壓力變送器真空泵冷卻水增壓改造與應(yīng)用

    摘 要: 通過(guò)加大壓力變送器水側(cè)流量并在水側(cè)建立虹吸運(yùn)行以減少壓力變送器壓力，優(yōu)化 600MW火電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式，從而提高機(jī)組運(yùn)行效率。但該措施導(dǎo)致壓力變送器真空泵冷卻用水流量降低，采取在真空泵工作水的冷卻水管道上做增設(shè)管道增壓泵及其旁路管道的改造措施，有利于增加壓力變送器冷卻水流量并降低循環(huán)水泵電耗，且間接優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式。

    國(guó)內(nèi) 600MW 火電機(jī)組因設(shè)計(jì)原因，普遍存在真空泵冷卻用水流量偏低的現(xiàn)狀［1］。而壓力變送器與真空泵的冷卻用水同時(shí)采用循環(huán)水系統(tǒng)供水，這讓真空泵冷卻用水流量受到進(jìn)一步分流。從而導(dǎo)致真空泵出力不足，系統(tǒng)真空度下降，直接影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行安全。

    近年來(lái)，各電廠采用多種技術(shù)改造來(lái)提高真空泵的冷卻用水流量。例如改造循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、查漏、堵洞、投運(yùn)膠球清洗裝置、降低射水池的水溫; 深度改造水環(huán)式真空泵，提高運(yùn)行性能［2］;整體改造抽真空系統(tǒng)，替換真空泵［3］等。大部分改造措施局限性強(qiáng)，只適用于特殊工況，并且成本較高。因此，設(shè)計(jì)和實(shí)施簡(jiǎn)而有效的改造方案顯得尤為必要。

    一、機(jī)組概況
    汽輪機(jī)組是上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的 N600－24．2 /566 /566 型 600MW超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式汽輪機(jī)，高中壓汽缸是具有沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級(jí)和反動(dòng)式壓力級(jí)的混合型式，兩個(gè)低壓缸是雙流、反動(dòng)式。機(jī)組的熱力系統(tǒng)采用單元制方式，共設(shè)有八段抽汽分別供給三臺(tái)高壓加熱器、一臺(tái)除氧器和四臺(tái)低壓加熱器。

    其中壓力變送器作為汽輪機(jī)最重要的輔機(jī)，啟動(dòng)時(shí)需要建立一定真空，正常運(yùn)行時(shí)由真空泵連續(xù)不斷的排出壓力變送器內(nèi)不凝結(jié)氣體，維持標(biāo)準(zhǔn)真空值。真空系統(tǒng)設(shè)有三臺(tái) 50% 容量的水環(huán)式真空泵，型號(hào)為納西姆工業(yè)有限公司生產(chǎn)的2BW43530MK4，正常運(yùn)行時(shí)二臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用。
      真空系統(tǒng)如圖 1 所示，3 臺(tái)真空泵相互并聯(lián)，將壓力變送器中的不凝結(jié)氣體吸入汽水分離器，冷水器負(fù)責(zé)給汽水分離器和真空泵提供冷卻用水，而自身通過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。當(dāng)三臺(tái)真空泵并泵運(yùn)行，壓力變送器干拉真空達(dá) 23．5KPa 壓力時(shí)所用時(shí)間不大于 30 分鐘，真空泵為單級(jí)水環(huán)式旋轉(zhuǎn)泵。

    機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)取自海水，由循環(huán)水泵保證管道壓力，為壓力變送器、真空泵冷卻器、閉式水冷卻器提供冷卻用水。循環(huán)水系統(tǒng)圖如圖 2 所示。
      二、修前分析
    (一) 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施
    機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)共配備 2 臺(tái) 50%容量循環(huán)水泵、4 臺(tái)循泵動(dòng)葉控制油泵、3 臺(tái)沖洗泵、4 個(gè)攔污柵、4 個(gè)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)以及兩套膠球清洗裝置。系統(tǒng)基本流程為: 海水吸取井→循泵房前池→攔污柵→旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→循泵→出口電動(dòng)蝶閥→供水管路→低壓壓力變送器→高壓壓力變送器→回水管路→虹吸井→排水工作井→排入大海/大江。

    根據(jù)調(diào)研分析，循環(huán)水系統(tǒng)目前運(yùn)行方式存在優(yōu)化空間。適度加大壓力變送器出水蝶閥開(kāi)度，水側(cè)建立虹吸運(yùn)行以增加壓力變送器冷卻水流量，結(jié)合循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化，預(yù)計(jì)可使#2 機(jī)組年均壓力變送器壓力降低約 0． 15kPa，循泵年均耗電率下降0．05%至 0．75%。

    (二) 真空系統(tǒng)冷卻用水流量要求
    真空泵工作水溫度標(biāo)準(zhǔn)值為 15℃，變化范圍為 0℃至 65℃。根據(jù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，#2 機(jī)組在氣密性良好的情況下( 0．26KPa /min) ，真空泵工作水溫從40℃下降到 10℃，真空泵的真空度上升 6 KPa，機(jī)組的真空度上升 1．2KPa［4］。而冷卻用水的流量直接影響真空泵工作水的水溫。

    真空系統(tǒng)冷卻水直接取自循環(huán)水泵出口管道，循環(huán)水泵出口理論壓力值為 0．12MPa。經(jīng)過(guò)管道損耗，冷卻水進(jìn)口壓力在 0．03MPa 至 0．04MPa。冷卻水母管設(shè)計(jì)流量為 100m3 /h，水溫隨季節(jié)變化波動(dòng)。

    (三) 優(yōu)化措施對(duì)冷卻水流量的影響
    由于未設(shè)置開(kāi)式水泵，所有輔機(jī)以及閉式水換熱器的冷卻水都是由循環(huán)水泵提供，導(dǎo)致目前循環(huán)水泵揚(yáng)程運(yùn)行偏高，為了充分挖掘循環(huán)水泵節(jié)能潛力，擬將循環(huán)水泵運(yùn)行揚(yáng)程降低 3m，從而導(dǎo)致真空泵冷卻水無(wú)法保證流量。

    三、優(yōu)化措施
    為消除循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化改造措施對(duì)真空泵冷卻水流量的影響，進(jìn)而保證壓力變送器真空度，提升機(jī)組效率，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和研究，決定在真空泵冷卻水母管上追加增壓泵及其附屬機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)討論有兩種改造方案可供選擇，如圖 3 所示。     兩種方案的主要區(qū)別在于經(jīng)濟(jì)性方面考慮，包括旁路電動(dòng)門(mén)的選擇以及各手動(dòng)門(mén)的選擇。最終出于遠(yuǎn)程控制以及檢修方便的考慮，選擇方案 1。增壓泵采用可靠性強(qiáng)的臥式雙吸單級(jí)中開(kāi)式離心泵，增壓泵通流部件采用雙相不銹鋼材質(zhì)，保證運(yùn)行中不受海水腐蝕，增壓泵設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表 1 所 示。因?yàn)楣ぷ鹘橘|(zhì)為海水，具有腐蝕性，含雜物較多。因此增壓泵設(shè)計(jì)進(jìn)出口手動(dòng)襯膠蝶閥，并設(shè)計(jì)有入口濾網(wǎng)，旁路電動(dòng)門(mén)采用襯膠電動(dòng)蝶閥。增壓泵出口管道設(shè)計(jì)有壓力變送器，增壓泵采用DCS 控制方式。

    為了方便維護(hù)和檢修，改造方案從安裝空間、型號(hào)選擇以及管道布置等多方面考慮，將泵體和旁路門(mén)安裝在空曠位置，并給設(shè)備起重留出空間余量。同時(shí)所有管道及閥門(mén)備品和廠內(nèi)已有設(shè)備相同，可以互為備用。     四、效果反饋
    在加裝真空系統(tǒng)冷卻水增壓泵后，經(jīng)過(guò)為期 3個(gè)月的試轉(zhuǎn)投運(yùn)試驗(yàn)，在高達(dá) 35℃ 的環(huán)境溫度下，真空泵冷卻水壓力和流量依然能得到充分保證。該措施直接保證了循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造，創(chuàng)造的一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在同類(lèi)型火電機(jī)組中具有借鑒意義。

    (一) 經(jīng)濟(jì)價(jià)值
    該技改措施成本主要包含泵主本體范圍內(nèi)的輔助設(shè)備、相關(guān)管道及附件，以及安裝、土建等費(fèi)用。設(shè)備主要包含水泵本體、電動(dòng)機(jī)本體、水泵進(jìn)出口反法蘭、機(jī)座、進(jìn)出口手動(dòng)門(mén)、旁路電動(dòng)門(mén)、襯膠管道以及必要的熱工就地儀表，共需投入 60 萬(wàn)元。

    通過(guò)循環(huán)水泵運(yùn)行揚(yáng)程降低 3m 運(yùn)行可將循環(huán)水泵電機(jī)功率下降 400kW 左右，扣除增壓泵功率實(shí)際可下降 290kW，每年可節(jié)省 170 萬(wàn) kW．h，年節(jié)約 62．5 萬(wàn)元，相當(dāng)于降低煤耗 0．25g /kW．h，可在0．97 年收回投資［5］。

    (二) 社會(huì)效益
    循環(huán)水泵作為火電機(jī)組重要的廠用電設(shè)備之一，是節(jié)能改造的重點(diǎn)。該改造的順利實(shí)施優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)，間接提升了壓力變送器真空度，能夠廣泛適用于同類(lèi)型火電機(jī)組。同時(shí)其投資成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、見(jiàn)效快，在電廠中能迅速推廣應(yīng)用。
 
    五、結(jié)語(yǔ)
    在真空泵工作水冷卻水管道上做增設(shè)管道增壓泵及其旁路管道的改造措施，確保了各冷卻器的流量和壓力，間接優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式，從而降低壓力變送器真空度，提升機(jī)組運(yùn)行效率。該措施經(jīng)過(guò)充分的實(shí)踐論證，具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值和借鑒意義，可在同類(lèi)型火電機(jī)組中廣泛應(yīng)用。