电厂汽轮机水环式真空泵真空度降低的原因及处理措施

吴运金

（国能（泉州）热电有限公司，泉州 362804）

在电力生产中，汽轮机的优化是提高电厂经济性的关键措施之一。水环式真空泵作为提高汽轮机效率不可或缺的设备，其真空度的稳定性直接影响汽轮机的凝汽效率和安全运行。近年来，随着制造技术的进步和装备水平的提升，水环式真空泵的设计和维护已得到显著改进。然而，水环式真空泵真空度降低的问题依然存在，且对电厂的安全生产造成了较大的威胁。

1 水环式真空泵的工作原理及作用

1.1 工作原理

水环式真空泵通过一个偏心安装的叶轮在旋转时抛出水形成的水环来抽除气体，从而创建真空环境。在叶轮快速转动过程中，叶片与水接触，使得水被甩向泵壳形成一个密闭的水环，水环与叶轮之间形成的空腔逐渐扩大并吸入气体，然后随着叶轮旋转进入水环内部的空腔收缩，气体被压缩并通过排气口排出，完成抽气过程。该过程在电厂中显得尤为关键，其为汽轮机提供必要的真空环境，以保证蒸汽能够高效凝结，保障整个系统的热效率。

1.2 水环式真空泵在电厂汽轮机中的作用

水环式真空泵在电厂汽轮机凝汽器真空系统中扮演着核心角色，其主要任务是移除凝汽器中的非冷凝气体，维持凝汽器内部的低压环境。低压环境对于保证将蒸汽转化为水的效率至关重要，它直接影响着蒸汽循环的效能和发电效率，当蒸汽在汽轮机内部膨胀做功后，需要被迅速且高效地冷凝，以减少蒸汽排放和能量损失，同时保障系统连续运作。在这一过程中，如果凝汽器内部的真空度不足，蒸汽冷凝就会受阻，导致汽轮机背压增加，从而影响整个电厂的发电效率和经济性。

具体来说，水环式真空泵被用于冷凝器抽真空，通过抽取不凝结气体和空气，维持冷凝器的真空状态，从而提高汽轮机的效率。同时，水环式真空泵还用于真空吸水，为水冷发电机组等设备提供必要的冷却水，确保设备在正常运行温度下工作，防止过热现象发生。在烟气脱硫系统中，真空泵则负责抽取烟气中的二氧化硫等有害气体，以有效降低电厂的污染物排放量，起到保护环境作用。它还被应用于锅炉系统的真空排气，通过抽取锅炉中的空气和其他不凝结气体，使锅炉正常运行，提高其效率和安全性。此外，水环式真空泵还参与了飞灰的输送，通过真空流体输送的方式将飞灰从吸尘器漏斗高效输送至中央干燥收集点。综上所述，水环式真空泵在电厂中应用广泛，为电厂设备的正常运行、发电效率的提升以及污染物减排提供了有力支持，是电厂运行中不可或缺的重要设备。

2 真空度降低的原因

2.1 水环式真空泵结构问题

水环式真空泵在长期运行中可能会出现结构问题，导致真空度降低，其中一个常见问题是叶轮与泵壳间的间隙增大。在理想状况下，叶轮与泵壳间的间隙应控制在0.15～0.20 mm，这样可以保证足够的水环密封效果与最佳的抽气性能。表1 为结构间隙和叶轮偏心对真空泵效率的影响。由表1 可知，精密的结构控制对保持真空泵高效率运作至关重要，叶轮与泵壳间的间隙与效率降低之间存在量化关系。因此，定期检查和精确测量关键结构参数，能够维护真空泵的性能。通过定期监控和维护，可以及时发现结构缺陷，并进行必要的维修或更换，使真空泵恢复最佳工作状态。

表1 结构间隙和叶轮偏心对真空泵效率的影响

2.2 操作与维护不当

操作与维护不当是导致水环式真空泵真空度降低的常见原因之一。正确的操作程序是指按照规范启动、运行和关闭真空泵。如果启动真空泵前密封液不足或使用不当的液体，可能会造成初始抽气时间延长，进而降低真空泵的运作效率。过高或过低的运行速度均可能对泵的性能产生负面影响，合理的速度可以保证水环和叶轮间具有合适的相互作用力，维持有效的抽气作用。

维护涉及定期的检查、清洁和更换磨损部件。若忽略对泵内部沉积物的清理，可能造成内部通道堵塞，进而影响真空泵的真空度。另外，如果没有按照维护计划定期更换密封件，可能会因密封件老化或损坏而失去密封效果，导致空气泄漏，进而降低真空度。若未及时清理或更换泵用过滤器，也会导致流量降低，进而影响泵的性能。操作和维护问题逐渐累积，最终会导致真空度显著降低，影响电厂汽轮机的正常运行。

2.3 外界因素的影响

外界因素对水环式真空泵性能的影响不容忽视，这些因素包括环境温度、气候条件及供水质量。环境温度显著升高会导致密封液蒸发速度变快，进而影响泵的密封效率和抽气能力。在高温条件下工作的泵，通常需要额外的冷却措施，以保持稳定的真空度。气候条件尤其是湿度的变化同样会影响泵的运行。在高湿度环境中，空气含水量较高，可能导致抽气效率下降，这是因为真空泵需要花费更多时间来抽除相同体积的湿空气。此外，供水质量直接关系到泵的运行效率。水中过多的矿物质可能导致水环及泵内部结垢，不仅会降低抽气效率，还可能引起泵内部磨损。结垢可能导致喷嘴等重要部件堵塞，从而影响泵的整体运行状态。因此，清洁、软化的供水对于维持泵的最佳运行状况至关重要。

3 电厂汽轮机水环式真空泵真空度降低的影响

3.1 汽轮机的可用热焓降减少

汽轮机是一种将蒸汽的热能转换为机械能的设备，广泛应用于能源、电力等工业领域。在汽轮机运行过程中，蒸汽通过汽轮机叶片膨胀做功，将热能转换为机械能。在这个过程中，蒸汽的压力和温度均会降低，而汽轮机的出力（即功率输出）则取决于蒸汽的可用热焓降。

汽轮机的真空度是指汽轮机排汽端的真空程度，即排汽压力与大气压力的差值。真空度的高低直接影响着汽轮机的出力和效率。真空度降低意味着排汽压力升高，导致排汽温度升高，进而使得蒸汽在汽轮机内的可用热焓降减少，这是因为部分热能没有被转换为机械能，而是在排汽过程中损失。可用热焓降减少会直接导致汽轮机出力降低，因为蒸汽膨胀做功的能力减弱。同时，由于热能浪费，汽轮机效率下降，这意味着为了产生相同的出力，需要消耗更多燃料或蒸汽，从而导致汽轮机经济性降低。

因此，保持汽轮机真空度在合适范围内，对于确保汽轮机的经济性和高效运行至关重要。发电厂通常会配备真空泵等设备来维持汽轮机的真空度，并定期进行检查和维护，以确保设备的正常运行和性能稳定。

3.2 排汽缸及轴承座等部件受热膨胀

排汽缸及轴承座等部件的受热膨胀是汽轮机运行中需要密切关注的问题。这些部件在运行过程中受到高温蒸汽的影响，会产生热膨胀。如果热膨胀没有得到有效控制和管理，可能引起一系列问题。

排汽缸和轴承座等部件发生热膨胀可能会导致它们的几何形状和位置发生变化。这种变化可能会破坏汽轮机内部的动静平衡，导致转子与定子间的间隙发生变化，甚至可能产生摩擦和碰撞，进而引起汽轮机振动，严重影响其稳定运行。振动不仅会影响汽轮机的性能和经济性，还可能引发更严重的故障。例如，振动可能会加速汽轮机叶片的疲劳断裂，导致叶片飞出，严重损坏汽轮机。此外，振动还可能引起轴承的磨损和损坏，进而影响汽轮机的支撑和定位精度。

为避免这些问题，发电厂通常会采取一系列措施来控制和管理汽轮机的热膨胀。例如，优化汽轮机的冷却系统，确保冷却水的流量和温度能够有效控制排汽缸和轴承座等部件的温度；采用高精度的测量和监控设备，实时监测汽轮机的振动和位移情况，以便及时发现并处理潜在问题。

4 真空度降低的处理措施及效果评估

4.1 真空度降低的处理措施

4.1.1 优化密封系统

对于水环式真空泵，优化密封系统是提升其真空度的关键。为有效防止空气渗透和维护真空环境，采用高性能的密封材料和技术至关重要。通过细致审查和改进现有密封结构，可以显著降低泵内部的泄漏率。例如，应用聚四氟乙烯或硅橡胶等材料，这些材料具备良好的化学稳定性和弹性，能够在宽泛的温度和压力范围内保持稳定的密封效果。改进密封设计还包括采用双层或多层密封结构来提高冗余性，即使一层密封出现故障，系统仍能依靠其他层维持正常运行。同时，引入动态密封技术，使得真空泵能够随着部件的运动自动调整密封压力和位置，适应操作条件的变化。这些结构优化和材料升级，不仅可以增强真空泵的密封性能，减少因维护不当引起的机械故障和停机时间，也可以提高整个系统的可靠性和效率。通过这些措施的实施，不仅可以恢复真空泵的抽气性能，还可以为长期稳定运营提供保障[1]。

4.1.2 控制循环水箱的水温

循环水箱过小会导致水温过高，进而严重影响水环式真空泵的性能和真空度。在这种情况下，最直接有效的解决办法是增大循环水箱的容积。更大的容积意味着可以存储更多冷却水，不仅能提供更多的热容量来吸收泵运行过程中产生的热量，还能通过增加的水量来提高热交换效率，从而降低水温。这种改进方法能显著改善真空泵的工作条件，提高其稳定性和效率。

除增大循环水箱的容积外，还可以采取如下措施进一步降低水温。第一，增加循环水泵的功率或调整其运行参数，可以增加冷却水流量，有助于提高冷却效率，因为更多的水可以更快带走热量[2]。第二，如果条件允许，可以引入外部冷却系统，如冷却塔或换热器，这些设备使循环水与外部环境进行热交换，进一步降低水温。第三，优化循环水箱设计，也有助于降低水温。例如，通过设计更加复杂的表面结构，或安装散热风扇，可以增加水箱的散热面积，进而降低水温；在水箱内部安装热交换器，能提高热交换效率，从而降低水温。如果所抽容器内的温度过高，那么可以使用耐高温材料来制造水环式真空泵和循环水箱，以确保设备在高温环境下正常工作。第四，通过增加散热装置、改善容器的保温性能或调整工艺流程等方法，能降低所抽容器内的温度。这些方法不仅能直接减少热量的产生，还能提高整个系统的效率。第五，定期维护和清洁循环水箱及水路系统。水垢、污垢等杂质会显著降低冷却效率，因此必须定期进行清洁和维护，确保系统正常运行。第六，安装温度监控装置，能实时监测循环水的温度和真空泵的工作状态，这样可以及时发现和处理温度过高问题，避免对设备造成损害。通过这些综合措施，可以有效降低水温，提高水环式真空泵的性能和真空度，确保整个系统稳定高效运行。

4.1.3 操作与维护标准化

操作与维护的标准化是确保水环式真空泵长期稳定运行的基石，通过制定严格的操作流程和维护指南，可以显著减少由操作错误或疏忽导致的设备故障。在维护指南中详细说明每个维护周期内需进行的检查项目，包括泵的磨损状况、密封性能及可能的渗漏点检查，确保在早期识别并及时处理问题[3]。同时，操作手册也要明确启动前的检查程序，如检查泵体的清洁度、各连接部件的紧固情况以及预充液体等，确保泵在最佳状态下运行。通过实施周期性培训和考核，操作人员能够熟练掌握每项操作的要点和注意事项，从而减少人为错误的发生。

4.2 效果评估

通过运用综合的性能指标，如真空度恢复率、故障频率降低百分比和维护成本节约率，可以直观评价真空度降低改进措施的成效。这种量化的评估方法不仅可以证实改进措施的有效性，还能为未来的操作与维护工作提供宝贵的数据支持和经验参考[4]，使得电厂管理层能够基于这些数据做出更加合理的决策，确保真空泵系统长期稳定运行。

在实施改进措施后，应密切关注如下指标。第一，真空度恢复率。真空度恢复率是评估真空泵处理效果的关键指标。通过监测真空泵的吸入压力、排放压力以及泵内水位等参数，可以实时了解真空泵的工作状态，确保其在最佳工况下运行。第二，故障频率降低百分比。通过统计和分析故障数据，可以了解改进措施降低故障频率的实际效果[5]。通过对故障原因进行深入研究，制定有针对性的预防措施，进一步降低故障发生的可能性。第三，维护成本节约率。通过比较实施改进措施前后的维护费用，可以评估改进措施对维护成本的影响。

通过对电厂汽轮机水环式真空泵的处理效果进行量化评估，可以更加准确地了解改进措施的实际成效，为电厂的可持续发展提供有力支持。在未来的工作中，将继续关注真空泵的性能变化，不断完善和改进处理措施。

5 结语

水环式真空泵在电厂汽轮机系统中发挥着至关重要的作用，其性能直接影响电厂的运行稳定性和经济效益。然而，水环式真空泵在运行过程中，往往会遇到真空度降低的问题，不仅影响泵的正常运行，而且对电厂的稳定运行造成威胁。因此，系统解决水环式真空泵真空度降低问题，显得尤为重要。一方面要明确水环式真空泵真空度降低的原因，另一方面要采取针对性措施来解决问题，如优化密封系统、优化材料和设计以及操作与维护标准化等。

解决水环式真空泵真空度降低问题，采取有效措施优化运行和维护流程，对于提升电厂汽轮机的运行稳定性和经济效益具有重要意义。随着现代制造技术的不断发展，水环式真空泵的性能将得到进一步提升，更好地保证电厂的稳定运行。为此，要不断探索和研究，努力提高水环式真空泵的运行水平和维护能力，为我国电厂的可持续发展贡献力量。