程刚 CHENG Gang；陈裕 CHEN Yu
（大唐淮南田家庵发电厂，淮南 232007）
摘要： 本文以320MW机组水环式真空泵密封水冷却技术改造实践为例，从设计、安装、运行实践等环节进行剖析。基于机组真空对于机组经济性的密切关系，真空系统改造有着十分的必要性。本文在介绍水环式真空泵工作原理的基础上，继而说明密封水冷却的技术改造理论、实践成果以及其积极意义。
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关键词 ： 水环式真空泵；密封水冷却技术；风冷；机组经济性
中图分类号：TK264.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0093-03
作者简介：程刚（1976-），男，安徽淮南人，技师，从事汽机各类设备的检修和运行及管理工作；陈裕（1987-），男，安徽合肥人，助理工程师，从事汽机辅机设备的检修和运行及管理工作。
0 引言
凝汽器真空系统是凝汽式机组最重要的辅助系统之一。汽机真空是电力企业重点关注的指标，也是反映集团公司节能降耗水平的重要指标，凝汽器真空度一直是机组技改的重点内容。由于国产引进性300MW、600MW容量等级凝汽式汽轮机组真空抽气系统的抽气器大多采用了水环式真空泵，真空泵的工作水温影响着凝汽器不凝结气体的分压力，从而直接影响系统极限真空。一般真空泵的设计工作水温为15℃，而在夏季运行时其实际工作水温远高于该温度，有时达到33℃以上，在此工况下，现有提高真空的技术手段是无能为力的，因此如何进一步提高夏季机组真空已成为该专业领域需要重点解决的技术问题。
1 田家庵电厂#6机组真空泵及目前使用概况
淮南田家庵发电厂＃6机组系国产N－300MW机组，热控部分采用MAX DNA DCS，机组配置了两台水环式真空泵。本文中提及改造项目为其中一台真空泵工作水增加外置式制冷系统，以保持工作水温度在设计值，在夏季或高环境温度下也能保证真空泵抽吸能力，从而改善凝气器真空、减少水环泵电流，提高机组经济性。田厂#6机组用的水循环真空泵型号为国产2BW5353-OEK4。
2 国内电厂真空系统改造研究现状及趋势
凝汽器真空相关研究主要集中于现有凝汽器设备改造和运行优化两个方面，系统优化又包括设计优化和运行优化两个方面。在凝汽器的设计阶段，根据给定的汽轮机热力特性条件，通过经济技术比较，采用最大收益法或最低总年运行费用法来确定最佳真空。对已投入运行的机组，汽轮机、凝汽系统等设备及运行环境已经确定，最佳真空的选择便建立在凝汽器最佳真空模型的基础上，通过试验和优化计算来确定不同负荷、不同冷却水温和不同循环水泵运行方式下的凝汽器最佳真空。
国产机组凝汽器基本设计于上世纪六、七十年代，管束布置型式技术相对落后，200MW、300MW机组虽然也为向心式布置，但周界相对较短、汽流流程较长、抽气通道不畅通，传热面积利用率较低，因此国内科研单位花很多精力在凝汽器的现代化改造方面，上世纪90年代初，上安、邯郸等发电厂引进国外机组中凝汽器采用了不锈钢管，运行过程中从未发生过冷却管腐蚀泄漏事故。近年来出现了加装大气喷射器的研究方案，但是对水环式真空泵工作水温度冷却的报道比较少。
3 水环式真空泵的性能分析
3.1 水环式真空泵的使用优点
水环式真空泵它所能获得的极限压力，对于单级泵为2.66～9.31kPa；对于双级泵为0.133～0.665kPa。其亦也可用作压缩机，其压力范围为（1～2）105Pa表压力。水环泵广泛应用于电力、机械、化工、轻工等各个领域的许多工艺过程中。
3.2 水环式真空泵的使用缺点
水环式真空泵在实际运行中，常会发生抽气能力严重下降而导致的排汽压力偏高现象。运行人员通常都把机组排汽压力偏高归咎于凝汽器本身的问题，而不会怀疑真空泵有什么问题。事实上，水环式真空泵在运行时，为保持抽吸能力，其密封用水必须保持一定的过冷度，当密封水温度过高时会对水环泵出力产生严重影响。
3.3 密封水温度对水环式真空泵的性能影响分析
由图1可知，从凝汽器来的气体分为可凝结气体和不可凝结气体。可凝结气体的一部分在水环泵入口遇到喷人的密封水而凝结，另一部分可凝结气体在水环泵内遇到密封水而凝结，还有一部分可凝结气体和全部不可凝结气体一起被排出泵外。
下面就温度对水循环真空泵的影响作具体分析：
①当密封水温度较高时，使可凝结气体与密封水间温差减小，导致可凝结气体的凝结量较少，从而使真空泵出力下降。
②当密封水温度升高至一定程度后，在高度真空的水环泵内部，由于密封水近似饱和，温度升高会导致部分密封水汽化，体积突然膨大，相对使吸气所占体积份额减少，也使泵出力下降。
③水循环真空泵的吸气过程是靠泵与被吸容器之间的压强差，根据气体压强平衡的原理进行吸气，其极限抽吸压力就是其密封水对应的饱和压力，因此水循环泵密封水温越低则极限真抽吸压力越高，且相同抽气口压力下的抽气流量越大，从而在凝汽器压力很低的情况下，水环泵能够抽走凝汽器内的大量不凝结气体。反之当温度升高时，极限抽吸压力降低，抽气流量降低，将使凝汽器真空变差，泵也可能发生汽蚀。
4 电厂实际运行时密封水温度变化对机组真空及性能的影响
对本厂水环式真空泵进行研究，可得到密封水温度对机组真空的影响，如表1所示，可见，真空泵吸入气体温度保持不变时，随着密封水温度的升高，绝对压力大幅升高，导致机组真空度显著降低。
图2是在吸入气体温度为20℃时，机组真空（即机组绝对压力）随密封水温度变化的坐标图，由图中可明显看出当密封水温度增加时机组绝对压力呈上升趋势。
表2给出了水环式真空泵电流的变化趋势，可见，吸入气体温度一定的条件下，随着密封水温度的升高，真空泵电流呈上升趋势；说明随着凝汽器的绝对压力的提高，真空泵的运行电流增加，整个机组电耗也会增加。
综上所述，对于真空系统改造有着十分的必要性，并且可以从降低密封水温度的角度出发，制定可行的冷却方案。
5 水环式真空泵工作水冷却改造与智能控制系统项目设计方案说明
5.1 设计要求
根据真空泵设计数据及现场测试结果，真空泵工作水流量不大于11t/h时，工作水降温不低于7℃，夏季极限工况下工作水平均温度不大于20℃，在室外湿球温度小于45℃情况下系统可连续长时间运行。
系统投用后，在夏季工况（环境温度在30℃以上，机组真空严密性在100Pa/min以上）下真空提高不小于0.5kPa，且真空提高值随机组真空严密性的下降而增大。
5.2 制冷方式
本项目采用风冷冷水机组，其基本工作原理如图3所示。
5.3 系统智能控制方式
5.3.1 密封水温度对机组真空影响关系
根据机组真空泵性能特性曲线，结合现场实验数据，建立相关模型，分析密封水温度变化对机组真空影响的定量关系，并开发出相应的计算软件。
5.3.2 温度定值及智能控制方法
根据所选择制冷方案，即风冷冷水方式，计算相应的制冷耗率，并根据已建立的密封水温度对真空影响模型，完成温度定值的优化计算。以此作为制冷系统智能控制系统控制逻辑、保护逻辑等软硬件的设计参数。
6 结论
本文从降低凝汽器中不凝结气体分压力的角度出发，提出降低水环式真空泵工作水温的相关系统，从而保证机组的高环境温度工况下也能达到好的真空水平。考虑到目前300MW等级以上的大型凝汽式机组是中国大唐集团公司的主力机组，在集团公司总装机中也占较大比例，本项目研究对于提高大唐集团公司凝汽式机组的真空度具有重要的技术示范作用，对提高机组经济运行水平也具有重要的现实意义。
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