330MW 机组真空泵存在的问题及改造经验

于海慧

（中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司，广东省惠州市，516082）

中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司1、2号汽轮机为东方电气集团东方汽轮机有限公司生产的亚临界中间再热单轴、三缸双排汽、抽凝式汽轮机，型号为CC330-16.7／2.7／1.3／538／538。凝汽器采用东方汽轮机厂制造的单壳体双流程表面式凝汽器，冷却面积为18600 m2。公司共有4 台真空泵，为苏州和顺泵业有限公司的2BW4353-0EK4型单级平原盘真空泵。每台机组装设2台真空泵，一用一备。汽轮机真空的建立和维持全部都要由真空泵承担，汽轮机排汽中的不凝结气体要由真空泵全部抽出，真空泵对机组真空的变化起到决定性作用，为此真空泵的安全稳定运行对机组的安全经济运行起到了至关重要的作用。若2台真空泵同时故障停止运行，将发生发电机组故障停机，严重影响机组的安全稳定运行。

1 汽轮机真空系统及真空泵设备结构

中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司1、2号机组在装4台真空泵，为苏州和顺泵业有限公司的2BW4353-0EK4 型单级平原盘真空泵。真空泵冷却器为管式钛管冷却器，冷却水为海水。汽轮机排汽经过凝汽器引出的DN200管道接到真空泵入口，平原盘真空泵为单级叶轮、双吸入口、双排出口、顶排式。双吸入口直接接到凝汽器排汽管道上，双排出口通过一根管直接接到汽水分离器上，再通过汽水分离器排到厂房外面。真空泵端部各设有一个分配器，分配器上装有排汽阀板，阀板采用塑料制品，极易疲劳损坏掉真空。入口管道靠近真空泵泵体位置设有抗汽蚀喷嘴，经常由于汽水两项流冲蚀而损坏。真空泵密封水来自凝补水系统，通过电磁阀自动补充真空泵正常运行所需水量。真空泵设有溢流阀，确保真空泵水位控制在允许水位。真空泵电机为湘潭电机厂生产，功率为160kW，真空泵与电机采用刚性柱销联轴器。每台机组装有2 台真空泵，当一台真空泵故障跳闸后，联锁另一台真空泵启动，确保机组真空稳定。

2 汽轮机系统真空泵投产运行后发生的故障

苏州和顺泵业有限公司生产的2BW4353-0EK4型真空泵在投产运行的1年多时间里，真空泵多次出现故障，经过大数据系统统计真空泵缺陷共计190次，冷却器海水侧多次滤网堵塞，冷却水滤网压差高。通过对滤网进行改进，效果有所好转，但仍然存在以下问题：

（1）2010年10月31 日，1、2号机组4台真空泵由于冷却器温度高，真空泵发生汽蚀，采用接临时水源消防水进行冷却，主要原因是冷却器堵塞。

（2）2010年9月24日，1号机组11真空泵非驱动端盘根大量漏水，真空泵自由端轴套运行中窜出，紧急停泵进行检修，主要原因是轴套加工工艺差，定位螺钉松动。该轴套主要是配合盘根密封真空泵，盘根正常完好。经过停泵检查发现真空泵轴套位移约3～5mm。真空泵轴套内径为150mm，轴套与真空泵泵轴属于过渡配合，就是说轴套可以在不加热的情况下，轻松用铜棒敲击装入泵轴，轴向定位主要依靠M6螺钉固定，由于螺钉松脱使得在运行中真空泵轴套窜出。由于轴套螺钉处于泵端盖内凹窝处，在水泵不拆开大修的情况下无法安装螺钉及拆卸轴套，为此采取临时捻打方式固定真空泵轴套，回装盘根压盖，经过试转运行正常。

（3）2010年6月28日，2号机组21真空泵驱动端轴承与非驱动端轴承振动大，垂直振动0.17mm，且驱动端轴承有异音，停泵进行检修。2010年5月24日，1号机组12真空泵非驱动端轴承振动大，就地测量为0.18mm，停泵进行检修。解体后发现叶轮汽蚀严重。

（4）2013 年11 月2 日，2 号 机 组 负 荷 由225 MW升至310 MW 后，凝汽器真空逐渐呈下降趋势，真空1点由93.39kPa最低降至88.2kPa，真空2点由-94.4kPa最低降至-92.07kPa，21真空泵电流由216A 逐渐升至234A，凝泵入口温度由39℃逐渐升至47℃，立即就地检查，手动将负荷降至275 MW，启动22真空泵，停运21真空泵，机组真空正常。检查发现21真空泵入口管道靠近真空泵泵体位置抗汽蚀喷嘴由于汽水两相流的作用，接管丝扣位置管壁减薄，运行中断裂。真空泵抗汽蚀喷嘴材质为黄铜，由于汽水两相流的作用造成汽蚀，使得管壁减薄接口断裂。经过更换不锈钢材质的抗汽蚀喷嘴，情况有所好转。

苏州和顺泵业有限公司的2BW4353-0EK4型真空泵存在的主要问题是噪音大、叶轮运行中多次出现裂纹、叶轮汽蚀严重、泵体振动大、真空低、抽气能力小、能耗高。在真空泵运行及检修中多次发现真空泵缺陷，叶轮频繁出现裂纹。厂家目前已经停止生产真空泵。

噪音大、叶轮有裂纹是真空泵的设计、制造和选材等几方面原因造成的，现在使用的真空泵由于设计原因，叶轮裂纹的产生是不可避免、不可控制、不可预测的。当裂纹达到一定程度时会突然断裂，导致故障停机。真空度低会影响发电效率，由于现有真空泵在低真空时抽气量大，在高真空时气量衰减严重，而凝汽器需要的是高真空，气量的衰减是导致真空度低的主要原因。基于以上原因，对真空机组进行改造，以消除叶轮断裂导致故障停机的可能性，确保机组安全发电。

3 汽轮机配套真空系统真空泵的调查

（1）国内针对大型发电企业提供配套真空泵的主要有佛山真空泵等国产平圆盘真空泵、日本鹤见集团生产的鹤见真空泵及NASH 真空泵。目前600 MW 机组及1000 MW 机组大多采用可靠性较好的NASH 真空泵及日本鹤见集团生产的鹤见真空泵。NASH 真空泵转子也有轻微汽蚀情况，但是使用周期长，汽蚀经过处理后能够满足长周期运行要求。

（2）凝汽器真空泵的选用原则是在高真空时抽气量要大、不容易发生气蚀，尽可能用最好的品牌以保证系统的安全、高效、稳定。十多年来，国内外的大型新建电厂大部分都是采用NASH 真空泵及日本鹤见集团生产的双级鹤见真空泵，用户普遍反映运行良好。

（3）单级真空泵和双级真空泵有各自的应用领域。单级真空泵在低真空时抽气量大，在高真空时气量衰减严重。双级真空泵在低真空时抽气量小，在高真空时衰减没有那么多。凝汽器在高真空度下运行，所以用双级泵比用单级泵好。

从以上考察结果来看，建议将现用的单级泵改为双级泵。十多年来国内外的大型新建电厂大部分都是用双级泵，用户普遍反映双级泵的真空度更有保证。

4 原真空泵运行中存在的问题及改造必要性

（1）真空泵冷却器换热面积偏小，真空泵工作液温度夏季偏高。真空泵的性能与所抽吸气体的状态 （压力、温度）和工作液的温度关系密切。

图1 工作液温度对真空泵性能的影响关系

从图1中可以看出，工作液温度对真空泵性能影响很大，尤其是在抽气压力比较低的情况下影响更加明显，而发电厂中真空泵的抽气压力恰好在此范围之内。因此，要重视真空泵工作液的温度。国华惠州热电分公司真空泵冷却器由于采用海水冷却，冷却器容易堵塞及滋生海生物，原真空泵冷却器面积设计偏小，造成真空泵密封水温度在夏季很容易达到30℃以上，影响了真空泵的真空度，很容易造成真空泵汽蚀。

（2）原真空泵为单级平原盘真空泵，双吸入口、双排出口、顶排式。双吸入口直接接到凝汽器排汽管道上，双排出口通过一根管直接接到汽水分离器上。真空泵端部各设有一个分配器，分配器上装有排汽阀板，阀板采用塑料制品，极易疲劳损坏掉真空。入口管道靠近真空泵泵体位置设有抗汽蚀喷嘴，经常由于汽水两项流冲蚀而损坏。这种单级泵的结构设计，抽气量衰减非常快。

（3）原真空泵经常出现振动大的问题，主要是原真空泵联轴器采用弹性柱销联轴器，真空泵传递功率较大，弹性柱销联轴器的柱销经常磨损，容易造成联轴器传递负荷波动，同时真空泵汽蚀造成转子的动不平衡，使得真空泵轴承振动值超标。

（4）原真空泵叶片经常发生汽蚀，而且汽蚀严重。真空泵防止汽蚀的方法是从冷却器工作液管道引一路水源通过带有旋转喷雾叶轮的喷水装置喷到真空泵侧盖进气口，降低工作液温度，防止真空泵汽蚀，但是旋转喷雾叶轮采用黄铜制成，经常由于磨损损坏，使得雾化效果差，使得真空泵汽蚀。

苏州和顺真空泵在运行过程中陆续出现了多种缺陷，如：运行中轴套窜出、大修中发现叶轮轮毂及叶片多处裂纹、经常发现叶轮汽蚀、真空泵泵体噪音大、呼吸板经常损坏、分配器汽蚀，运行不到2年便陆续出现这些问题已经成为安全生产的隐患。

5 真空泵改造方案

（1）增加换热面积，降低真空泵工作液温度。由于真空泵换热器温度对真空泵影响较大，为此在设计真空泵时保持换热器采用管式换热器，换热器所有有可能接触海水部位均应为耐海水结构，换热管材质要采用耐海水腐蚀的钛 （Ti），换热面积采取裕量大于20%，就是说在换热器堵管20%的情况下，换热器在夏季能够保持真空泵工作液温度不超标准。管式换热器生产厂家为茂港电力设备厂。换热器管侧及壳侧设置排气口及排气阀，确保换热器内气体可以排净。换热器管侧及壳侧设置放水口，便于检修时将内部存水排净。同时工作液采用离心泵进行循环，提高了管式换热器的换热效果，进一步降低了真空泵工作液的温度。由于工作液采用强制循环，真空泵内有一部分多余工作液，通过加装第一级泵壳到第二级出口排气管上小径管，排除多余水量，确保真空泵工作液保持在标准水位。

（2）将原来的单级平原盘真空泵改成双级泵。采用双级真空泵，双级真空泵性能曲线下降平缓，高真空下仍具有较大的气量，工作状态稳定，保持凝汽器的最低背压和高真空下的抽气量，效率高，节能效果明显。而且双级泵的每一级的压缩比减少，工作液温升小，有利于真空泵防止汽蚀。消除了汽蚀，也就消除了水泵的噪音。

（3）将原来真空泵弹性柱销联轴器改为蛇形弹簧联轴器，消除了由于弹性柱销磨损使得电动机与真空泵连接不稳定，从而造成真空泵振动的问题。改造后联轴器型号为JS109。

（4）采用气体保护设计，防止真空泵汽蚀。水环式真空泵属容积式类泵。转子在真空泵泵体中偏心安装，当真空泵运行时，把液体当作活塞，液体冷却气体，液体冷凝蒸汽。当真空泵液体充满和排空每个旋转腔，即气体吸入，然后压缩、膨胀，压缩、再膨胀。此时，对气体来说，不断地被压缩、膨胀，再压缩、再膨胀，当气体要被压缩到一级缸体即要出口时，而没有出一级缸体瞬间前，此时，相对来说气体的压力高、温度高、气量是最小的，具备了汽蚀条件，也就是说，液体极易在缸体内产生汽化影响，冲击造成对叶轮工作表面直接汽蚀，会出现典型汽蚀现象。为此专门设计了防汽蚀装置。防汽蚀装置的机理是，水环式真空泵运行时，从分离罐连结的管中引入一根大气管，大气管上装有6mm 孔板。直接引入到一级缸体较为理想的出口处，当气体要被压缩到一级缸体即要出口时，吸入部分大气，直接引入到一级缸体内，来破坏液体在缸体内受到气体冲击的汽蚀，同时，叶轮表面形成气体保护层，从而保护了水环式真空泵的叶轮运行时不易汽蚀。同时选用了防汽蚀的不锈钢叶轮材料，具有良好的防汽蚀性，以达到防汽蚀设计要求。

（5）1、2号机组拆除原来的11真空泵组及21真空泵组，更换为上海鹤见公司生产的200EVMA双级真空泵。保留原来的12、22真空泵作为备用。

更换的200EVMA 双级真空泵与原来的真空泵在运行倒泵切换时可以正常切换，因此每台机组改造一台保留一台的方式可以满足机组运行需要。由于机组更换了安全性更好的一台200EVMA 双级真空泵，即使原有真空泵出现故障跳泵，200EVMA 双级真空泵联动也不会影响机组真空，从而提高了机组运行的安全性。真空泵的地脚螺栓位置与原真空泵地脚螺栓一致，不需要重新安装地脚螺栓。

（6）改造后鹤见真空泵及电机主要参数。真空泵型号为200EVMA；级数2 级；压缩比为1∶5（第一级）和1∶6 （第二级）；真空泵极限真空度为3.3kPa；泵转速为590r／min。电动机为上海上电电机有限公司生产的型号为：Y2-355M2-10；功率为132kW；电压为380 V；额定电流为269 A；功率因数为0.79。真空泵的工作液循环泵为上海第一水泵厂生产的型号为：IS65-50-125电机离心泵；电机功率为3kW；转数为2900rpm；扬程为20m；流量为25m3／h。

6 真空泵改造后的运行效果

6.1 经济效益

200EVMA 真空泵安装投入运行后真空泵电机电流降低34A，机组真空提高0.3～0.4kPa，经济效益显著。真空泵轴承振动0.04 mm，达到优良标准。真空泵噪音小于50分贝。

1号机组改造后电流降低34A，由于真空泵定期切换运行，全年运行时间为365×24／2=4380h。

2号机组改造后电流降低15A，由于真空泵定期切换运行，全年运行时间为365×24／2=4380h。

机组负荷率按照80%计算：1号机组节省电量为1.732×0.85×380×34×4380×0.8=66648.96 kW·h；2号机组节省电量为1.732×0.85×380×15×4380×0.8=29403.95kW·h；真空泵改造后1、2号机组全年可节省电量96052kW·h，按照0.5元／kW·h计算，全年可节省电量4.8万元。

按照300 MW 等级机组真空每提高1kPa，可以节省煤耗3g／kW·h计算，1、2号机组可降低煤耗0.8～1.2g／kW·h，全年按照机组负荷率80%计算，煤耗按照0.8g／kW·h计算，全年可节省标煤1851t，按照850元／t计算，全年可节省人民币157.3 万元。2 台机组全年可节省人民币314.6万元，经济效益非常可观。

6.2 社会效益

1、2号机组真空泵更换一台后，提高了机组真空泵运行的安全性，提高了机组的可靠性、安全性及经济稳定运行。