程剛 CHENG Gang；陳裕 CHEN Yu
（大唐淮南田家庵發電廠，淮南 232007）
摘要： 本文以320MW機組水環式真空泵密封水冷卻技術改造實踐為例，從設計、安裝、運行實踐等環節進行剖析。基於機組真空對於機組經濟性的密切關係，真空系統改造有著十分的必要性。本文在介紹水環式真空泵工作原理的基礎上，繼而說明密封水冷卻的技術改造理論、實踐成果以及其積極意義。
關鍵詞 ： 水環式真空泵；密封水冷卻技術；風冷；機組經濟性
中圖分類號：TK264.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）24-0093-03
作者簡介：程剛（1976-），男，安徽淮南人，技師，從事汽機各類設備的檢修和運行及管理工作；陳裕（1987-），男，安徽合肥人，助理工程師，從事汽機輔機設備的檢修和運行及管理工作。
0 引言
凝汽器真空系統是凝汽式機組最重要的輔助系統之一。汽機真空是電力企業重點關注的指標，也是反映集團公司節能降耗水平的重要指標，凝汽器真空度一直是機組技改的重點內容。由於國產引進性300MW、600MW容量等級凝汽式汽輪機組真空抽氣系統的抽氣器大多採用了水環式真空泵，真空泵的工作水溫影響著凝汽器不凝結氣體的分壓力，從而直接影響系統極限真空。一般真空泵的設計工作水溫為15℃，而在夏季運行時其實際工作水溫遠高於該溫度，有時達到33℃以上，在此工況下，現有提高真空的技術手段是無能為力的，因此如何進一步提高夏季機組真空已成為該專業領域需要重點解決的技術問題。
1 田家庵電廠#6機組真空泵及目前使用概況
淮南田家庵發電廠＃6機組系國產N－300MW機組，熱控部分採用MAX DNA DCS，機組配置了兩台水環式真空泵。本文中提及改造項目為其中一台真空泵工作水增加外置式製冷系統，以保持工作水溫度在設計值，在夏季或高環境溫度下也能保證真空泵抽吸能力，從而改善凝氣器真空、減少水環泵電流，提高機組經濟性。田廠#6機組用的水循環真空泵型號為國產2BW5353-OEK4。
2 國內電廠真空系統改造研究現狀及趨勢
凝汽器真空相關研究主要集中於現有凝汽器設備改造和運行優化兩個方面，系統優化又包括設計優化和運行優化兩個方面。在凝汽器的設計階段，根據給定的汽輪機熱力特性條件，通過經濟技術比較，採用最大收益法或最低總年運行費用法來確定最佳真空。對已投入運行的機組，汽輪機、凝汽系統等設備及運行環境已經確定，最佳真空的選擇便建立在凝汽器最佳真空模型的基礎上，通過試驗和優化計算來確定不同負荷、不同冷卻水溫和不同循環水泵運行方式下的凝汽器最佳真空。
國產機組凝汽器基本設計於上世紀六、七十年代，管束布置型式技術相對落後，200MW、300MW機組雖然也為向心式布置，但周界相對較短、汽流流程較長、抽氣通道不暢通，傳熱面積利用率較低，因此國內科研單位花很多精力在凝汽器的現代化改造方面，上世紀90年代初，上安、邯鄲等發電廠引進國外機組中凝汽器採用了不鏽鋼管，運行過程中從未發生過冷卻管腐蝕泄漏事故。近年來出現了加裝大氣噴射器的研究方案，但是對水環式真空泵工作水溫度冷卻的報道比較少。
3 水環式真空泵的性能分析
3.1 水環式真空泵的使用優點
水環式真空泵它所能獲得的極限壓力，對於單級泵為2.66～9.31kPa；對於雙級泵為0.133～0.665kPa。其亦也可用作壓縮機，其壓力範圍為（1～2）105Pa表壓力。水環泵廣泛應用於電力、機械、化工、輕工等各個領域的許多工藝過程中。
3.2 水環式真空泵的使用缺點
水環式真空泵在實際運行中，常會發生抽氣能力嚴重下降而導致的排汽壓力偏高現象。運行人員通常都把機組排汽壓力偏高歸咎於凝汽器本身的問題，而不會懷疑真空泵有什麼問題。事實上，水環式真空泵在運行時，為保持抽吸能力，其密封用水必須保持一定的過冷度，當密封水溫度過高時會對水環泵出力產生嚴重影響。
3.3 密封水溫度對水環式真空泵的性能影響分析
由圖1可知，從凝汽器來的氣體分為可凝結氣體和不可凝結氣體。可凝結氣體的一部分在水環泵入口遇到噴人的密封水而凝結，另一部分可凝結氣體在水環泵內遇到密封水而凝結，還有一部分可凝結氣體和全部不可凝結氣體一起被排出泵外。
下面就溫度對水循環真空泵的影響作具體分析：
①當密封水溫度較高時，使可凝結氣體與密封水間溫差減小，導致可凝結氣體的凝結量較少，從而使真空泵出力下降。
②當密封水溫度升高至一定程度後，在高度真空的水環泵內部，由於密封水近似飽和，溫度升高會導致部分密封水汽化，體積突然膨大，相對使吸氣所占體積份額減少，也使泵出力下降。
③水循環真空泵的吸氣過程是靠泵與被吸容器之間的壓強差，根據氣體壓強平衡的原理進行吸氣，其極限抽吸壓力就是其密封水對應的飽和壓力，因此水循環泵密封水溫越低則極限真抽吸壓力越高，且相同抽氣口壓力下的抽氣流量越大，從而在凝汽器壓力很低的情況下，水環泵能夠抽走凝汽器內的大量不凝結氣體。反之當溫度升高時，極限抽吸壓力降低，抽氣流量降低，將使凝汽器真空變差，泵也可能發生汽蝕。
4 電廠實際運行時密封水溫度變化對機組真空及性能的影響
對本廠水環式真空泵進行研究，可得到密封水溫度對機組真空的影響，如表1所示，可見，真空泵吸入氣體溫度保持不變時，隨著密封水溫度的升高，絕對壓力大幅升高，導致機組真空度顯著降低。
圖2是在吸入氣體溫度為20℃時，機組真空（即機組絕對壓力）隨密封水溫度變化的坐標圖，由圖中可明顯看出當密封水溫度增加時機組絕對壓力呈上升趨勢。
表2給出了水環式真空泵電流的變化趨勢，可見，吸入氣體溫度一定的條件下，隨著密封水溫度的升高，真空泵電流呈上升趨勢；說明隨著凝汽器的絕對壓力的提高，真空泵的運行電流增加，整個機組電耗也會增加。
綜上所述，對於真空系統改造有著十分的必要性，並且可以從降低密封水溫度的角度出發，制定可行的冷卻方案。
5 水環式真空泵工作水冷卻改造與智能控制系統項目設計方案說明
5.1 設計要求
根據真空泵設計數據及現場測試結果，真空泵工作水流量不大於11t/h時，工作水降溫不低於7℃，夏季極限工況下工作水平均溫度不大於20℃，在室外濕球溫度小於45℃情況下系統可連續長時間運行。
系統投用後，在夏季工況（環境溫度在30℃以上，機組真空嚴密性在100Pa/min以上）下真空提高不小於0.5kPa，且真空提高值隨機組真空嚴密性的下降而增大。
5.2 製冷方式
本項目採用風冷冷水機組，其基本工作原理如圖3所示。
5.3 系統智能控制方式
5.3.1 密封水溫度對機組真空影響關係
根據機組真空泵性能特性曲線，結合現場實驗數據，建立相關模型，分析密封水溫度變化對機組真空影響的定量關係，並開發出相應的計算軟體。
5.3.2 溫度定值及智能控制方法
根據所選擇製冷方案，即風冷冷水方式，計算相應的製冷耗率，並根據已建立的密封水溫度對真空影響模型，完成溫度定值的優化計算。以此作為製冷系統智能控制系統控制邏輯、保護邏輯等軟硬體的設計參數。
6 結論
本文從降低凝汽器中不凝結氣體分壓力的角度出發，提出降低水環式真空泵工作水溫的相關係統，從而保證機組的高環境溫度工況下也能達到好的真空水平。考慮到目前300MW等級以上的大型凝汽式機組是中國大唐集團公司的主力機組，在集團公司總裝機中也占較大比例，本項目研究對於提高大唐集團公司凝汽式機組的真空度具有重要的技術示範作用，對提高機組經濟運行水平也具有重要的現實意義。
參考文獻：
[1]陳鑫水.真空泵出力低的原因分析及處理[J].廣東電力，2012（06）.
[2]胡勇，卓迅佳，黃錦濤，劉新龍，巨林倉.水環式真空泵性能對300MW機組經濟性影響[J].瀋陽工程學院學報（自然科學版），2011（04）.
[3]袁寧，張士強.水環式真空泵工作液冷卻水改造[J].華電技術，2009（12）.
（大唐淮南田家庵發電廠，淮南 232007）
摘要： 本文以320MW機組水環式真空泵密封水冷卻技術改造實踐為例，從設計、安裝、運行實踐等環節進行剖析。基於機組真空對於機組經濟性的密切關係，真空系統改造有著十分的必要性。本文在介紹水環式真空泵工作原理的基礎上，繼而說明密封水冷卻的技術改造理論、實踐成果以及其積極意義。
關鍵詞 ： 水環式真空泵；密封水冷卻技術；風冷；機組經濟性
中圖分類號：TK264.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）24-0093-03
作者簡介：程剛（1976-），男，安徽淮南人，技師，從事汽機各類設備的檢修和運行及管理工作；陳裕（1987-），男，安徽合肥人，助理工程師，從事汽機輔機設備的檢修和運行及管理工作。
0 引言
凝汽器真空系統是凝汽式機組最重要的輔助系統之一。汽機真空是電力企業重點關注的指標，也是反映集團公司節能降耗水平的重要指標，凝汽器真空度一直是機組技改的重點內容。由於國產引進性300MW、600MW容量等級凝汽式汽輪機組真空抽氣系統的抽氣器大多採用了水環式真空泵，真空泵的工作水溫影響著凝汽器不凝結氣體的分壓力，從而直接影響系統極限真空。一般真空泵的設計工作水溫為15℃，而在夏季運行時其實際工作水溫遠高於該溫度，有時達到33℃以上，在此工況下，現有提高真空的技術手段是無能為力的，因此如何進一步提高夏季機組真空已成為該專業領域需要重點解決的技術問題。
1 田家庵電廠#6機組真空泵及目前使用概況
淮南田家庵發電廠＃6機組系國產N－300MW機組，熱控部分採用MAX DNA DCS，機組配置了兩台水環式真空泵。本文中提及改造項目為其中一台真空泵工作水增加外置式製冷系統，以保持工作水溫度在設計值，在夏季或高環境溫度下也能保證真空泵抽吸能力，從而改善凝氣器真空、減少水環泵電流，提高機組經濟性。田廠#6機組用的水循環真空泵型號為國產2BW5353-OEK4。
2 國內電廠真空系統改造研究現狀及趨勢
凝汽器真空相關研究主要集中於現有凝汽器設備改造和運行優化兩個方面，系統優化又包括設計優化和運行優化兩個方面。在凝汽器的設計階段，根據給定的汽輪機熱力特性條件，通過經濟技術比較，採用最大收益法或最低總年運行費用法來確定最佳真空。對已投入運行的機組，汽輪機、凝汽系統等設備及運行環境已經確定，最佳真空的選擇便建立在凝汽器最佳真空模型的基礎上，通過試驗和優化計算來確定不同負荷、不同冷卻水溫和不同循環水泵運行方式下的凝汽器最佳真空。
國產機組凝汽器基本設計於上世紀六、七十年代，管束布置型式技術相對落後，200MW、300MW機組雖然也為向心式布置，但周界相對較短、汽流流程較長、抽氣通道不暢通，傳熱面積利用率較低，因此國內科研單位花很多精力在凝汽器的現代化改造方面，上世紀90年代初，上安、邯鄲等發電廠引進國外機組中凝汽器採用了不鏽鋼管，運行過程中從未發生過冷卻管腐蝕泄漏事故。近年來出現了加裝大氣噴射器的研究方案，但是對水環式真空泵工作水溫度冷卻的報道比較少。
3 水環式真空泵的性能分析
3.1 水環式真空泵的使用優點
水環式真空泵它所能獲得的極限壓力，對於單級泵為2.66～9.31kPa；對於雙級泵為0.133～0.665kPa。其亦也可用作壓縮機，其壓力範圍為（1～2）105Pa表壓力。水環泵廣泛應用於電力、機械、化工、輕工等各個領域的許多工藝過程中。
3.2 水環式真空泵的使用缺點
水環式真空泵在實際運行中，常會發生抽氣能力嚴重下降而導致的排汽壓力偏高現象。運行人員通常都把機組排汽壓力偏高歸咎於凝汽器本身的問題，而不會懷疑真空泵有什麼問題。事實上，水環式真空泵在運行時，為保持抽吸能力，其密封用水必須保持一定的過冷度，當密封水溫度過高時會對水環泵出力產生嚴重影響。
3.3 密封水溫度對水環式真空泵的性能影響分析
由圖1可知，從凝汽器來的氣體分為可凝結氣體和不可凝結氣體。可凝結氣體的一部分在水環泵入口遇到噴人的密封水而凝結，另一部分可凝結氣體在水環泵內遇到密封水而凝結，還有一部分可凝結氣體和全部不可凝結氣體一起被排出泵外。
下面就溫度對水循環真空泵的影響作具體分析：
①當密封水溫度較高時，使可凝結氣體與密封水間溫差減小，導致可凝結氣體的凝結量較少，從而使真空泵出力下降。
②當密封水溫度升高至一定程度後，在高度真空的水環泵內部，由於密封水近似飽和，溫度升高會導致部分密封水汽化，體積突然膨大，相對使吸氣所占體積份額減少，也使泵出力下降。
③水循環真空泵的吸氣過程是靠泵與被吸容器之間的壓強差，根據氣體壓強平衡的原理進行吸氣，其極限抽吸壓力就是其密封水對應的飽和壓力，因此水循環泵密封水溫越低則極限真抽吸壓力越高，且相同抽氣口壓力下的抽氣流量越大，從而在凝汽器壓力很低的情況下，水環泵能夠抽走凝汽器內的大量不凝結氣體。反之當溫度升高時，極限抽吸壓力降低，抽氣流量降低，將使凝汽器真空變差，泵也可能發生汽蝕。
4 電廠實際運行時密封水溫度變化對機組真空及性能的影響
對本廠水環式真空泵進行研究，可得到密封水溫度對機組真空的影響，如表1所示，可見，真空泵吸入氣體溫度保持不變時，隨著密封水溫度的升高，絕對壓力大幅升高，導致機組真空度顯著降低。
圖2是在吸入氣體溫度為20℃時，機組真空（即機組絕對壓力）隨密封水溫度變化的坐標圖，由圖中可明顯看出當密封水溫度增加時機組絕對壓力呈上升趨勢。
表2給出了水環式真空泵電流的變化趨勢，可見，吸入氣體溫度一定的條件下，隨著密封水溫度的升高，真空泵電流呈上升趨勢；說明隨著凝汽器的絕對壓力的提高，真空泵的運行電流增加，整個機組電耗也會增加。
綜上所述，對於真空系統改造有著十分的必要性，並且可以從降低密封水溫度的角度出發，制定可行的冷卻方案。
5 水環式真空泵工作水冷卻改造與智能控制系統項目設計方案說明
5.1 設計要求
根據真空泵設計數據及現場測試結果，真空泵工作水流量不大於11t/h時，工作水降溫不低於7℃，夏季極限工況下工作水平均溫度不大於20℃，在室外濕球溫度小於45℃情況下系統可連續長時間運行。
系統投用後，在夏季工況（環境溫度在30℃以上，機組真空嚴密性在100Pa/min以上）下真空提高不小於0.5kPa，且真空提高值隨機組真空嚴密性的下降而增大。
5.2 製冷方式
本項目採用風冷冷水機組，其基本工作原理如圖3所示。
5.3 系統智能控制方式
5.3.1 密封水溫度對機組真空影響關係
根據機組真空泵性能特性曲線，結合現場實驗數據，建立相關模型，分析密封水溫度變化對機組真空影響的定量關係，並開發出相應的計算軟體。
5.3.2 溫度定值及智能控制方法
根據所選擇製冷方案，即風冷冷水方式，計算相應的製冷耗率，並根據已建立的密封水溫度對真空影響模型，完成溫度定值的優化計算。以此作為製冷系統智能控制系統控制邏輯、保護邏輯等軟硬體的設計參數。
6 結論
本文從降低凝汽器中不凝結氣體分壓力的角度出發，提出降低水環式真空泵工作水溫的相關係統，從而保證機組的高環境溫度工況下也能達到好的真空水平。考慮到目前300MW等級以上的大型凝汽式機組是中國大唐集團公司的主力機組，在集團公司總裝機中也占較大比例，本項目研究對於提高大唐集團公司凝汽式機組的真空度具有重要的技術示範作用，對提高機組經濟運行水平也具有重要的現實意義。
參考文獻：
[1]陳鑫水.真空泵出力低的原因分析及處理[J].廣東電力，2012（06）.
[2]胡勇，卓迅佳，黃錦濤，劉新龍，巨林倉.水環式真空泵性能對300MW機組經濟性影響[J].瀋陽工程學院學報（自然科學版），2011（04）.
[3]袁寧，張士強.水環式真空泵工作液冷卻水改造[J].華電技術，2009（12）.
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