 7 m， 可 以满 足大约 9 n l H ： 0的管道阻力损 失，比单级水封装置大了近 1 倍 ，在相同的管径条 件下，可满足更大流量的密封水通过系统 。 3 2 4 经济性 优化方案所增加 的主要设备为一个简易水箱 ， 制作简单 ，没有特别加工工艺要求 ，成本低廉 ，不 会增加太多投资预算 ，比较适合 电厂改造 。 4 结束语 给水泵密封水系统运行相关 的因素有很多 ，密 封型式的选择、密封管道的管径、管道的布置以及 机组运行工况的变化等 ，都能影响到密封水系统的 正常运行 ，文 中提出了水箱加水封的设计方案 ，增 强了水封装置适应能力，优化了系统。 这种设计前一部分设置了水箱，解决了回水的 通畅问题，后一部分设置水封，解决了凝汽器的真 空问题 ，为给水泵密封水系统的设计提供了一种新 的选择。长沙电厂 、金竹山二期 电厂给水泵密封水 系统采用这种设计方式，机组运行良 好，没有出现 回水不畅等问题。 参考文献 ( 1 谭卫东，林恒深圳西部电厂给水泵密封水回水水封的改造 J 湖北电力， 2 0 0 2 ， 2 7( 6 ) ： 5 2 - 5 3 2 冯琰磊， 林磊国华太仓 2 6 0 0 M w超临界机组给水泵密封 水回水系统优化设计 【 J 】 热机技术， 2 0 0 6 ， 3( 8 ) ：1 - 4 3 】湖南电力勘测设计院大唐华银金竹山发电厂扩建工程二期 给水泵技术协议 z 2 0 0 7 作者简介 宰军( 1 9 7 9 -) ，男 ，硕士，工程师，主要从事电厂管道设计 研究工作。 4 7