真空泵改造方案样本.doc

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300MW汽轮机
真空系统节能改造

技术方案

湖南大唐节能科技有限公司

概述
当前电站汽轮机真空系统的抽真空设备主要是射水抽气器和水环真空泵, 特别是300MW及以上机组基本采用水环真空泵。这些抽真空设备, 普遍存在以下问题:
1) 选型偏大
设计选型时, 主要考虑快速启机的响应速度( 30 分钟内能达到启机要求真空值) 和最大的允许漏气量作为选型原则, 但在机组正常运行时, 维持系统真空时有较大裕量。
2) 效率低
水环真空泵的效率较低, 液环真空泵总效率η＝ηιs×ηω×ηm
ηιs——等温指示效率0.92～0.95, 反映实际压缩过程与等温压缩过程的偏差。
ηω——0.5～0.7, 它反映叶轮搅动液体流动的损失。
ηm——0.98～0.99, 机械效率。
因此水环真空的效率很低, 一般只有30%左右。
3) 水环真空泵抽气性能受制于工作水温度的变化
水环真空泵的实际抽速Qt=Q15K, K=(P1-Pt)/(P1-P15)
Qt—水温为t℃时的抽气量m3/h Q15—水温为15℃时的抽气量m3/h
P1—水环泵的吸入压力KPa Pt—水温为t℃时的饱和蒸汽压力KPa
P15—水温为15℃时的饱和蒸汽压力KPa K—抽气量修正系数
当工作水达到 35℃以上, 抽气能力急剧下降 80%以上, 这是因为工作水温度升高到水环真空泵入口压力下对应的饱和温度时发生了汽化现象, 真空泵主要应付于抽取汽化蒸汽, 导致抽空气能力大幅下降; 同时, 工作水温度的升高对真空泵的极限真空值产生较大的影响——这是因为极限真空值就是水环泵工作水温度所对应的饱和压力。这是夏季凝汽器端差较大的主要原因。
4) 水环真空泵受汽蚀现象影响大, 设备维护成本高, 也影响设备的安全运行, 加装大气喷射器, 虽然能够缓解水环真空泵的汽蚀, 但并不节能, 一般投入大气喷射器后, 水环泵电流会增大10%～20%, 同时整个大气喷射-水环真空泵组的抽气能力下降, 约为单独水环真空泵的60%左右的抽气能力。

一、 汽轮机真空系统的真空泵性能参数及运行状况
以引进型300MW 湿冷机组为例, 其抽真空设备一般配置2台水环式真空泵, 运行方式: 一运一备, 其型号基本都是353型水环真空泵, 其铭牌参数如下:
型 号: 2BE1 353
抽 速: 4600 m3/h ( 88.3 m3/min)
抽吸压力: 3.3KPa~101.3KPa( 绝压) ;
排汽绝压: 101.3KPa
电机额定功率: 110KW
正常运行电流: 140A
随着对机组泄漏的深入治理, 300MW机组的真空严密性基本都达到优良水平, 一般都小于200Pa/min, 有的机组真空严密性只有几十Pa/min, 因此现有的水环真空泵在正常运行时, 抽气量的设计裕量太大, 存在严重的大马拉小车现象, 具有较大的节能降耗空间。另一方面夏季气温升导致水环真空泵抽气能力急剧下降、 造成机组的真空降低, 从而增加机组热耗, 影响机组的经济性。

二、 罗茨水环真空泵组节能改造方案概述
针对当前汽轮机抽真空系统中水环真空泵存在的上述问题,高效的罗茨水环抽真空泵组既可有效解决水环泵汽蚀、 气温高时抽气性能下降的问题, 同时经过减少过大的设计裕量, 能够节电 50%~80%。本技术在贵州黔西电厂#3、 #4机已成功应用, 节能效果显著。
实施罗茨水环真空泵组改造, 并不改变原有的两台水环真空泵, 只是在抽真空母管上并接一台罗茨水环真空泵组。罗茨水环真空泵组是由一台罗茨真空泵和一台水环真空泵串联而成的。当罗茨水环真空泵组运行时, 蒸汽和不凝结气体经罗茨真空泵增压后经级间冷凝器冷却进入水环泵, 由于罗茨真空泵的增压和级间冷凝器的冷凝作用, 使得水蒸汽基本在级间冷凝器内凝结, 其汽化潜热由级间冷凝器的冷却水带走 水环真空泵吸入的气体基本都是不凝结气体; 同时罗茨真空泵的增压, 使水环真空泵的入口压力提高一倍, 可保证水环真空泵高效稳定运行。
在机组启动快速建立真空期间, 使用原抽真空系统运行; 在正常运行期间, 切换到罗茨水环真空泵组而将原有的两台水环真空泵作备用, 提高了运行的可靠性和经济性。

三、 罗茨水环真空泵组改造方案可行性分析
1、 安全可靠性分析
罗茨水环真空泵组改造方案是在原抽真空系统中, 并入了一台高效罗茨水环抽真空泵组, 原有的两台水环真空泵依然保留, 确保系统安全可靠:
1) 汽轮机组启动时, 原有的两台水环真空泵按原运行方式投入运行;
2) 机组运行正常、 真空稳定、 真空严密性优良的情况下, 高效罗茨水环真空泵组投入运行、 原有两台水环真空泵作备用;
3) 机组真空系统发生严重泄漏, 罗茨水环真空泵组不能维持凝汽器真空时, 原有水环真空泵联锁投入运行满足真空要求;
4) 罗茨水环真空泵组在停泵或设备故障时, 原有水环真空泵联锁投入运行, 罗茨水环真空泵组入口进气门自动关闭, 确保真空要求。
5) 当前两台水环真空泵为一运一备方式, 经罗茨水环真空泵组改造后, 机组正常运行时由罗茨水环真空泵组维持真空, 实现真空泵的一运两备, 大大提高真空系统的安全可靠性: 由原有的一运一备变为一运两备。
6) 罗茨水环真空泵组的工作效率高, 其抽吸的极限压力值小于500Pa, 比原有水环真空泵的极限压力值( 3300pa) 约高一个数量级, 符合真空泵选型设计的要求, 因而其抽吸能力更强。
2、 真空泵的抽气量核算
试验测试表明: 在真空严密性合格的情况下, 正常运行中汽轮机凝汽器的漏气量是非常少的。以300MW湿冷机组为例, 在真空严密性为200Pa/min时, 漏入的空气量约20Kg/h。
经计算, 在背压为5KPa时, 真空严密性小于等于200Pa/min的情况下, 只要选择一台实际抽气量大于1650 m3/h的真空泵即可抽出漏入凝汽器真空系统的20Kg/h的空气, 维持系统的真空。
300MW湿冷机组在夏季的背压可能上升到12KPa, 在真空严密性小于500Pa/min的情况下, 只要选择一台实际抽气量大于1863 m3/h的高效罗茨真空泵组即可抽出漏入凝汽器真空系统的50Kg/h的空气, 维持系统的真空。
由于罗茨水环真空泵组的罗茨真空泵为干式真空泵, 抽气速率没有水环真空泵的工作液水温的影响, 因此夏季罗茨水环真空泵组的可靠性更高。
背压5KPa真空严密性200Pa/m时漏入空气量m3/h
现水环真空泵额定抽速
m3/h
现水环真空泵额定功率
KW
现水环真空泵正常运行电流
A
罗茨水环真空泵组额定抽速m3/h
罗茨水环真空泵组额定功率KW
罗茨水环真空泵组正常运行电流A
1650
4600
110
140
2160
48.5
48

3、 高效罗茨水环真空泵组节能效果
一方面, 现有300MW机组使用的水环真空泵, 配置110KW电机, 水环真空泵运行电流正常为140A。若选用满足真空严密性200Pa/min抽气量、 总功率为48.5KW的罗茨水环真空泵组, 其正常运行总电流为50A, 以年运行7500小时计算, 年节约电量约34万KWH以上。
另一方面, 高效罗茨水环真空泵组具有强劲的抽吸能力, 极限压力(绝压)可达500Pa以下, 而且由于罗茨泵的增压, 使得水环泵入口压力提高一倍以上, 工作液水温变化对罗茨水环真空泵组的抽气性能的影响很小, 避免原水环真空泵夏季气温高抽气性能受工作液水温升高而大幅下降的影响, 减小凝汽器端差, 提高机组真空; 解决原水环泵汽蚀问题, 大幅降低维修、 维护成本。

四、 真空系统节能改造方案
满足在真空严密性小于200Pa/min的工况, 选用抽气量为2160 m3/h罗茨水环真空泵组。泵组配备一台30 KW的罗茨泵及一台18.5 KW的水环泵。
1、 方案设计要求
罗茨水环真空泵组是由一台罗茨真空泵和一台水环真空泵串联而成的罗茨水环真空泵组。
( 1) 设备要求
1） 手动阀: 入口抽气管路上设手动阀一个, 作隔离用;
2） 气动衬胶蝶阀: 罗茨泵入口设气动衬胶蝶阀一个 作泵组故障或泵组停机时快速隔离之用;
3） 罗茨泵: 配备的电机功率比标准配置功率高一级, 以防变功况时出现过载现象;
4） 水环真空泵: 与罗茨泵抽速相匹配;
5） 控制箱: 设置泵组的电源、 电流、 运行操作及指示状态, 并向DCS提供相关状态信号和DCS远方控制信号;
( 2) 联锁保护要求
1） 罗茨泵有条件随水环真空泵泵启、 停: 当罗茨泵入口绝压小于10KPa时, 罗茨泵自动启动;
2） 泵组启动、 停止状态联锁开启、 关闭罗茨真空泵入口气动蝶阀;
3） 泵组故障停机时向外发送故障信号, 由用户DCS发出联锁其它备用真空泵。
2、 设备系统流程
如附图1所示, 真空泵组并接在抽真空母管上, 经过管道与抽真空母管相连接, 在罗茨真空泵入口抽气管道上装设一个手动阀和一个速关气动阀, 被抽吸的汽气混合物进入罗茨真空泵增压后, 经过级间冷凝器冷却后, 进入水环真空泵, 不凝结气体经过水环真空泵压缩后随工作液一起排入汽水分离器, 不凝结气体经排气管直接排大气。水环泵工作液采用凝结水补水。
3、 相关专业设备及配套接口
( 1) 汽机专业
负责罗茨水环真空泵组的安装, 包括泵组冷却水的管路连接。
( 2) 电气专业
罗茨水环真空泵组有两台电机: 罗茨真空泵电机、 水环真空泵电机。真空泵组设有控制箱一只, 内设电流、 电压指示表各一块, 泵组启停控制及保护等元件, 设备使用电压等级为380V。
( 3) 热控专业
为确保真空泵的启停操作、 监控, 罗茨水环真空泵组设有电气控制箱, 并提供相关信号接口。罗茨水环真空泵组设置有以下保护: 1) 罗茨泵条件启动闭锁; 2) 罗茨水环真空泵组停泵或故障跳闸联锁关闭入口气动门; 3) 罗茨水环真空泵组停泵或故障停泵联锁启动一台大水环真空泵; 4) 低真空低至某一值时( 如绝压10KPa) 联锁启动一台大水环真空泵。
4、 方案实施
( 1) 设备设计与制造
我公司负责罗茨水环真空泵组的设计与制造。
供货周期60天, 罗茨水环真空泵组成套设备包括: 包括罗茨泵一台、 水环真空泵及配套汽水分离器一套、 入口气动阀一只、 级间冷凝器一台、 控制箱一只。
与机组联接管道、 电缆由业主自行采购。( 根据业主要求, 我公司也能够采购)
( 2) 设备安装
设备由供方负责发至用户指定地点, 由用户自主安装, ( 也可委托供方进行安装) 设备提供方负责技术指导。
设备安装尽量靠近抽气口, 由抽空气母管经过管道引至罗茨水环真空泵组入口气动门前, 气动门前加一个手动门。
( 3) 设备调试
设备安装完毕后, 按照设备使用说明书, 在供货方技术人员指导下进行设备试运。
1. 高效罗茨水环真空泵组试运
试运的目的 检查机组各部件运转正常, 无异音, 转向正确, 电流正常, 无卡涩, 在关闭进口手动阀状态下, 检验泵组的极限真空值, 测试工作水温升。
2. 高效罗茨水环真空泵组投入运行
a) 先记录机组负荷、 运行参数;
b) 启动罗茨水环真空泵组;
c) 检查真空低联锁保护已投入;
d) 开启罗茨泵进口手动阀、 气动门; 记录运行参数变化;
e) 停运大水环真空泵, 观察凝汽器真空值变化、 负荷变化; 记录运行参数变化;
f) 记录稳定运行工况下的参数。
( 4) 设备运行校核与验收
在调试过程中, 测试罗茨水环真空泵组的极限真空值达到设计值( 关闭罗茨泵进口阀条件下, 极限压力小于500Pa) ; 在大水环真空泵停运行状况下, 罗茨水环真空泵组的抽气能力能维持凝汽器真空值不低于原有大水环真空泵运行时的真空值。
当上述两个参数满足时, 即验收为合格。
( 5) 培训
供方负责对用户运行人员和检修人员培训。
五、 罗茨水环真空泵组改造实例
黔西电厂300MW机组安装了48.5 KW罗茨水环抽真空泵组, 经调试正常投入运行后, 罗茨水环抽真空泵组的总电流为48 A左右, 汽轮机凝汽器真空与投运原有大水环真空泵相比, 真空保持一致, 而原水环真空泵的电流为240A, 节电约80%。( 当地大气压为87Kpa)
机组负荷
凝汽器真空KPa
单开B水环真空泵电流( A)
单开罗茨水环真空泵组总电流( A)
节电率
250MW
-81.51
240
48
80%
300MW
-80.74
240
48.7
79.7%

注: 后附黔西#3机罗茨水环真空泵组现场照片及DCS真空系统参数。

附图1 改造后真空系统图