600MW機組凝結(jié)水泵多次發(fā)生汽蝕的原因分析

胡中強

（中國大唐集團科學技術(shù)研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230022）

600MW機組凝結(jié)水泵多次發(fā)生汽蝕的原因分析

胡中強

（中國大唐集團科學技術(shù)研究院有限公司華東分公司，安徽合肥230022）

分析了某型600MW機組凝結(jié)水泵多次發(fā)生汽蝕的原因，解析了凝結(jié)水泵汽蝕的機理，找到了觸發(fā)汽蝕的誘因。根據(jù)水泵的布置情況，改善了系統(tǒng)管道的隔離狀況，采取了清除入口障礙物及提高凝汽器液位高度等措施，避免水泵再次發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

機組；凝結(jié)水泵；汽蝕；沿程阻力；汽蝕；余量；誘因；分析

0 概 述

水泵運行中，若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進口稍后的某處），因為某種原因，抽送液體的絕對壓力下降到當時溫度下的汽化壓力時，液體便在該處開始汽化，形成氣泡。這些氣泡隨液體向前流動，至某高壓處時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急驟地縮小以至破裂，這就是泵的汽蝕現(xiàn)象。當泵發(fā)生汽蝕后，隨著時間的推移，會導(dǎo)致泵的出力下降。汽蝕嚴重時，還會使泵體結(jié)構(gòu)受損，直接影響了機組的安全穩(wěn)定運行。

1 設(shè)備簡況

某型機組的換熱系統(tǒng)中，配置了2臺凝結(jié)水泵，正常運行工況下，1臺投運，1臺備用。水泵和電機的相關(guān)參數(shù)，如表1所示。

2 汽蝕產(chǎn)生的原理及危害

在泵內(nèi)流道中，因某處液體的壓強下降至相應(yīng)的液溫汽化壓強時，就會出現(xiàn)氣泡。氣泡中主要是蒸汽，因水中溶解有一定數(shù)量的氣體，所以氣泡中除蒸汽外，還夾帶了少量的氣體。當氣泡隨著水流通過相對高壓區(qū)時，蒸汽被重新凝結(jié)成水，氣泡逐漸產(chǎn)生變形進而破裂。在氣泡破裂的瞬間，高壓水以極高的速度流向這些氣泡原本占有的空間，形成了一個沖擊力。這種氣泡形成、聚集、增長直到潰滅的過程就是汽蝕［1］。

表1凝結(jié)水泵及電機的相關(guān)參數(shù)

汽蝕發(fā)生后，對水泵的正常運行造成明顯的影響和危害。主要在三個方面造成了影響，對流道的材料造成破壞；使泵的運行性能下降；導(dǎo)致泵產(chǎn)生明顯的振動和噪音。

3 凝結(jié)水泵汽蝕的原因

凝結(jié)水泵是在汽輪機輔機系統(tǒng)中長期運行的重要設(shè)備，對于機組的穩(wěn)定運行起著重要的作用。系統(tǒng)運行時，凝結(jié)水泵經(jīng)常處于一用一備的狀態(tài)。由于水質(zhì)原因，其入口濾網(wǎng)經(jīng)常需要清理和檢修。凝結(jié)水泵的入口與凝汽器相連，而凝汽器內(nèi)部的清理工作，是每次停機檢修時必須進行的檢修項目，檢修時，可能在設(shè)備內(nèi)混入雜物。同時，由于凝結(jié)水泵的入口壓力比普通水泵低，所以，凝結(jié)水泵較易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。引發(fā)汽蝕的原因主要有幾個方面。

（1）流動介質(zhì)內(nèi)混入空氣

凝結(jié)水泵的入口濾網(wǎng)經(jīng)常需要抽出清洗。清洗濾網(wǎng)時，如備用水泵入口閥門的密封性較差，會有部分空氣通過入口母管被水流帶至運行水泵中，當混入空氣增加至一定量時，就會在運行水泵中產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。發(fā)生這種情況后，可打開運行水泵的排空氣閥門，排出多余空氣，以減小水泵發(fā)生汽蝕的可能性。

（2）沿程阻力較大

因系統(tǒng)設(shè)計要求，從凝汽器熱井至凝結(jié)水泵的管道比較粗短，同時管道上設(shè)計有入口濾網(wǎng)、入口閥門、入口母管三通、入口母管彎頭等附件，增加了流體的沿程阻力。如果在后期改造中，增加了其它阻力元件，更會導(dǎo)致沿程阻力的增加，也會使凝泵的有效汽蝕余量不足而發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

（3）入口濾網(wǎng)堵塞

凝結(jié)水的水質(zhì)相對較差，由于檢修等原因，設(shè)備內(nèi)會存在一定量的雜質(zhì)，長期運行后會堵塞凝結(jié)水泵入口處的濾網(wǎng)。此類故障使入口濾網(wǎng)的差壓發(fā)生變化，可通過及時清理，排除故障。

（4）入口閥門閥芯脫落

由于入口閥門的閥芯被流體長期沖刷，可能會發(fā)生閥芯移位、開關(guān)不到位甚至脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致入口管道的流體截面積縮小。入口流量的急劇減少，從而引發(fā)水泵的汽蝕現(xiàn)象。

（5）入口管道堵塞

停機檢修時，對凝汽器內(nèi)部的檢修是必不可少的工序之一，可能有部分器具或輔材遺留在凝汽器內(nèi)部，引起凝結(jié)水泵入口管道的堵塞。在凝汽器水室通往熱井入口處，設(shè)置有入口格柵網(wǎng)，一些體積較小的物體會隨水流進入凝結(jié)水泵的入口濾網(wǎng)，如果濾網(wǎng)堵塞會觸發(fā)濾網(wǎng)差壓高的報警訊號，需對事故水泵進行運行切除和隔離，并清洗濾網(wǎng)。有時，也會有體積較大物體遺留在凝汽器內(nèi)，堵塞了入口柵格網(wǎng)，導(dǎo)致入口母管的流量受限，當凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速升高后，水泵有發(fā)生汽蝕的可能性。

4 事故分析及處理

對凝結(jié)水泵濾網(wǎng)的清洗工作，需在切換運行狀態(tài)后進行。關(guān)閉待檢修水泵的入口蝶閥，將入口濾網(wǎng)取出，就地清洗。經(jīng)多次清洗濾網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)，每次都是在清洗不久后，水泵的運行狀態(tài)開始逐漸發(fā)生劣化，其電流由正常運行中的74A逐漸下降并呈波動狀態(tài)，凝結(jié)水母管壓力和凝結(jié)水流量也逐漸開始波動，且波動值越來越大。約30min后，凝結(jié)水泵的運行噪音也明顯增大，此時，水泵的振動增大。嚴重影響了機組的正常運行。此時判斷，凝結(jié)水泵已發(fā)生了明顯的汽蝕現(xiàn)象。

由于汽蝕現(xiàn)象是在切換水泵運行狀態(tài)后發(fā)生的，經(jīng)排查，排除了人為操作失誤的可能性，因此，汽蝕可能是正在檢修的凝結(jié)水泵引發(fā)的。在檢修水泵工作完成后，將其投入運行的初期，并未發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。運行之前，水泵已排出了少量空氣，據(jù)此判斷，水泵發(fā)生汽蝕的原因，是運行流體中又混入了空氣。調(diào)取以往運行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該類現(xiàn)象已數(shù)次發(fā)生，均出現(xiàn)在隔離了凝結(jié)水泵并清洗濾網(wǎng)的作業(yè)過程中，故判斷該汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)與凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)的清洗檢修作業(yè)有關(guān)。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)腔的室內(nèi)水位，在清洗濾網(wǎng)的過程中逐漸下降。由此認定，該凝結(jié)水泵發(fā)生汽蝕的原因，是由于備用泵入口蝶閥的密封不好，檢修時，由于運行水泵的抽吸作用，導(dǎo)致備用泵管道內(nèi)水位逐漸下降，最終導(dǎo)致水封失效，有少量空氣混入水中并被抽吸至運行水泵。因空氣的混入，運行中的凝結(jié)水泵發(fā)生了汽蝕現(xiàn)象。在隨后的檢修中，通過不斷向濾網(wǎng)腔室內(nèi)注水，以保持水封狀態(tài)，避免了空氣的再次混入。多次試驗后確認，運行水泵不再發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

為解決該問題，機組停機時，在2臺凝結(jié)水泵的入口蝶閥之前，分別加裝了1只入口閘閥。由于現(xiàn)場安裝空間受限，閘閥的布置位置，與母管彎頭和三通的位置相距很近。

機組開機后，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速為1160r/min，高壓加熱器未投運，排汽溫度為40℃，凝汽器液位高度為1600mm。開大除氧器上水的主調(diào)門后，凝結(jié)水流量增大，維持約3min后，流量急劇下降，凝結(jié)水泵電流從73A下降至57A，出口母管壓力由1. 91MPa下降至1.4MPa。通過控制上水主調(diào)門，凝結(jié)水泵電流和凝結(jié)水流量趨于穩(wěn)定。發(fā)生異常前水泵的運行工況曲線，如圖1所示。

圖1凝結(jié)水泵相關(guān)參數(shù)運行曲線

維持凝結(jié)水泵的運行狀態(tài)不變，機組負荷逐步升至300MW。隨著機組負荷進一步提升，凝結(jié)水流量需要繼續(xù)增大。逐步提高凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速后，凝結(jié)水泵的流量無法維持在穩(wěn)定值，凝結(jié)水泵的電流、出口壓力和流量均發(fā)生了不規(guī)律的波動。同時，泵體振動和噪音明顯增大。此時，凝結(jié)水泵已發(fā)生了明顯的汽蝕現(xiàn)象。需要注意的是，在提升凝結(jié)水流量的過程中，有類似脈動的流量變化。據(jù)此推斷，水泵入口處可能被堵塞，從而導(dǎo)致流量的波動。

在提升了凝汽器的液位高度后，凝結(jié)水泵的汽蝕現(xiàn)象得到了一定程度的緩解，凝結(jié)水泵的出口流量可提高到一定程度并保持穩(wěn)定。如果再進一步提升流量，水泵還是會發(fā)生明顯的汽蝕現(xiàn)象。

在調(diào)閱凝結(jié)水泵相關(guān)設(shè)計參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，該型水泵所需的汽蝕余量（HPSHr），為5.5m，而在同期建造的600MW火電機組中，選用的凝結(jié)水泵的汽蝕余量（HPSHr）多為3.5～4.5m。相對而言，該型水泵的汽蝕余量偏大。汽蝕余量標志著泵抗汽蝕性能的好壞，它的值越小，則泵的抗汽蝕性能越好，要求吸入系統(tǒng)所提供的有效汽蝕余量（NPSHa）也越小［2］。并且，該機組采用的是緊湊型設(shè)計方案，凝結(jié)水泵入口管路系統(tǒng)的布局較為集中和密集。再考慮到水泵入口新加裝的閘閥，使系統(tǒng)的沿程阻力發(fā)生了變化。因此，需要考慮沿程阻力的增大，是否導(dǎo)致了水泵汽蝕余量的不足，從而引起了水泵汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

加裝了入口閘閥后，由于安裝位置距母管彎頭和三通較近，增加了管道的沿程阻力，加劇了凝結(jié)水泵的汽蝕現(xiàn)象。由于提高了凝汽器的液位高度，從而提高了凝結(jié)水泵的入口靜壓。在水泵出力較小的工況下，凝結(jié)水泵的汽蝕現(xiàn)象并不明顯，但隨著負荷的增加，在進一步提升凝結(jié)水泵出力的過程中，水泵的汽蝕現(xiàn)象就會急劇變化。

新加裝閘閥的局部阻力相對分流三通和彎頭而言并不大（分流三通局部阻力系數(shù)ξ=1.5，90°彎頭局部阻力系數(shù)ξ=1.0，閘閥局部阻力系數(shù)ξ=0.5），但是，當數(shù)個阻力集聚一起時，總的阻力損失并不是各個局部阻力損失的簡單相加。有關(guān)的研究結(jié)果表明，如果各局部阻礙之間的距離大于3倍管徑簡單的相加，所得結(jié)果偏于安全［3］。而該電廠在進行管路改造作業(yè)前，并未針對此系統(tǒng)進行相應(yīng)的計算，所以該機組的設(shè)備安裝方式和布局，可能存在一定的隱患，應(yīng)在以后的檢修方案中加以優(yōu)化或改進。

5 結(jié) 語

某型凝結(jié)水泵發(fā)生了多次較為明顯的汽蝕現(xiàn)象，引發(fā)汽蝕的主要原因有兩類。

第一類是由于系統(tǒng)中其他水泵的隔離閥門發(fā)生了輕微的泄漏，在水泵的隔離檢修時，有微量空氣混入流體中，最終在運行水泵處聚集，從而導(dǎo)致了汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

第二類是由于凝結(jié)水泵入口處被堵塞，且入口管道的沿程阻力發(fā)生了變化，導(dǎo)致了水泵入口流量不足。同時，水泵的有效汽蝕余量發(fā)生了改變，也會造成汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。經(jīng)相關(guān)整改后，逐步提升凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速，增加凝結(jié)水泵出口流量，未再發(fā)生明顯的汽蝕現(xiàn)象。

加裝入口閘閥后，雖然避免了在隔離檢修過程中空氣混入的情況，但未進行仔細計算和檢驗，對水泵入口的沿程阻力變化無法準確判斷，可能對水泵的正常運行存有隱患。因此，在類似情況的處理中，首先應(yīng)考慮更換密封性變差的蝶閥。如欲改裝系統(tǒng)管路，還是應(yīng)經(jīng)過測量計算后，再確定施工方案。

［1］吳達人.泵與風機［M］.陜西：西安交通大學出版社，1989.

［2］郭立君.泵與風機［M］.重慶：水利電力出版社，1986.

［3］陳湘，譚華.凝結(jié)水泵的汽蝕研究［J］.電機技術(shù)，2008（6）：42-44.

［4］邢國清，張清.流體力學泵與風機［M］.北京：中國電力出版社，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

胡中強（1984-），男，上海電力大學本科畢業(yè)。主要從事熱力系統(tǒng)節(jié)能、優(yōu)化和故障診斷等方面的研究工作。