射水抽气器倒吸原因分析及处理

臧殿荣

（山东光明热电股份有限公司 山东泰安）

一、项目背景

射水抽气系统结构简单、工作可靠、抽吸气体能力大、不需另设启动抽气器、启动运行方便，广泛应用在小容量汽轮发电机组中。机组运行时，用射水抽气系统抽出凝汽器及真空系统中漏入的不凝结气体，同时维持凝汽器的真空，对机组的安全、经济运行起着重要作用。

山东光明热电股份有限公司3#汽轮发电机组为南汽生产的12 MW抽凝式机组，采用射水抽气器来维持凝汽器真空。由于使用矿井水作为冷却介质，水质为高碱高硬水。夏季运行时，射水抽气器系统补水温度高，加之系统设计不合理，导致射水抽气器抽吸能力下降，在机组负荷波动过大及停机时易造成凝汽器倒吸，导致凝结水水质超标，影响机组运行。

二、倒吸原因及分析

1.射水抽气器主要技术参数

射水抽气器型号CS12-2，抽吸压力0.004 MPa，工作水温20℃，抽气量6 kg/h，工作水量140 t/h，扬程39 m。

2.影响抽气器效果的因素

（1）工作水温的影响。夏季由于射水抽气器补水（凝汽器循环水）温度高，在30～35℃，抽气系统工作时，抽出的不凝结气体温度在40～50℃，射水箱散热较差，随着运行时间增加，抽出的高温汽与空气混合物使工作水温不断升高（达到40℃），远远超出设计工作水温。根据水饱和温度同饱和压力的一一对应关系，工作水温高，其能建立的真空度就低，抽吸能力就减小，反之亦然。当工作水温＞30℃时，每升高5℃，吸入室的压力约提高1.97 kPa。由于射水温度高于射水抽气器喉部压力所对应的饱和温度，使得部分水汽化，体积膨胀，工作水流量下降，抽气器吸入室压力升高，抽吸能力下降，在机组负荷突变时会造成倒吸现象。

（2）水质的影响。由于补水水质为高碱高硬水（碱度6.5 mmo1/L，硬度15 mmo1/L），射水箱容积小，且射水系统与循环冷却水运行条件的差异，水温高，水的滞留时间长，阻垢剂阻垢效果降低，导致系统结垢倾向大。容易造成抽气器逆止门、滤水器滤网、管道、射水泵叶轮等处结垢（图1）。直接结果是射水泵出力降低，表现在出口压力的降低，进而改变了整个系统的工作状况。

（3）射水抽气器逆止阀不严。为防止射水泵事故状态供水压力降低导致喷嘴的工作水吸入凝汽器中，在射水抽气器的气汽混合物入口装有逆止阀。逆止阀处在潮湿和含氧环境下，常因腐蚀发生卡涩和脱落事故，很难起到作用。

图1 系统结垢图

以上原因的综合作用，使射水抽气器的抽吸能力大幅下降，当机组负荷突降（如机组甩负荷、锅炉负荷突降、各种状态停机等），进汽量大幅降低，凝汽量降低，循环水量不变，蒸汽过冷却，会出现凝汽器内压力低于射水抽气器内压力，由于射水抽气器逆止阀不严，导致倒吸，污染凝结水、给水，造成锅炉水质异常。

三、解决方案

1.处理方案

（1）从提高射水抽气器抽吸能力出发，对抽气系统进行酸洗，从降低结垢及水温的角度出发，将其循环系统由闭式循环改为开式循环，自循环泵出口接一管路至射水泵入口，抽气器出水有两种选择。一是回至冷却塔，此种方式经现场调研不可行，原因循环水池与射水抽气器距离远且冷却塔地势比射水箱处高，无法自流到冷却塔。二是回至循环泵入口，此方法可行，但由于抽气器出水为汽水混合物，回至循环泵入口会造成循环泵的严重气蚀，亦不可取。

（2）从防止倒吸的角度出发，将空气管布置成具有一定高度的倒U形弯，防止差质水和空气经射水抽气器倒流入凝汽器。倒U形管高度的计算，射水抽气器后的气水混合物的密度即混合室内射出的水流和其所卷吸携带的空气所组成的混合物密度，一般为800～850 kg/m3，凝汽器内按绝对真空计，射水泵突停不返水的水柱高度是12.86 m。因此在抽气管上加装13 m长倒U形管，能有效防止射水抽气器的气水混合物返回凝气器影响凝结水质的问题。

2.方案实施

在凝汽器抽气总管开口，用与抽气总管相同管径DN200的钢管焊接倒U形管，管道采用全部焊接，不采用法兰连接，以防漏气。同时根据现场实际情况尽量减少弯头，降低系统阻力，系统图见图2。

3.辅助措施

（1）管道整体酸洗。由于水泵、水箱、管道的结垢，造成设备出力下降，出水压力由原来的0.39 MPa下降至0.32 MPa。采用5%的缓蚀盐酸对系统进行酸洗，提高射水泵出力及抽气器抽吸能力。

图2 射水抽气器改造图

（2）改造补水口降水温。对于射水抽气器，因在工作时不断消耗射水泵的功率，以及有蒸汽随同空气被抽入，且射水箱设计容量偏小，水量置换慢，工作水温将不断升高。因而在实际工作时，需要排去部分工作水，补充部分温度较低的补给水。射水箱的设计是否合理关系到射水抽气器的效率。原系统补水与排污虽在箱体两侧，但由于高度差低，只有200 mm。补入的低温水未完全扩散至泵的入口，既随排污流去，降温效果差。通过在射水箱内加装隔墙使之成为两格，射水抽气器排水和射水泵吸水管分别布置在射水箱两格中，使两者隔离间距加大，防止射水抽气器排水直接流向射水泵入口，溢流管设在隔墙以上，有利于水中的气体分离排放。补水口设在射水泵入口管，有利于系统降温，从而降低系统的结垢倾向，提高了抽吸能力。

（3）取消射水泵出口逆止阀。射水泵的出口设逆止阀，主要防止停泵或故障时介质倒流使转子倒转造成损坏。但就射水抽气系统而言，水由射水泵从射水箱中抽出升压送至射水抽气器后返回射水箱，射水泵故障时水无倒流动力，设逆止阀无实际意义。取消逆止阀后，降低了水循环的阻力，射水抽气器的压差增大，提高了抽气器抽吸能力。

四、效果分析

凝汽器采用倒U形管，并对管道进行酸洗和改造补水系统，当机组负荷突降（如机组甩负荷、锅炉负荷突降、各种状态停机等），保证不会出现倒吸问题。

采用倒U形管，可有效避免凝结水污染，每次开停机减少外排凝结水量100 t，同时锅炉给水水质得到保证，锅炉排污量每次降低150 t，以每吨除盐水10元计，每年机组启停3次，每年可节省7500元。

系统改造后减轻了系统结垢倾向，由于工作水温降低，射水抽气器抽吸能力提高，凝汽器真空度提高2%。真空每提高1%，汽耗降低1～1.5%，进汽量平均在80 t/h，以每年夏季运行100天计，可节约蒸汽3840 t，以每吨蒸汽40元利润计，每年夏季利润增加15.36万元。

射水抽气器采用倒U形管的改造简单易行，同时辅以防止结垢的措施如酸洗和改造补水排污系统，能有效提高射水抽气器的抽吸效果，进而提高凝汽器真空，可改善中小型供热机组射水抽气系统的缺陷情况。