600MW机组凝结水泵多次发生汽蚀的原因分析

胡中强

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，安徽合肥230022）

600MW机组凝结水泵多次发生汽蚀的原因分析

胡中强

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，安徽合肥230022）

分析了某型600MW机组凝结水泵多次发生汽蚀的原因，解析了凝结水泵汽蚀的机理，找到了触发汽蚀的诱因。根据水泵的布置情况，改善了系统管道的隔离状况，采取了清除入口障碍物及提高凝汽器液位高度等措施，避免水泵再次发生汽蚀现象。

机组；凝结水泵；汽蚀；沿程阻力；汽蚀；余量；诱因；分析

0 概 述

水泵运行中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处），因为某种原因，抽送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时，液体便在该处开始汽化，形成气泡。这些气泡随液体向前流动，至某高压处时，气泡周围的高压液体致使气泡急骤地缩小以至破裂，这就是泵的汽蚀现象。当泵发生汽蚀后，随着时间的推移，会导致泵的出力下降。汽蚀严重时，还会使泵体结构受损，直接影响了机组的安全稳定运行。

1 设备简况

某型机组的换热系统中，配置了2台凝结水泵，正常运行工况下，1台投运，1台备用。水泵和电机的相关参数，如表1所示。

2 汽蚀产生的原理及危害

在泵内流道中，因某处液体的压强下降至相应的液温汽化压强时，就会出现气泡。气泡中主要是蒸汽，因水中溶解有一定数量的气体，所以气泡中除蒸汽外，还夹带了少量的气体。当气泡随着水流通过相对高压区时，蒸汽被重新凝结成水，气泡逐渐产生变形进而破裂。在气泡破裂的瞬间，高压水以极高的速度流向这些气泡原本占有的空间，形成了一个冲击力。这种气泡形成、聚集、增长直到溃灭的过程就是汽蚀［1］。

表1凝结水泵及电机的相关参数

汽蚀发生后，对水泵的正常运行造成明显的影响和危害。主要在三个方面造成了影响，对流道的材料造成破坏；使泵的运行性能下降；导致泵产生明显的振动和噪音。

3 凝结水泵汽蚀的原因

凝结水泵是在汽轮机辅机系统中长期运行的重要设备，对于机组的稳定运行起着重要的作用。系统运行时，凝结水泵经常处于一用一备的状态。由于水质原因，其入口滤网经常需要清理和检修。凝结水泵的入口与凝汽器相连，而凝汽器内部的清理工作，是每次停机检修时必须进行的检修项目，检修时，可能在设备内混入杂物。同时，由于凝结水泵的入口压力比普通水泵低，所以，凝结水泵较易发生汽蚀现象。引发汽蚀的原因主要有几个方面。

（1）流动介质内混入空气

凝结水泵的入口滤网经常需要抽出清洗。清洗滤网时，如备用水泵入口阀门的密封性较差，会有部分空气通过入口母管被水流带至运行水泵中，当混入空气增加至一定量时，就会在运行水泵中产生汽蚀现象。发生这种情况后，可打开运行水泵的排空气阀门，排出多余空气，以减小水泵发生汽蚀的可能性。

（2）沿程阻力较大

因系统设计要求，从凝汽器热井至凝结水泵的管道比较粗短，同时管道上设计有入口滤网、入口阀门、入口母管三通、入口母管弯头等附件，增加了流体的沿程阻力。如果在后期改造中，增加了其它阻力元件，更会导致沿程阻力的增加，也会使凝泵的有效汽蚀余量不足而发生汽蚀现象。

（3）入口滤网堵塞

凝结水的水质相对较差，由于检修等原因，设备内会存在一定量的杂质，长期运行后会堵塞凝结水泵入口处的滤网。此类故障使入口滤网的差压发生变化，可通过及时清理，排除故障。

（4）入口阀门阀芯脱落

由于入口阀门的阀芯被流体长期冲刷，可能会发生阀芯移位、开关不到位甚至脱落等现象，导致入口管道的流体截面积缩小。入口流量的急剧减少，从而引发水泵的汽蚀现象。

（5）入口管道堵塞

停机检修时，对凝汽器内部的检修是必不可少的工序之一，可能有部分器具或辅材遗留在凝汽器内部，引起凝结水泵入口管道的堵塞。在凝汽器水室通往热井入口处，设置有入口格栅网，一些体积较小的物体会随水流进入凝结水泵的入口滤网，如果滤网堵塞会触发滤网差压高的报警讯号，需对事故水泵进行运行切除和隔离，并清洗滤网。有时，也会有体积较大物体遗留在凝汽器内，堵塞了入口栅格网，导致入口母管的流量受限，当凝结水泵转速升高后，水泵有发生汽蚀的可能性。

4 事故分析及处理

对凝结水泵滤网的清洗工作，需在切换运行状态后进行。关闭待检修水泵的入口蝶阀，将入口滤网取出，就地清洗。经多次清洗滤网后发现，每次都是在清洗不久后，水泵的运行状态开始逐渐发生劣化，其电流由正常运行中的74A逐渐下降并呈波动状态，凝结水母管压力和凝结水流量也逐渐开始波动，且波动值越来越大。约30min后，凝结水泵的运行噪音也明显增大，此时，水泵的振动增大。严重影响了机组的正常运行。此时判断，凝结水泵已发生了明显的汽蚀现象。

由于汽蚀现象是在切换水泵运行状态后发生的，经排查，排除了人为操作失误的可能性，因此，汽蚀可能是正在检修的凝结水泵引发的。在检修水泵工作完成后，将其投入运行的初期，并未发生汽蚀现象。运行之前，水泵已排出了少量空气，据此判断，水泵发生汽蚀的原因，是运行流体中又混入了空气。调取以往运行数据发现，该类现象已数次发生，均出现在隔离了凝结水泵并清洗滤网的作业过程中，故判断该汽蚀现象的发生，应与凝结水泵入口滤网的清洗检修作业有关。

经检查发现，该凝结水泵入口滤网腔的室内水位，在清洗滤网的过程中逐渐下降。由此认定，该凝结水泵发生汽蚀的原因，是由于备用泵入口蝶阀的密封不好，检修时，由于运行水泵的抽吸作用，导致备用泵管道内水位逐渐下降，最终导致水封失效，有少量空气混入水中并被抽吸至运行水泵。因空气的混入，运行中的凝结水泵发生了汽蚀现象。在随后的检修中，通过不断向滤网腔室内注水，以保持水封状态，避免了空气的再次混入。多次试验后确认，运行水泵不再发生汽蚀现象。

为解决该问题，机组停机时，在2台凝结水泵的入口蝶阀之前，分别加装了1只入口闸阀。由于现场安装空间受限，闸阀的布置位置，与母管弯头和三通的位置相距很近。

机组开机后，凝结水泵转速为1160r/min，高压加热器未投运，排汽温度为40℃，凝汽器液位高度为1600mm。开大除氧器上水的主调门后，凝结水流量增大，维持约3min后，流量急剧下降，凝结水泵电流从73A下降至57A，出口母管压力由1. 91MPa下降至1.4MPa。通过控制上水主调门，凝结水泵电流和凝结水流量趋于稳定。发生异常前水泵的运行工况曲线，如图1所示。

图1凝结水泵相关参数运行曲线

维持凝结水泵的运行状态不变，机组负荷逐步升至300MW。随着机组负荷进一步提升，凝结水流量需要继续增大。逐步提高凝结水泵转速后，凝结水泵的流量无法维持在稳定值，凝结水泵的电流、出口压力和流量均发生了不规律的波动。同时，泵体振动和噪音明显增大。此时，凝结水泵已发生了明显的汽蚀现象。需要注意的是，在提升凝结水流量的过程中，有类似脉动的流量变化。据此推断，水泵入口处可能被堵塞，从而导致流量的波动。

在提升了凝汽器的液位高度后，凝结水泵的汽蚀现象得到了一定程度的缓解，凝结水泵的出口流量可提高到一定程度并保持稳定。如果再进一步提升流量，水泵还是会发生明显的汽蚀现象。

在调阅凝结水泵相关设计参数后发现，该型水泵所需的汽蚀余量（HPSHr），为5.5m，而在同期建造的600MW火电机组中，选用的凝结水泵的汽蚀余量（HPSHr）多为3.5～4.5m。相对而言，该型水泵的汽蚀余量偏大。汽蚀余量标志着泵抗汽蚀性能的好坏，它的值越小，则泵的抗汽蚀性能越好，要求吸入系统所提供的有效汽蚀余量（NPSHa）也越小［2］。并且，该机组采用的是紧凑型设计方案，凝结水泵入口管路系统的布局较为集中和密集。再考虑到水泵入口新加装的闸阀，使系统的沿程阻力发生了变化。因此，需要考虑沿程阻力的增大，是否导致了水泵汽蚀余量的不足，从而引起了水泵汽蚀现象的发生。

加装了入口闸阀后，由于安装位置距母管弯头和三通较近，增加了管道的沿程阻力，加剧了凝结水泵的汽蚀现象。由于提高了凝汽器的液位高度，从而提高了凝结水泵的入口静压。在水泵出力较小的工况下，凝结水泵的汽蚀现象并不明显，但随着负荷的增加，在进一步提升凝结水泵出力的过程中，水泵的汽蚀现象就会急剧变化。

新加装闸阀的局部阻力相对分流三通和弯头而言并不大（分流三通局部阻力系数ξ=1.5，90°弯头局部阻力系数ξ=1.0，闸阀局部阻力系数ξ=0.5），但是，当数个阻力集聚一起时，总的阻力损失并不是各个局部阻力损失的简单相加。有关的研究结果表明，如果各局部阻碍之间的距离大于3倍管径简单的相加，所得结果偏于安全［3］。而该电厂在进行管路改造作业前，并未针对此系统进行相应的计算，所以该机组的设备安装方式和布局，可能存在一定的隐患，应在以后的检修方案中加以优化或改进。

5 结 语

某型凝结水泵发生了多次较为明显的汽蚀现象，引发汽蚀的主要原因有两类。

第一类是由于系统中其他水泵的隔离阀门发生了轻微的泄漏，在水泵的隔离检修时，有微量空气混入流体中，最终在运行水泵处聚集，从而导致了汽蚀现象的发生。

第二类是由于凝结水泵入口处被堵塞，且入口管道的沿程阻力发生了变化，导致了水泵入口流量不足。同时，水泵的有效汽蚀余量发生了改变，也会造成汽蚀现象的发生。经相关整改后，逐步提升凝结水泵转速，增加凝结水泵出口流量，未再发生明显的汽蚀现象。

加装入口闸阀后，虽然避免了在隔离检修过程中空气混入的情况，但未进行仔细计算和检验，对水泵入口的沿程阻力变化无法准确判断，可能对水泵的正常运行存有隐患。因此，在类似情况的处理中，首先应考虑更换密封性变差的蝶阀。如欲改装系统管路，还是应经过测量计算后，再确定施工方案。

［1］吴达人.泵与风机［M］.陕西：西安交通大学出版社，1989.

［2］郭立君.泵与风机［M］.重庆：水利电力出版社，1986.

［3］陈湘，谭华.凝结水泵的汽蚀研究［J］.电机技术，2008（6）：42-44.

［4］邢国清，张清.流体力学泵与风机［M］.北京：中国电力出版社，2004.

AnalysisandTreatmentofaPowerPlantCondensatePump CavitationsReasons

HUZhong-qiang
（ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstiute，Hefei230022，Anhui，China）

Incombinationofapowerplant600MWunitcondensatepumpcavitationoccurredfaultanalysis，introduces theprincipleofcondensatepumpcavitation，andanalyzestheincentivesmaytriggerpumpcavitation，andgives specificreasonsforthefailurecausespumpcavitation.Byclearingtheblockageinthepumpinletofobstacleswhile thepossibilitytoimprovetherun-timefiltersandcondensersandothermeanstoreducetheliquidlevelbyreplacing thepumpcavitation.

unit；condensatepump；cavitation；resistancealongtheway；NPSHr；seduction；analysis

TK264.9

A

1672-0210(2015)04-0027-04

2015-08-18

：2015-09-21

胡中强（1984-），男，上海电力大学本科毕业。主要从事热力系统节能、优化和故障诊断等方面的研究工作。