凝泵密封冷却水系统缺陷分析与改造
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600MW机组凝泵密封冷却水系统缺陷分析与改造
摘要：本文介绍了新建600MW机组凝泵密封冷却水系统在凝泵调试、机组投产、变频改造阶段存在的问题，通过各阶段问题分析、排查、处理，提出技术改造方案，最终解决了凝泵密封冷却水系统存在缺陷，保障了凝泵安全、经济运行。
关键词：凝泵、机封、密封冷却水系统、溶氧、变频
1．系统概述
某发电公司600MW超临界机组，2008年8月份投产。
凝泵采用某厂生产的10LDTNB-5PJ立式、多级、筒袋型、可抽芯凝结水泵；机组投产前电机未加变频，后续进行了变频改造。
凝泵轴端密封采用双端面快装式机封如下图：1所示，配备机封辅助系统（凝泵机封密封冷却水系统）如下图:2所示。
凝泵机封第一级机封密封冷却水由凝结水母管通过截止阀节流降压接入，冲洗冷却水随泵本体介质抽送到除氧器，压力可控制在0.8—1MPa范围内；第二级机封密封冷却水由凝输泵来水提供，密封冷却水回水接入凝汽器，压力可控制
在0.5—0.8MPa范围内；要求密封冷却水中无颗粒性杂质。
以上两级密封冷却水最大流量为1.3t/h左右。
其中图3中阀1、阀2的通流直径分为DN10mm、DN15mm截止阀。
凝输泵在机组调试、锅炉上水、凝结水补水时是运行的，为间断运行。
图1: 机械密封结构图图2:凝泵厂家密封冷却水接口图纸
图3: 原凝泵设计安装施工图（单位：mm）
2．存在的问题
2.1凝泵调试阶段机封烧毁漏水，且备用凝泵不宜运行时隔离检修。
2.2机组投产阶段凝泵出口溶氧高，密封冷却水系统存在安全隐患。
2.3凝泵电机变频改造后因凝泵出口溶氧严重超标影响了变频节能效果。
3．分析原因
针对凝泵调试、投产、变频改造三个阶段凝泵机封密封冷却水系统存在的问题，我们结合现场实际情况进行了分析、排查，找出原因如下。
3.1凝泵在调试时，出现了2台凝泵机封处甩水严重；且一台在运行，另一台不能隔离检修。
经现场检查，不宜运行时检修是凝泵机封密封冷却水系统设计、安装工艺不符合要求，密封冷却水进水阀门和连接法兰都在凝泵支座内，且连接法兰前没有隔离阀。
同时2台凝泵共用1套密封冷却水系统，只能在2台凝泵都停运时，才能检修。
机组停运后，对2台凝泵机封进行解体检查，机封两级密封面处都有金属颗粒、杂质，造成机封密封面磨损；且机封第二级密封面金属表面呈蓝黑色，表明机封第二级密封面密封冷却水中断，造成机封动静环产生干磨现象，最终导致机封密封面高温烧毁。
排除了调试运行时密封冷却水阀门未开的可能性，检查密封冷却水管道系统并确认管道无堵塞，进一步检查发现：机封第二级密封冷却水由凝输泵出口母管接入，因凝输泵为间断运行，造成机封第二级密封冷却水时断时续，最终导致机封超温烧毁。
综上所述，凝泵机封密封冷却水系统存在设计、安装工艺不符合要求。
3.2机组投产运行时，凝泵出口溶氧为80～100μg/L之间，超出国家标准20μg/L；凝泵机封第二级密封冷却水压力调节阀存在系统安全隐患，可能造成机组停运的风险。
运行时，机组真空严密性200Pa/min左右为良好；凝泵机封密封冷却水系统运行压力满足要求；凝汽器热井到凝泵管道、阀门、滤网、法兰等负压系统抹黄油检查，未见明显漏点；凝结水过冷度在标准范围内；凝结水补水在凝汽器喉部经喷嘴雾化补入，且在不补水时溶氧也是超标的。
对备运凝泵机械密封抹黄油检查时，有明显吸入现象，提高机械第二级密封冷却水压力到1—1.2MPa时，可降低凝泵出口溶氧10～20μg/L。
凝泵停运时，对凝泵机封及其密封冷却水系统进一步检查发现：凝泵机封第一级密封冷却水进水阀门2为针型截止阀DN15mm，其喉部实际通流直径不到6mm，其管道内径为21mm，造成凝泵机封第一级密封冷却水量不足，引起机封密封不严；同样在机封第二级密封冷却水进、出水隔离阀1也存在实际通流直径偏小的现象。
同时机封第二级密封冷却水压力调节阀未设旁路，运行中一但发生调节阀故障，将无法隔离检修，有造成凝泵停运的风险。
综上所述，凝泵机封密封冷却水系统存在阀门选型不合理、系统设计不尽合理。
3.3凝泵变频改造后，随负荷下降，凝结水母管压力下降，凝泵出口溶氧急剧上升，严重超标。
为了设备安全，凝泵变频不能正常使用，影响了变频节能效果。
凝泵变频运行，随负荷变化到500MW时，凝结水母管压力降到1.8MPa,此时机封第二级密封冷却水压力调节阀全开, 凝泵出口溶氧上升到40μg/L以上；关闭备用凝泵机封密封冷却水阀门，凝泵机封第二级密封冷却水压力升高，凝泵出口溶氧回落到20μg/L之内。
随负荷变化到450MW，凝结水母管压力降到1.5MPa时，凝泵出口溶氧开始严重超标；开启凝输泵，在凝输泵和凝结水母管一起给凝泵机封密封冷却水供水时，凝泵出口溶氧不同负荷时超标量开始下降，但不能达到标准值。
由此可判断凝泵变频运行，凝结水母管压力下降，原有的密封冷却水管道、阀门通径太小，造成凝泵机封密封冷却水压力达不到要求，密封冷却水供水不足，引起凝泵出口溶氧严重超标。
综上所述，凝泵变频改造时，未能考虑到母管压力下降对凝泵机封密封冷却水系统影响因素。
4．解决方案
根据凝泵调试、机组投产、变频改造三个阶段凝泵机封密封冷却水系统存在的问题分析、排查结果，通过全面的考虑、计算，在机组检修时，我们对凝泵密封冷却水系统提出了全面改造方案，如图4：
图4:凝泵密封冷却水系统改造示意图（单位：mm）
4.1凝泵机封两级密封冷却水系统同时由凝泵出口母管和凝输泵来水接入，并加装隔离阀和止回阀，防止凝结水与凝补水系统之间串水。
同时将原来由凝泵出口母管接入凝泵机封第二级密封冷却水系统管道、隔离阀、止回阀、调节阀通径由DN20改为DN32，系统管道、阀门采用焊接式连接；原凝输泵供水系统不变。
凝泵调试和启机前，凝泵机封密封冷却水系统由凝输泵供水，凝泵启动后，由凝输泵供水转为凝泵出口母管供水，两供水系统能自动切换，提高凝泵密封冷却水系统适应性和安全性。
4.2凝泵机封第二级密封冷却水调节阀前、后加装隔离阀，并加装旁路阀；2台凝泵机封第二级密封冷却水进、出水隔离阀外移，机封第一级密封冷却水连接法兰外移，并在法兰前加装隔离阀。
实现调节阀和任一台凝泵故障,系统能正常隔离检修，提高其系统的可靠性。
五．效果
2010年11月凝泵机封密封冷却水系统改造后，使凝泵在较低负荷变频运行，出口母管压力降至1.2MPa时，其出口溶氧不超标，如表1所示；同时使密封冷却水系统能在任一台凝泵故障、压力调节阀故障时，不影响凝泵、调节阀在线检修和凝泵机封密封冷却水系统运行。
从凝泵机封密封冷却水系统改造至今，已有3年多的时间，凝泵机封密封冷却水系统运行稳定，未出现任何故障，凝泵出口溶氧不超标。
此项改造既保证了凝泵机封密封冷却水系统可靠性、安全性，又使凝泵变频系统在较低负荷下运行成为可能。
按年机组在75％负荷下运行3000小时，每台泵组平均可再降低凝泵电机电流18A计算，根据ΔP=3UΔIcos¦公式,可节约厂用电=3000h×3×6KV×18A×0.89≈499440KW·h，折合标煤约150吨、费用约11万元。
电厂节能效果显著。
通过了解, 600MW机组凝泵机封密封冷却水系统存在上述类似问题。
上述某发电公
司600MW机组的凝泵密封冷却水系统缺陷分析与改造的实践证明：凝泵密封冷却水系统可靠性、安全性增强，节能效果提高明显，是非常值得借鉴的。
