压力变送器真空泵冷却水增压改造与应用

    摘 要: 通过加大压力变送器水侧流量并在水侧建立虹吸运行以减少压力变送器压力，优化 600MW火电机组循环水系统运行方式，从而提高机组运行效率。但该措施导致压力变送器真空泵冷却用水流量降低，采取在真空泵工作水的冷却水管道上做增设管道增压泵及其旁路管道的改造措施，有利于增加压力变送器冷却水流量并降低循环水泵电耗，且间接优化了循环水系统运行方式。

    国内 600MW 火电机组因设计原因，普遍存在真空泵冷却用水流量偏低的现状［1］。而压力变送器与真空泵的冷却用水同时采用循环水系统供水，这让真空泵冷却用水流量受到进一步分流。从而导致真空泵出力不足，系统真空度下降，直接影响机组经济效益和运行安全。

    近年来，各电厂采用多种技术改造来提高真空泵的冷却用水流量。例如改造循环冷却水系统、查漏、堵洞、投运胶球清洗装置、降低射水池的水温; 深度改造水环式真空泵，提高运行性能［2］;整体改造抽真空系统，替换真空泵［3］等。大部分改造措施局限性强，只适用于特殊工况，并且成本较高。因此，设计和实施简而有效的改造方案显得尤为必要。

    一、机组概况
    汽轮机组是上海汽轮机有限公司引进美国西屋公司技术生产的 N600－24．2 /566 /566 型 600MW超临界、单轴、三缸、四排汽、中间再热、凝汽式汽轮机，高中压汽缸是具有冲动式调节级和反动式压力级的混合型式，两个低压缸是双流、反动式。机组的热力系统采用单元制方式，共设有八段抽汽分别供给三台高压加热器、一台除氧器和四台低压加热器。

    其中压力变送器作为汽轮机最重要的辅机，启动时需要建立一定真空，正常运行时由真空泵连续不断的排出压力变送器内不凝结气体，维持标准真空值。真空系统设有三台 50% 容量的水环式真空泵，型号为纳西姆工业有限公司生产的2BW43530MK4，正常运行时二台运行一台备用。
      真空系统如图 1 所示，3 台真空泵相互并联，将压力变送器中的不凝结气体吸入汽水分离器，冷水器负责给汽水分离器和真空泵提供冷却用水，而自身通过循环水系统进行冷却。当三台真空泵并泵运行，压力变送器干拉真空达 23．5KPa 压力时所用时间不大于 30 分钟，真空泵为单级水环式旋转泵。

    机组循环水系统取自海水，由循环水泵保证管道压力，为压力变送器、真空泵冷却器、闭式水冷却器提供冷却用水。循环水系统图如图 2 所示。
      二、修前分析
    (一) 循环水系统节能优化措施
    机组循环水系统共配备 2 台 50%容量循环水泵、4 台循泵动叶控制油泵、3 台冲洗泵、4 个拦污栅、4 个旋转滤网以及两套胶球清洗装置。系统基本流程为: 海水吸取井→循泵房前池→拦污栅→旋转滤网→循泵→出口电动蝶阀→供水管路→低压压力变送器→高压压力变送器→回水管路→虹吸井→排水工作井→排入大海/大江。

    根据调研分析，循环水系统目前运行方式存在优化空间。适度加大压力变送器出水蝶阀开度，水侧建立虹吸运行以增加压力变送器冷却水流量，结合循环水泵运行方式优化，预计可使#2 机组年均压力变送器压力降低约 0． 15kPa，循泵年均耗电率下降0．05%至 0．75%。

    (二) 真空系统冷却用水流量要求
    真空泵工作水温度标准值为 15℃，变化范围为 0℃至 65℃。根据实验统计，#2 机组在气密性良好的情况下( 0．26KPa /min) ，真空泵工作水温从40℃下降到 10℃，真空泵的真空度上升 6 KPa，机组的真空度上升 1．2KPa［4］。而冷却用水的流量直接影响真空泵工作水的水温。

    真空系统冷却水直接取自循环水泵出口管道，循环水泵出口理论压力值为 0．12MPa。经过管道损耗，冷却水进口压力在 0．03MPa 至 0．04MPa。冷却水母管设计流量为 100m3 /h，水温随季节变化波动。

    (三) 优化措施对冷却水流量的影响
    由于未设置开式水泵，所有辅机以及闭式水换热器的冷却水都是由循环水泵提供，导致目前循环水泵扬程运行偏高，为了充分挖掘循环水泵节能潜力，拟将循环水泵运行扬程降低 3m，从而导致真空泵冷却水无法保证流量。

    三、优化措施
    为消除循环水系统优化改造措施对真空泵冷却水流量的影响，进而保证压力变送器真空度，提升机组效率，经过现场调查和研究，决定在真空泵冷却水母管上追加增压泵及其附属机构。经过讨论有两种改造方案可供选择，如图 3 所示。     两种方案的主要区别在于经济性方面考虑，包括旁路电动门的选择以及各手动门的选择。最终出于远程控制以及检修方便的考虑，选择方案 1。增压泵采用可靠性强的卧式双吸单级中开式离心泵，增压泵通流部件采用双相不锈钢材质，保证运行中不受海水腐蚀，增压泵设计数据如表 1 所 示。因为工作介质为海水，具有腐蚀性，含杂物较多。因此增压泵设计进出口手动衬胶蝶阀，并设计有入口滤网，旁路电动门采用衬胶电动蝶阀。增压泵出口管道设计有压力变送器，增压泵采用DCS 控制方式。

    为了方便维护和检修，改造方案从安装空间、型号选择以及管道布置等多方面考虑，将泵体和旁路门安装在空旷位置，并给设备起重留出空间余量。同时所有管道及阀门备品和厂内已有设备相同，可以互为备用。     四、效果反馈
    在加装真空系统冷却水增压泵后，经过为期 3个月的试转投运试验，在高达 35℃ 的环境温度下，真空泵冷却水压力和流量依然能得到充分保证。该措施直接保证了循环水系统节能改造，创造的一定的经济价值，在同类型火电机组中具有借鉴意义。

    (一) 经济价值
    该技改措施成本主要包含泵主本体范围内的辅助设备、相关管道及附件，以及安装、土建等费用。设备主要包含水泵本体、电动机本体、水泵进出口反法兰、机座、进出口手动门、旁路电动门、衬胶管道以及必要的热工就地仪表，共需投入 60 万元。

    通过循环水泵运行扬程降低 3m 运行可将循环水泵电机功率下降 400kW 左右，扣除增压泵功率实际可下降 290kW，每年可节省 170 万 kW．h，年节约 62．5 万元，相当于降低煤耗 0．25g /kW．h，可在0．97 年收回投资［5］。

    (二) 社会效益
    循环水泵作为火电机组重要的厂用电设备之一，是节能改造的重点。该改造的顺利实施优化了循环水系统，间接提升了压力变送器真空度，能够广泛适用于同类型火电机组。同时其投资成本低、风险小、见效快，在电厂中能迅速推广应用。
 
    五、结语
    在真空泵工作水冷却水管道上做增设管道增压泵及其旁路管道的改造措施，确保了各冷却器的流量和压力，间接优化了循环水系统运行方式，从而降低压力变送器真空度，提升机组运行效率。该措施经过充分的实践论证，具有一定经济价值和借鉴意义，可在同类型火电机组中广泛应用。