热电厂凝结水泵机械密封水系统改进分析

朱良君，龙颜长，马聪，王勇，于鹏峰，李国敏

（1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.华电国际电力股份有限公司天津开发区分公司，天津 300450）

水泵中运用密封技术需保证动环固定泵轴与静环固定泵壳之间有着紧密的连接，运用机械密封技术能够实现对断面的有效密封，离心泵机械密封通常由垫片、压盖、静环密封圈、静环、动环、动环密封圈、推环、弹簧元件以及传动座组成。密封系统中弹簧作为主要元件构成的则是缓冲补偿机构，以静环密封圈以及动环密封圈为主要元件构成的则是辅助密封圈，辅助密封圈的主要作用就是进行辅助密封，动环密封圈则可以有效防止介质因为动环轴的作用而发生泄漏。离心泵机械密封可以有效发挥密封作用，避免泄漏介质。机械密封技术其次核心的技术原理是在平面贴附一层液体薄油，对流体压力进行做工，实现动静压力的有效平衡。天津南港热电项目拟建设3×350MW级超临界循环流化床燃煤锅炉+3×CCB170-24.2/5.0/1.8/0.15双抽背压机，机组发电容量510MW，凝结水泵采用某水泵厂制造的NLO 350-400×i型筒袋型立式多级离心泵，按凝结水量2×110%配置，凝结水泵用于将凝汽器内的凝结水及机组补水送至低压除氧器，同时向汽轮机三级减压减温器及其他减温器提供减温水，凝结水还向电动给水泵、汽动给水泵前置泵的密封水。因此，凝结水泵的高效稳定运行将成为本项目机组凝结水系统及给水系统的稳定提供了良好的保障，在进行凝结水系统调试过程中，发现现阶段凝结水泵机械密封水、轴承冷却水系统有一定的缺陷。本文提出对凝结水泵机封密封水的改进方案，在保证设备安全稳定运行的前提下，提高设备系统的自动化水平，保障凝结水泵的安全经济运行，并提高设备稳定性。

1 凝结水泵设备系统描述

1.1 凝结水泵参数

该机组凝泵为立式双层壳体结构，单基础安装，NLO 350-400×i型筒袋型立式多级离心泵，泵首级叶轮前加置诱导轮，双吸结构，轴向导叶，水泵内部叶轮结构如图1所示。水泵吸入口位于泵体基础下，水泵出口在泵体基础上，水泵具有良好的汽蚀性能。凝结水泵设计流量为838t/h，扬程130m，效率为83.2%，转速1480r/min，轴功率357.3kW，必需汽蚀余量≤3.2m。

图1 水泵内部叶轮结构图

1.2 机封密封水及冲洗水布置

该凝结水泵采用集装式单端面机械密封，机封与机封函体连接，需接冲洗水，冲洗水与机封密封水为同一水源，水源可以外接冷却水，也可以从泵出水母管引出。凝结水泵首次启动前密封水采用除盐水，由化水系统除盐水来，凝结水泵启动后，密封水采用水泵出口母管供水，密封水由泵本体回收，密封水水压0.3MPa，密封水量需保证在启泵前机封出口有液体呈滴状流出。冲洗水进水压力为0.25～0.4MPa，外供水水量为0.6～1.0m3/h，温度小于38℃，出水应保证其回水压力在0.1～0.2MPa。水泵轴承冷却水为闭式水系统来，启动前需先打开轴承冷却水阀门，保障轴承冷却水管路是否畅通，凝结水泵机封水、冲洗水及冷却水参数见表1。

表1 凝结水泵机封水、冲洗水及冷却水参数

机封结构如图2所示，主要包括轴套1、静环2、动环3，其中动环3和静环2的轴向接触面，经高精度研磨后，在密封部件中弹簧的作用下，保证了严密的轴向密封，极小的摩擦面间隙节流作用使液体的泄漏减少到很少的程度，保证泵输送效率、摩擦面的润滑和冷却。图中F为冲洗水进口，F，为冲洗水出口，Q为机封密封水进口。

图2 凝结水泵机封水、冲洗水结构图

2 调试过程中发现的问题

凝结水泵机封水系统示意图如图3所示，在该系统中，共两路密封水源，在启动凝结水泵初期，由除盐水实现密封与冲洗，0.5～0.6MPa除盐水自除盐水系统来，通过控制调节阀5b、5c的大小控制冲洗水压力，将启泵前压力控制在0.25～0.40MPa，通过控制调节阀5a的大小控制进入机封密封水量，开至机封处有密封水溢出即可。当启动凝结水泵之后，待凝结水泵出口压力增加至大于除盐水压力后，打开截止阀1b，关闭截止阀1a，切换至凝结水出口自密封。

图3 凝结水机封水系统示意图

在调试过程中发现，当密封水由除盐水切换至凝结水泵出口水源时，需运行人员到就地进行切换，并同时对调节阀的开度进行调整，使得密封水压力维持在0.25～0.40MPa。但随着机组负荷的变化，凝结水泵转速将作同步变化，凝结水出口压力同时会随着转速的提高而呈现上升趋势，密封水压力及流量也随之提高，偏离设计工况下的压力运行，将会对机封系统产生一定的损坏。此时，若需调整机封压力，运维人员需至就地进行手动操作调节阀，凝结水出力随着机组负荷的变化而变化，此密封水系统无法实现自动调整，大大增加了生产运行人员的工作量及设备运行的风险性。

3 改进方案

3.1 方案一：增加自力式压力调节阀

此凝结水系统中，机封冲洗水和机封密封水来源不同，设置两路水源的主要目的是保证设备运行及停机各阶段冲洗水可切换并在停机后停用，密封水不中断，并控制水压及水量。在该机封系统中，冲洗水接入机封动环与静环结合面，密封水接入静环底部密封腔，当冲洗水不中断时，冲洗水也能实现机封密封功能。为简化管路，当冲洗水连续不断提供时，可切断密封水管路，避免密封管路长期漏水。针对本凝结水泵机封系统提出如下改进方案，为解决凝结水泵转速变化造成的凝结水出口压力变化，导致密封水流量压力不稳定的现象，拟将凝结水路节流孔板改为自力式压力调节阀，调节阀实现阀后压力控制，通过调整自力式压力阀弹簧开度，将阀后压力稳定控制在0.3～0.4MPa，可大大提高机封水压力的稳定性。改造后的机封水系统如图4所示，同时，在系统机封水管路中增加压力开关，当密封水压力低于0.25MPa时低压报警，压力高于0.4MPa时高压报警。此方案中，主要是更换自力式压力调节阀，改造方便，机械式压力调节阀装卸简便，价格便宜，调整方便，可作为此凝结水系统改造的首选方案。

图4 增加自力式压力调节阀改造后凝结水机封水系统示意图

3.2 方案二：增加电磁阀及压力变送器

此凝结水泵密封水系统关键问题为凝结水泵转速变化造成的凝结水出口压力变化，导致密封水流量压力不稳定的现象，另一种解决方案是将节流孔板更换成电磁驱动阀，如图5所示，同时增加压力变送器，在电磁阀与压力变送器之间实现逻辑联锁控制，当密封水压力较高时，电磁阀接受压力信号向下降低开度降低压力，当密封水压力较低时增加开度提高密封水压力，将密封水压力控制在比较稳定的范围内。此方案改造可以大大增加密封水系统压力的稳定性，但由于电磁阀及压力变送器之间的联锁，此项改造费用将会较高。

图5 增加电磁阀及压力变送器后凝结水机封水系统示意图

3.3 方案三：增加电磁阀及气动三通切换阀

在方案二的基础上，为进一步实现自动密封水自动切换，增加气动三通切换阀，如图6所示，通过气动阀两端的压力值实现三通阀的自动切换，气动阀切换可实现快速切换，无扰切换，当启动凝结水泵后，当凝结水泵转速达到三通阀切换压力时实现三通阀自动切换，有效保证了系统密封水压力的稳定。但此方案对管路系统的改动较大，同时增加的设备更多，改造费用更高。

图6 增加电磁阀及气动三通切换阀凝结水机封水系统示意图

4 结语

针对在调试过程中发现的密封水系统管道系统的缺陷进行分析，提出三种基于密封水系统改造的方案，可有效保障设备安全经济运行，并提高检修维护的可操作性，进一步提高了设备系统自动化水平，保障了凝结水泵的安全经济运行，大大减轻了人工操作负担。