给水系统运行安全性分析

摘  要：给水泵作为热电厂热力循环最主要的设备之一，其能否安全稳定运行对电厂安全生产至关重要。根据电能的生产特点和锅炉运行的特殊要求，给水泵必须连续不断的运行。这不仅关系到正常发供电，而且还直接关系到锅炉设备的安全。本文从给水泵运行方式分析给水泵汽蚀现象、原因，并有针对性的提出防范措施。

关键词：给水泵;汽蚀;母管压力

一、给水系统概况

某电厂6台锅炉给水采取的是母管制模式，9台给水泵（#5、9、#10给泵为调速泵，其余为定速泵）向冷给水母管供水，给水从冷给水母管出来后进入6台汽机的高压加热器進行加热，加热后的给水又进入热给水母管，后分别经过6台锅炉的给水调整门进入锅炉的省煤器，最后进入各台锅炉的汽包。

汽蚀是给水泵工作的不正常现象。当泵叶轮吸入口处的压力低于工作水温所对应的饱和压力时，一部分水就会蒸发形成气泡，气泡沿着叶轮被水流带入泵内高压区，在高压区发生凝结、破裂，产生水冲击。这种损坏叶轮的水冲击称为汽蚀。

二、汽蚀余量

给水泵入口除了静压头要高出给水温度对应的饱和压力外，由于泵入口升速降压等损失，还要留有余量，以保证最低压力点的压力仍然大于汽化压力，这个余量称之为汽蚀余量。

1、有效汽蚀余量NPSHa

给水自除氧器经吸入管路到达泵的入口处，扣除各种压力损失后，所剩余的高出该处水温所对应饱和压力的那部分压头。

2、必需汽蚀余量NPSHr

给水从泵入口经过流道转向、截面变化引起一定的动能损失，使压力降低;同时由于叶轮旋转，第一级叶轮非工作面压力会更低一些，导致给水泵入口和泵的最低压力处存在一个压力差，这个压差为必需汽蚀余量。

给水泵正常运行不发生汽蚀，必须满足有效汽蚀余量大于泵的必需汽蚀余量，即：

由上图可知当流量增加时 N PS H a 将减小，N PS H r 增加. 根据泵的汽蚀原理，当N P SH a< N PS H r 时给水泵发生汽蚀，如图所示. N P SH a= N P SH r 是汽蚀发生的临界点，这点对应的流量Qc 称为临界流量。为防止汽蚀，给水泵设计最大流量必须小于临界流量。（受出入口管径及额定转速限制，该电厂给水泵达不到临界流量，可不考虑）

流量过低时，由于打闷泵导致给水温度上升，有效汽蚀余量减小，容易发生汽化（该电厂给水泵汽化流量值为80T/H），故给水泵运行时需要大于最小流量值，母管制更需要注意流量压力与母管匹配，防止倒灌汽化。

该电厂规定，流量小于100T/H时，必须开启再循环门，保持流量。

该电厂高除在给水泵入口水平以上14m，规定高除水位最低值为1.8m，有效高度=15.8m。

得给水泵入口处的势能压力0.15 MPa。

查阅给水泵说明书得知，给水158℃时，给水泵必需汽蚀余量为0.58MPa，考虑下水管弯头、管道的沿程阻力，除氧器压力必须保持0.45以上。该电厂规程规定，高除压力必须保持0.48—0.52MPa，以确保给水泵不发生汽蚀。

三、给水泵的汽蚀

1、给水泵汽蚀的产生和现象

给水泵在稳定流动状态下工作时，由于叶轮的旋转作用，在进口处形成一个低压区。给水流量越大，流速就越高，在流道中引起的动压降和阻力就越大。若安全裕度较小，在吸入口的给水受到一些意外因素的干扰时，本来就比较低的叶片进口非工作面端部压力就会再降一点，低于相应温度下的饱和压力时，入口就会汽化。

汽化的结果便是出现充满蒸汽的汽泡和逸出的部分气泡，这些汽泡又被给水带到给水泵的高压区域内，给水的压力和温度又会出现新的不平衡，原汽泡周围的高压给水以很高的速度向低压区冲击。伴随这种冲击而出现的极不稳定的给水流动，便会产生振动和噪声。并对金属表面产生机械侵蚀和化学腐蚀作用。给水泵的叶轮进口流道的金属部件就会因为汽蚀而损坏。

2、给水泵汽蚀的危害

（1）材料破坏

当汽蚀发生时，由于机械剥离和电化学腐蚀的共同作用，致使泵的壁面及叶轮材料受到严重破坏，大大缩短了给水泵的使用寿命。

（2）噪声和振动

汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪声，反复凝结、冲击的汽蚀过程伴随着很大的脉动力，若这些脉动力的频率与设备相同，就会产生共振，从而引起设备变形或损坏。

（3）泵性能下降

汽蚀产生大量汽泡会堵塞流道截面，导致泵的扬程和流量下降，同时泵的流量和压力波动较大，不能稳定运行。

3、给水泵汽蚀后的处理

当给水泵发生汽化时，应进行故障停泵，并开启给水泵出口门前放空气门，查清原因，消除缺陷。

该电厂《运行规程》P141指出，发现给水泵：

a给水泵内部声音异常，振动增大;

b电流下降并摆动;

c给水泵出入口压力下降并摆动;

d给水母管压力下降。

判断为给水泵汽化，应紧急停止汽化给水泵，联动备用泵。

四、防止给水泵汽蚀的措施

1、提高除氧器安装高度，但是除氧器高度的过高将导致主厂房建筑费用的增加，一般不采用。

2、加装前置泵，增加前置泵较简单，故滑压运行除氧器的机组全部采用此方法防止给水泵汽蚀。

3、前期设计布置科学紧凑，减少不必要的弯头和管段，降低管道流程的压降。

4、严格执行运行规程，启停泵之前及时打开再循环门，增加通量，提高抗汽蚀能力。

5、精心操作监盘，维持除氧器压力在规定范围内，防止除氧器压力骤降导致给水泵汽化。

6、合理分配给水泵启停，调整调速泵勺管开度，保持给水泵流量在运行范围。

结论：

提高给水泵入口压力，保证有效汽蚀余量大于必须汽蚀余量是防止给水泵汽蚀的最有效措施，从运行角度看最主要的是确保高除温度、压力、水位等参数在规定范围，启停泵时及时开启再循环门，保证给水泵流量。监盘人员密切监视给水泵出入口压力及电流变化，及时发现消除隐患，杜绝给水泵汽蚀发生，保证给水系统安全稳定运行。

参考文献

[1]  史月涛. 汽轮机设备与运行[ M ] . 北京：中国电力出版社，2008.

[2]  付忠广. 电厂汽轮机运行与事故处理 .中国电力出版社，2007

[3]  辜承林，陈乔夫，熊永前. 电机学[ M ] . 武汉：华中科技大学出版社，2001.

作者简介：林静（1986—），男，安徽省马鞍山市人，工程师。2010年毕业于南京工业大学热能与动力工程专业。目前就职于中国石化集团资产经营管理有限公司齐鲁石化分公司热电厂，主要从事汽轮机运行管理工作。