提高真空泵运行安全性的技术措施

华意国

（新浦化学(泰兴)有限公司热电厂，江苏 泰兴 225404）

由于水环真空泵组具有系统简单、效率高、抽气能力强等特点，其在电厂凝汽器抽真空系统中的应用逐渐广泛。近年来，几乎所有的新建大中型电厂都采用水环真空泵。另外，在一些老电厂射水(汽)抽汽器系统的技改工程中，也大量使用水环真空泵来更新抽真空技术。水环真空泵组在电厂得到日益广泛应用的同时，由于其设计或运行控制技术的相对不成熟，在实际运行中也出现了一些问题，对电厂的安全运行造成了一定的威胁。

1 改造前的系统及其存在问题分析

1.1 系统概述

改造前的抽真空系统如图1所示，从凝汽器来的汽水混合物经过入口蝶阀后进入真空泵体，经两级压缩升压后其压力高于大气压力，经汽水分离后空气经弹簧逆止门排出。机组自调试投产后，半年内出现4次真空异常，其中2次直接导致低真空保护停机，为正常生产留下较大的安全隐患。

1.2 入口蝶阀控制方式有缺陷

入口蝶阀采用气动控制，蝶阀的作用是把凝汽器系统与真空泵组隔开。差压开关的作用是控制蝶阀的开、闭。当真空泵起动后，蝶阀前后就有压差，当差压达到设定值(一般将差压值设定为3 kPa)时，发信号给电磁阀，打开仪表气源，开启蝶阀。满足该差压设定值是入口蝶阀打开的必备条件，以确保泵工作正常，防止空气倒吸影响真空。

实际上该逻辑又成为限制条件，往往会由于信号不正常而导致蝶阀无法正常开启，影响正常开机。

同时，在冬季运行时，当运行泵真空较高(一般在98 kPa以上)时，备用泵启动后要满足差压开关＞3 kPa动作值的要求，则需备用泵启动后真空高于101 kPa。实际上水环真空泵在空载负荷下也无法达到如此高的真空，因而将导致泵无法正常切换，从而成为泵切换的限制条件而非保护条件。

1.3 入口未设止回阀

通常在厂家真空泵出口设计有止回阀，以防止蝶阀故障时大气进入系统。一般采用手柄式弹簧止回阀，同时在分离器上装流量计，通过关闭止回阀，气体从流量计通过，还可以测试真空泵的抽气量。但在实际中，真空泵入口止回阀常常被忽视，以致在运行泵故障跳停时，外界空气将通过故障泵管道大量漏入凝汽器，急速破坏真空而造成停机。

1.4 真空泵控制逻辑存在问题

(1) 停泵时，蝶阀关闭与停泵指令之间无逻辑关系。操作员在执行关蝶阀命令后，即可停泵，若此时蝶阀故障，会因无止回阀或止回阀不严密而导致系统漏空气，影响真空，甚至造成低真空跳机。

(2) 运行泵跳闸时，入口蝶阀不联关。当无止回阀或止回阀不严密时，可能导致系统大量漏空气。

(3) 泵启动后，入口蝶阀联开。当真空泵工作不正常时，未待操作员确认即联开入口阀门，可能导致系统真空破坏。在电气检修单试电机时，也会使入口阀联开，导致系统真空破坏。

1.5 入口管道隔离问题

真空母管至真空泵入口之间只设计了1只由电磁阀控制的气动蝶阀，在电磁阀电源或气源故障，以及蝶阀密封不严时，都必须保持2台泵运行，既无法隔离检修，又影响运行成本，且降低运行可靠性。在一些特殊情况下(如蝶阀法兰泄漏)，甚至可直接导致低真空停机事故。

1.6 补水设计不合理

设计真空泵补水取自凝结水泵出口，由于凝结水温度一般低于排汽温度1 ℃～2 ℃，同时由于真空泵正常工作压力要比凝汽器压力低0.6 kPa左右，对应真空泵工作水温度应比排汽温度低3℃左右，实际上造成补水进入真空泵工作水系统后，要汽化并放出热量，从而降低了泵的抽真空能力。另一方面，由于凝结水压力高，也容易造成补水阀门损坏，影响正常水位控制。

1.7 真空开关成摆设

厂家原先设计真空开关的目的是用于低真空时联锁启动备用泵，但在电厂控制逻辑设计中则采用凝汽器压力变送器信号来实现，即当真空低到85 kPa时由DCS发令联启备用泵，由于该控制设备一直处于闲置状态，故可以取消。

2 系统主要改进及技术措施

2.1 改造后的系统概述

针对运行中发现的问题，分别进行工艺改进并修改控制逻辑，主要分为：工艺管道系统改进和逻辑控制系统改进。

在真空泵入口蝶阀前后增加手动闸阀(如不考虑投资也可设置电动门)和止回阀，防止空气倒吸；补水水源由机组凝汽器补水改由脱盐水补水；取消真空开关、差压开关；同时对泵的启动、停止及联锁时的控制逻辑进行修改。

2.2 工艺管道系统的改进

改进后的系统如图2所示。

2.2.1 取消入口蝶阀差压开关

取消入口蝶阀差压开关，改用其他联锁方式。差压开关原先用于判断泵是否工作正常，防止空气倒吸，在实际应用中其可靠性差。蝶阀仍为气动，气源采用本体仪表用储气罐，可避免泵在事故跳闸时，因电动门关闭时间长，而影响真空。电源设计应可靠，避免与控制电源交叉。

2.2.2 取消真空开关

真空开关原先设计目的为，在低真空时联启备用真空泵；达到设定真空时自动停运1台真空泵，其测点在泵入口与蝶阀之间，每台泵设计1台真空开关。在实际应用中，如泵停运，会显示低真空报警，该报警无实际意义，至于低真空联启备用真空泵的功能完全可以采用凝汽器真空测点值并连锁来实现，而且可以减少1台真空开关的投资。

2.2.3 入口蝶阀前后增设手动隔离阀和止回阀

在入口蝶阀前后增设手动隔离阀和止回阀。止回阀可选用对夹式蝶形止回阀，密封面软密封，阀门阻力低，更加实用可靠。

2.2.4 真空泵补水改进

泵补水由凝结水改成除盐水，由凝汽器补水母管接入。这主要有2点好处：一是降低补水温度，对真空泵工作有利；二是降低补水压力，对补水设备工作寿命有利。

使分离器内液位的高低直接影响到真空泵的性能。所抽的气体中含有蒸汽，有可能凝结成水而使水位增加，使真空泵的电动机功率增加；但更多的可能是水位降低(甚至无水)而使泵性能急剧下降，导致凝汽器压力变化影响发电机组的效率。这时控制水位就显得非常重要。一般采用常规的机械式浮球控制阀，使水位保持在一定范围内，水位高时可以自动溢流排放。为防万一，在与分离器相通的现场磁翻板液位计上还装有上、下限报警开关，接线到控制室，提供远距离的水位报警功能。

2.3 控制逻辑修改

为提高真空泵的安全可靠性，对其在事故或故障状态下实施有效保护，防范操作员误操作事故的发生，对真空泵的控制逻辑进行了以下修改：

(1) 真空泵任何情况下允许启动；

(2) 当联锁投入时，凝汽器真空低延时5 s或运行真空泵故障跳闸时，备用泵均联锁启动；

(3) 在蝶阀关反馈到位的情况下(DCS关反馈正常)，才允许操作员停用真空泵，可有效防止误操作；

(4) 气动蝶阀在真空泵开启状态下(开反馈到位)才可以打开，防止真空泵不正常或停用情况下，蝶阀被打开，导致真空异常；

(5) 当真空泵联锁启动时，蝶阀自行联锁打开，这样在事故处理时提高了系统的可靠性和及时性，减少了操作员的操作；

(6) 真空泵故障跳闸时，蝶阀自行联锁关闭，防止泵跳停，止回阀不正常导致真空降低；

(7) 真空泵蝶阀在断电情况下保持原有状态，避免失电导致阀门打开，影响真空。

3 改进效果

改进是分2次进行的。针对真空泵入口缺少止回阀的先天性设计缺陷，首先对真空泵的控制逻辑进行修改并取消了真空开关、差压开关。改进后有效防止了异常的发生，在长达10个月的稳定运行过程中，未发生过1起真空泵异常，很大程度上提高了运行安全性。

其后，利用机组停机大修机会，在入口蝶阀增加手动真空闸阀和止回阀，进一步提高运行安全性，彻底改善因设计问题造成的生产不稳定。至今未出现一起因真空泵导致的真空异常。