广西电力 ＧＵＡＮＧＸＩ ＥＩ正ＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２０１２年６月 Ｖ０１－３５ ＮＯ．３ 真空泵冷却水对凝汽器真空的影响分析及治理 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｕｍｐ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ ｔｏ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｖａｃｕｕｍ 许恒 ＸＵ Ｈｅｎｇ （神华国华惠州热电分公司，广东惠州５１６０８２） （Ｓｈｅｎｈｕａ Ｇｕｏｈｕａ Ｈｕｉｚｈｏｕ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｕｉｚｈｏｕ ５ １６０８２，Ｃｈｉｎａ） 摘要：通过对凝汽器真空偏低的原因进行分析，阐述了真空泵冷却水和密封水对凝汽器真空的影响，并进行计算分析，得出 了真空泵和凝汽器为同一冷却水源同机组运行在各种工况下，真空泵密封水温度要求的极限值。 关键词：凝汽器；水环真空泵；密封水 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅａｓ０ｎ ｏｆ ｌｏｗ ｖａｃｕｕｍ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ ｃｏｏｆｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｅａｌ ｗａｔｅｒ ｔｏ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｗｈｉｃｈ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ ｓｅａｌ ｗａｔｅｒ’ｓ ｔｅｍｐｒａｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ ａｎｄ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｕｎｉｔ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ。ｗａｔｅｒ ｒｉｎｇ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ，ｓｅａｌ ｗａｔｅｒ 中图分类号：ＴＫ２６４．１文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７１—８３８０（２０１２）０３—００３６－０３ 凝汽器是火力发电厂的冷源设备，凝汽器真空 直接影响着机组的经济性，凝汽器真空的优化研究 历来是火电厂节能研究的重点。凝汽器真空的决定 因素从根本上取决于两个方面：一是凝汽器的冷却 效果，它取决于凝汽器热负荷、冷却水流量、冷却水 温度、凝汽器换热面积以及换热热阻；二是凝汽器内 至凝汽器循环水回水管。 机组投产半年后，２台机组真空逐渐产生差异， １号机组真空较２号机低约２ ｋＰａ，严重时１号机组 真空跌至一８８ ｋＰａ，严重影响了机组的安全性与稳定 性。经过对运行数据的分析和现场检查，发现导致１ 号机组真空恶化的原因为真空泵冷却水量不足，使 不凝结气体量，它取决于机组的真空严密性和真空 泵的抽吸能力。本文针对国华惠州热电分公司真空 恶化原因进行分析，通过理论计算说明真空泵冷却 水取自开式循环水的可行性。 真空泵密封水温度过高，真空泵抽气能力下降，造成 凝汽器内不凝结气体聚集，机组真空下降。 ２真空泵密封水温度对凝汽器真空的影响 ２．１凝汽器极限真空的确定 １概述 国华惠州热电分公司机组容量２×３３０ Ｍｗ，汽 凝汽器极限真空是指在运行工况和环境条件下 凝汽器压力应达到的最佳值，即排除真空泵和漏空 气影响的情况下，机组真空理论上应该达到的最佳 值，它与凝汽器结构、冷却水流量、冷却水温度、管束 轮机组为东方汽轮机厂生产的ＣＣ３３０—１６． ７／２．７／１．３／５３８／５３８型三缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机 组。凝汽器冷却水为海水直流冷却方式。真空泵为 ２ＢＷ４３５３—０ＥＫ４型单级叶轮、双吸入口、双排出口、 清洁程度有关。凝汽器极限真空对应的饱和温度计算公式【ｌ】如式（１）所示。 ＋—— ｔ （１） 顶排式水环真空泵。每台真空泵配置１个单流程管 壳式冷却器，冷却水流量５２．９ ｍ３／ｈ，换热功率１１３．８４ ｋＷ。真空泵循环冷却水取自凝汽器循环水进水，回 收稿日期：２０１１－１２—３１；修回日期：２０１２—０２－１９ ＿ 一）， Ｇ．ｃ （１一寺） ２０１２年６月 ＧＵＡＮＧＸＩ ＥＩ正ＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 广西电力 ３７ Ｖ０ｌ－３５ ＮＯ．３ 式中：￡ 为冷却水温度，℃；Ｑ为凝汽器热负荷， ＭＷ；Ｇ 为冷却水流量，ｋｇ／ｓ．ｃＤ为不冷却水比热容， ｋｊ／（ｋｇ．℃）； 为凝汽器总传热系数，ｋｗ／（ｍ ．℃）；Ａ 为凝汽器换热面积，ｍｚ。 利用公式（１）计算出该机组额定负荷１００％冷 却水流量的情况下不同冷却水温度对应的凝汽器极 限真空值，如表１所示。 衷１ 额定状态下不同冷却水温度对应的凝汽器极限真空 度水，温传℃系热口数 正温系度数修壁 正厚系修”数 黼”… “腊躲 、”数￣／ｋＷ（ｍ２．￣Ｃ）－。． 篡 温饱度和，℃ 真／ｋＰ罢空ａ ２．２不凝结气体对凝汽器真空的影响 凝汽器中的不凝结气体是造成凝汽器难以达到 理论真空的根本原因。一方面由于管束外表面蒸汽 凝结成水，使蒸汽分压降低，进而造成不凝结气体的 聚集，形成不凝结气体膜，恶化传热；另一方面根据 道尔顿分压定律，凝汽器压力为凝汽器中蒸汽压力 和不凝结气体压力之和，不凝结气体的聚集直接导 致了凝汽器压力的升高。正常运行时凝汽器内不凝 结气体主要来源于轴封、真空阀门、人孔门等真空部 位漏入的空气，以及凝结水补水中析出氧气、氨气 等，凝汽器运行过程中不凝结气体的产生不可避免。 实践过程中凝汽器中不凝结气体的漏人量通常 由真空严密性来表征。３００ ＭＷ级机组不同真空严 密性等级与漏气流量之间的定量关系如表２所示。 表２真空严密性等级与漏气流量间的定量关系圆 真空泵对于凝汽器真空的作用就是及时将不凝 结气体抽出，避免不凝结气体聚集造成凝汽器压力 增加，只有真空泵的吸气量不小于漏气量才能维持 凝汽器在最佳冷却效果下的真空数值。 ２．３真空泵吸入压力与凝汽器真空的关系 流体的流动总是从高压区流往低压区，真空泵 通过抽真空管道在凝汽器汽侧建立低压区，使凝汽 器内不凝结气体绕过凝汽器管束流人抽真空管道， 最终进入真空泵，经真空泵压缩后由汽水分离器排 出。真空泵要实现从凝汽器内抽出气体的前提是真 空泵入口真空大于凝汽器真空，凝汽器压力与真空 泵吸入力之间的关系田女口下： ”＋△Ｐ， Ｐｋ－Ｐｋ”＋△Ｐｃ＋△Ｐｄ ， （２） 式中：Ｐｋ为凝汽器压力，ｋＰａ；Ｐｋ”为真空泵人口压力， ｋＰａ；ＡＰｃ为凝汽器汽阻，ｋＰａ；△Ｐｄ为抽气管道阻力 损失，ｋＰａ。 △Ｐｃ数值与凝汽器的管束排列、冷却水管长度、 冷却水管外径、冷却水管根数等有关，一般３００ ＭＷ 级机组凝汽器汽阻为０．１３３—０．３９９ ｋＰａ。ＡＰｄ与抽气 管道现场布置和抽气流量有很大关系，一般有０．４～ １．０ ｋＰａ。因此，正常抽气情况下，凝汽器压力高于真 空泵吸入压力０．５３３—１．３３９ ｋＰａｔ４１。 ２．４真空泵密封水温度与真空泵吸气量的对应关 系 真空泵工作时，密封水在离心力的作用下在真 空泵偏心的泵壳和叶轮之间形成变化的空间，从而 实现吸气、压缩、排气的过程，真空泵的吸气量与泵 的结构、密封水温度、吸人气体温度、吸人气体湿度 等因素有关。国华惠州热电分公司真空泵设计性能 曲线如图１所示（设计参数：大气压力０．１０ ＭＰａ、气 温２０℃、空气相对湿度７０％、密封水温１５ ｃＣ）。 ９０ ｛７ｏ ５０ ＼ ３０ 售ｃ １０ ６ ８ １０ ｌ２ ｌ４ ｌ６ １８ ２０ 嗳入压力／ｋＰａ 图１ 真空泵吸入压力与吸气量的性能曲线 在真空泵运行过程中，真空泵密封水温度是影 响真空泵吸气量的关键因素。当真空泵真空低于密 封水饱和压力时，密封水将产生汽化，从而形成了真 空泵的极限真空。然而，真空泵密封水温度了真 空泵极限真空的同时也对真空泵的吸气量有着重大 的影响，相同吸入压力的情况下，密封水温度越接近 吸入压力的饱和温度，其抽汽量越小。其对应关系如 下嘲： 。＝ 瓦Ｐｋ ＂－Ｐ￣（０ Ｄ ， （３） ㈤式中： ㈤为密封水温度为 时真空泵吸气量， 广西电力 ＧＵＡＮＧＸＩ ＥＩ正ＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２０１２年６月 Ｖｏｌ＿３５ ＮＯ．３ ｍ３／ｍｉｎ；Ｄ ）为密封水温度为如（设计温度，一般为 １５℃）时真空泵吸气量，ｍ３／ｍｉｎ；Ｐｋ”为真空泵吸入真 空，ｋＰａ； （ｃ１为密封水温度为ｔ时的饱和蒸气压力， ｋＰａ；Ｐｓ ）为密封水温度为ｔｏ（设计温度，一般为１５ ℃）时的饱和蒸气压力，ｋＰａ；ｔ 为真空泵吸人口介质 温度，℃，因避免蒸汽抽出，空气抽出段应有４．２℃ 的过冷度，故而ｔ 应为凝汽器真空对应饱和温度减 去４．２ ｏＣ。 从图１真空泵吸入压力与吸气量性能曲线上可 以看出，在凝汽器正常工作压力５～８ ｋＰａ区间，吸人 压力与吸人量接近正比关系，为了便于计算，根据性 能曲线将吸气量与吸入口压力间对应关系表示如 下： Ｄ （ ）＝６Ｐｋ”＋２１。 （４） 将式（４）带人式（３）可得真空泵极限真空与真空 泵吸人真空的关系式： Ｐｓ（１ Ｐｋ・一 Ｄ 。 （５） 将式（２）带人式（５）可得真空泵极限真空与凝汽 器真空的关系式： ‰，～Ｐｋ△ Ｄ 。（６） ２．５不同工况下极限密封水温度的计算 为使凝汽器达到极限真空，真空泵应达到的临 界要求为在凝汽器压力的情况下抽汽量等于漏空气 量。联立式（１）、（６）可以获得维持机组极限真空的情 况下真空泵密封水温度与真空严密性、冷却水温度、 冷却水流量、凝汽器热负荷、抽汽压降的对应关系。 在凝汽器处于额定热负荷和１００％循环水流量的情 况下，不同漏空气量时循环水温度与理论密封水极 限温度的对应关系计算结果如表３所示。 ３原因分析和处理措施 ３．１ 真空泵抽汽能力低的原因分析 真空泵运行时由于电机对气体压缩做功、密封 水流动摩擦、抽气携带热量等原因，使真空泵密封水 温度升高，温度升高的密封水经过真空泵冷却器中 的冷却水进行冷却，从表３的计算结果可以看出，使 用开式循环水做为真空泵冷却水能够满足凝汽器极 限真空的要求；但裕度较小，抗干扰能力差，对真空 泵冷却水量和冷却器换热效果要求较高。从现场设 备运行情况来分析，真空下降的根本原因为循环水 量不足。通过对比真空泵冷却器密封水侧温降和冷 却水侧温升可以计算出每台真空泵冷却水流量不足 表３不同状况下真空泵正常工作的密封水极限温度 注：取△Ｐ＝Ｏ．８ ｋＰａ，真空泵汽蚀余量０．８３ ｋＰａ。 １５ ｔ／ｈ，造成冷却水量严重不足的原因如下： １）真空冷却器滤网位置在冷却器入口，真空泵 冷却器人口管海洋生物的滋生严重，管道通流面积 减小，管道阻力增大。 ２）真空泵冷却水取自凝汽器进水管，排回凝汽 器回水管，其流动压差较小，加之回水管线布置较 高，回水阻力大，进一步恶化了真空泵冷却水的流动Ｉ生。 ３＿２改进措施 １）将原设置在真空泵冷却器入口的滤网移至循 环水母管引出口处，避免脏污、海生物等进入真空泵 冷却水管道，避免海洋生物附着，减小管道流阻。 ２）在进口装设海水增压泵，提高真空泵冷却水 进水压力和流量。 ３）对真空泵冷却器和真空泵进回水管道进行彻 底清洗。 ４）降低冷却水回水管高度，减４，￣－ｔ４Ｊ水回水阻力。 ５）正常运行过程中，对备用泵冷却器冷却水进 行节流，增加运行泵冷却水流量。 ４治理效果 真空泵冷却水流量直接决定了真空泵密封水温 度，对真空泵的抽气能力有决定的影响因素。国华惠 电机组真空泵冷却水取自凝汽器循环水，密封水的 温度裕量较小，故而提高真空泵冷却水流量，对降低 机组真空，提高机组经济性有着极其重要的意义。通 过对真空泵冷却水系统的改造，凝汽器真空平均提 高约２ ｋＰａ，热耗降低约２％； （下转第２６页） 广西电力 ＧＵＡＮＧＸＩ ＥＩ ＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２０１２年６月 Ｖ０１．３５ Ｎ０．３ 首先，在旁母断路器２０３０合闸操作的闭锁逻辑 式中附加上虚断路器ｐｄｌ的充电检查逻辑式： ２０３０ ｈ：２０３０３＝１（２０３０１＝１＋２０３Ｏ２＝１）， 和旁路共计有９台２２０ ｋＶ断路器、２７把隔离开关、 ２３把接地刀闸，通过对防误基本规则和操作闭锁逻 辑式的优化，在实际倒闸操作中所取得的效果如下： ３．１完全满足五防基本要求 ＆ｐｄｌ；２Ｏ３０３＝ｌ（２Ｏ３Ｏ１＝１＋２０３０２＝１）！ 该闭锁逻辑式主要有以下目的： １）“２０３０３＝１（２０３０１＝１＋２０３０２＝１）”是旁路断路 器的合闸闭锁逻辑条件，表示当满足２０３０３和 ２０３０１（或２０３０２）刀闸在合闸位置时，可以合２０３０ 断路器。 ２）“＆ｐｄｌ；２０３０３＝１（２Ｏ３０１＝１＋２Ｏ３Ｏ２＝１）”是虚开 针对微机五防装置防误基本规则和闭锁逻辑式 的优化过程，严格遵守了电气操作原则和五防基本 要求，能够满足防止电气误操作的要求。 ３．２闭锁逻辑式管理规范化 关ｐｄｌ的充电检查逻辑式；表示当满足２０３０３和 ２０３０１（或２０３０２）刀闸在合闸位置时，２０３０断路器合 闸成功后，ｐｄｌ＝ｌ，否则ｐｄｌ＝０。 按照断路器、隔离开关、接地刀闸等不同设备类 型对防误基本规则进行优化后，所形成的闭锁逻辑 式层次清晰、结构严谨，其内容相应减少３Ｏ％左右， 使得整个升压站的闭锁逻辑式更容易理解和便于维 护，促进了闭锁逻辑式和微机五防装置管理的规范化。 ３．３适合不同运行方式下的倒闸操作需求 其次，在线路旁路刀闸（如：２３５８３，见图１）合闸 操作的逻辑式中加入表示旁路母线充电成功的逻辑 条件ｐｄｌ＝ｌ： ２３５８３ ｈ：２２３Ｊ００＝０，２３５８４０＝０，２３５９３＝０， ２０３０＝０，２０３０３＝１／ 按原有闭锁逻辑式，无法实现对旁路一次系统 的充电检查功能，在运行操作维护上存在较大的安 全隐患。通过闭锁逻辑式的优化应用，新增加的旁路 次系统充电检查功能完全满足现场倒闸操作的需 求，确保了倒闸操作的正确性和安全性。 一（２０３０１＝１，２３５８１＝１＋２０３０２＝１，２３５８２＝１）ｐｄｌ＝１ ７ 该闭锁逻辑式主要有以下目的： １）“２２３Ｊ００＝０，２３５８４０＝０，２３５９３＝０，２０３０＝０， ２０３０３＝１”，表示合２３５８３刀闸时，必须满足两侧的接 地刀闸２２３Ｊ００和２３５８４０在断开位置；其他线路的 ４结语 微机五防装置是发电厂及变电站安全倒闸操作 的根本保证，在实际应用中要根据一次设备系统的 实际情况和倒闸操作的具体需求，以电气操作原则 和五防基本要求为导向，不断探索微机五防装置防 误基本规则和闭锁逻辑式的优化应用方案，从而让 微机五防装置充分发挥安全卫士的堡垒作用。 参考文献 旁路刀闸２３５９３和旁路断路器２０３０在断开位置；旁 路２０３０３刀闸在合闸位置。 ２）“（２０３０１＝１，２３５８１＝１＋２０３０２＝１，２３５８２＝１）”主 要表示合２３５８３刀闸时，必须满足线路断路器２３５８ 与旁路断路器２０３０在同一组２２０ ｋＶ母线上。 ３）“ｐｄｌ＝ｌ”表示旁路系统必须充电检查正常。 在微机五防装置的闭锁逻辑式中加人以上判断 条件后，当执行合线路旁路刀闸操作时，微机五防装 置将对操作的步骤进行判断，只有经过正常充电检 查的操作才给予通过，从而在微机五防装置中实现 【１】Ｑ／ＣＳＧ１０００６－－２００４，电气操作导则【Ｓ】． ［２］梁若文，胡国新，周炎．微机五防装置使用中应注意的问 题与不足［Ｊ】．高电压技术，２００５，３１（０８）：７９—８０． 【３】章卫光．防误闭锁装置的应用分析探讨【Ｊ】．华东电力， ２００６，３４（０６）：７９—８０． 了旁路一次系统充电检查的判断功能。 ［４］范永洪．关于五防装置中常见问题及措施的探讨［Ｊ】．广 东科技，２０１０，（０６）．１１５一Ｉ１６． ３优化后的应用情况 该２２０ ｋＶ升压站为双母线带旁路设计，配置有 ２台主变压器，１台启备变压器，４回出线，加上母联 作者简介：余亚林（１９７５一），男，本科学历，电气工程师，现主 要从事电网技术监督工作。 ◆川◆川｝◆川◆川Ｊ◆ｌ ＪＪ ｌ◆川Ｊ◆川◆川Ｊ◆…◆川◆川ｆ◆Ｊ ＪＩ１￣１ Ｊ９１４＂ ｌ ＪＪｌ◆川Ｊ◆川Ｊ◆川◆川Ｊ◆ｌｌＩＦ＊，－ｌｌｌ￣－ｔｔ＇－ ｌ ＪＪｌ◆ｌＪｌ】◆川Ｊ◆川Ｊ◆Ｉ Ｊ Ｊｌ◆ｌ】ＩＦ＃＇ＩＩ ＪＦ＇ｔ＂ｌｊ｝ｊ◆…◆ｌ ＪＪｌ◆｝ ＪＪｌ◆川Ｊ◆川Ｊ◆川Ｊ◆ｌ】Ｉ Ｊ＇ｑｔ，－ ｌＪＩ】◆ｌ ＪＪｌ◆川Ｊ◆”１１＇４＂ｌ ＪｌＩ◆ｌ ＪＪ ｌ◆＂¨◆川◆ｌＩＩＩ◆川Ｊ◆Ｊ （上接第３８页）同时，也有效地防止了真空泵转子 气蚀，提高了机组的稳定性。 参考文献 ［３】宋汉武，陈德昌．火力发电设备技术手册第四卷火电站 系统与辅机［Ｍ１．北京：机械工业出版社，１９９８． ［４］齐复东，贾树本，马义伟．电站凝汽设备和冷却系统［Ｍ】． 北京：水利电力出版社，１９９２． 【１】ＤＬ／Ｔ ９３２－－２００５．凝汽器与真空系统运行维护导￣ｗｌｔｓ］． 【２】马汀山．真空严密性与凝汽器漏入空气流量的定量关系 ［Ｊ］．热力发电，２００９，３８（６）． 作者简介：许恒（１９８３一），男，毕业于中国矿业大学热能与动 力工程专业，助理工程师，现从事汽轮机设备检修维护等工作。
