壓力變送器真空泵冷卻水增壓改造與應(yīng)用
產(chǎn)品說明：摘 要: 通過加大壓力變送器水側(cè)流量并在水側(cè)建立虹吸運行以減少壓力變送器壓力，優(yōu)化 600MW火電機組循環(huán)水系統(tǒng)運行方式，從而提高機組運行效率。但該措施導(dǎo)致壓力變送器真空泵冷卻用水流量降低，采取在真空泵工作水的冷卻水管道上做增設(shè)管道增壓泵及其旁路管道的改造措施，有利于增加壓力變送器冷卻水流量并降低循環(huán)水泵電耗，且間接優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)運行方式。
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產(chǎn)品說明
摘 要: 通過加大壓力變送器水側(cè)流量并在水側(cè)建立虹吸運行以減少壓力變送器壓力，優(yōu)化 600MW火電機組循環(huán)水系統(tǒng)運行方式，從而提高機組運行效率。但該措施導(dǎo)致壓力變送器真空泵冷卻用水流量降低，采取在真空泵工作水的冷卻水管道上做增設(shè)管道增壓泵及其旁路管道的改造措施，有利于增加壓力變送器冷卻水流量并降低循環(huán)水泵電耗，且間接優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)運行方式。
國內(nèi) 600MW 火電機組因設(shè)計原因，普遍存在真空泵冷卻用水流量偏低的現(xiàn)狀［1］。而壓力變送器與真空泵的冷卻用水同時采用循環(huán)水系統(tǒng)供水，這讓真空泵冷卻用水流量受到進一步分流。從而導(dǎo)致真空泵出力不足，系統(tǒng)真空度下降，直接影響機組經(jīng)濟效益和運行安全。
近年來，各電廠采用多種技術(shù)改造來提高真空泵的冷卻用水流量。例如改造循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、查漏、堵洞、投運膠球清洗裝置、降低射水池的水溫; 深度改造水環(huán)式真空泵，提高運行性能［2］;整體改造抽真空系統(tǒng)，替換真空泵［3］等。大部分改造措施局限性強，只適用于特殊工況，并且成本較高。因此，設(shè)計和實施簡而有效的改造方案顯得尤為必要。
一、機組概況
汽輪機組是上海汽輪機有限公司引進美國西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的 N600－24．2 /566 /566 型 600MW超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式汽輪機，高中壓汽缸是具有沖動式調(diào)節(jié)級和反動式壓力級的混合型式，兩個低壓缸是雙流、反動式。機組的熱力系統(tǒng)采用單元制方式，共設(shè)有八段抽汽分別供給三臺高壓加熱器、一臺除氧器和四臺低壓加熱器。
其中壓力變送器作為汽輪機最重要的輔機，啟動時需要建立一定真空，正常運行時由真空泵連續(xù)不斷的排出壓力變送器內(nèi)不凝結(jié)氣體，維持標準真空值。真空系統(tǒng)設(shè)有三臺 50% 容量的水環(huán)式真空泵，型號為納西姆工業(yè)有限公司生產(chǎn)的2BW43530MK4，正常運行時二臺運行一臺備用。
真空系統(tǒng)如圖 1 所示，3 臺真空泵相互并聯(lián)，將壓力變送器中的不凝結(jié)氣體吸入汽水分離器，冷水器負責給汽水分離器和真空泵提供冷卻用水，而自身通過循環(huán)水系統(tǒng)進行冷卻。當三臺真空泵并泵運行，壓力變送器干拉真空達 23．5KPa 壓力時所用時間不大于 30 分鐘，真空泵為單級水環(huán)式旋轉(zhuǎn)泵。
機組循環(huán)水系統(tǒng)取自海水，由循環(huán)水泵保證管道壓力，為壓力變送器、真空泵冷卻器、閉式水冷卻器提供冷卻用水。循環(huán)水系統(tǒng)圖如圖 2 所示。
二、修前分析
(一) 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施
機組循環(huán)水系統(tǒng)共配備 2 臺 50%容量循環(huán)水泵、4 臺循泵動葉控制油泵、3 臺沖洗泵、4 個攔污柵、4 個旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)以及兩套膠球清洗裝置。系統(tǒng)基本流程為: 海水吸取井→循泵房前池→攔污柵→旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→循泵→出口電動蝶閥→供水管路→低壓壓力變送器→高壓壓力變送器→回水管路→虹吸井→排水工作井→排入大海/大江。
根據(jù)調(diào)研分析，循環(huán)水系統(tǒng)目前運行方式存在優(yōu)化空間。適度加大壓力變送器出水蝶閥開度，水側(cè)建立虹吸運行以增加壓力變送器冷卻水流量，結(jié)合循環(huán)水泵運行方式優(yōu)化，預(yù)計可使#2 機組年均壓力變送器壓力降低約 0． 15kPa，循泵年均耗電率下降0．05%至 0．75%。
(二) 真空系統(tǒng)冷卻用水流量要求
真空泵工作水溫度標準值為 15℃，變化范圍為 0℃至 65℃。根據(jù)實驗統(tǒng)計，#2 機組在氣密性良好的情況下( 0．26KPa /min) ，真空泵工作水溫從40℃下降到 10℃，真空泵的真空度上升 6 KPa，機組的真空度上升 1．2KPa［4］。而冷卻用水的流量直接影響真空泵工作水的水溫。
真空系統(tǒng)冷卻水直接取自循環(huán)水泵出口管道，循環(huán)水泵出口理論壓力值為 0．12MPa。經(jīng)過管道損耗，冷卻水進口壓力在 0．03MPa 至 0．04MPa。冷卻水母管設(shè)計流量為 100m3 /h，水溫隨季節(jié)變化波動。
(三) 優(yōu)化措施對冷卻水流量的影響
由于未設(shè)置開式水泵，所有輔機以及閉式水換熱器的冷卻水都是由循環(huán)水泵提供，導(dǎo)致目前循環(huán)水泵揚程運行偏高，為了充分挖掘循環(huán)水泵節(jié)能潛力，擬將循環(huán)水泵運行揚程降低 3m，從而導(dǎo)致真空泵冷卻水無法保證流量。
三、優(yōu)化措施
為消除循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化改造措施對真空泵冷卻水流量的影響，進而保證壓力變送器真空度，提升機組效率，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查和研究，決定在真空泵冷卻水母管上追加增壓泵及其附屬機構(gòu)。經(jīng)過討論有兩種改造方案可供選擇，如圖 3 所示。
兩種方案的主要區(qū)別在于經(jīng)濟性方面考慮，包括旁路電動門的選擇以及各手動門的選擇。最終出于遠程控制以及檢修方便的考慮，選擇方案 1。增壓泵采用可靠性強的臥式雙吸單級中開式離心泵，增壓泵通流部件采用雙相不銹鋼材質(zhì)，保證運行中不受海水腐蝕，增壓泵設(shè)計數(shù)據(jù)如表 1 所 示。因為工作介質(zhì)為海水，具有腐蝕性，含雜物較多。因此增壓泵設(shè)計進出口手動襯膠蝶閥，并設(shè)計有入口濾網(wǎng)，旁路電動門采用襯膠電動蝶閥。增壓泵出口管道設(shè)計有壓力變送器，增壓泵采用DCS 控制方式。
為了方便維護和檢修，改造方案從安裝空間、型號選擇以及管道布置等多方面考慮，將泵體和旁路門安裝在空曠位置，并給設(shè)備起重留出空間余量。同時所有管道及閥門備品和廠內(nèi)已有設(shè)備相同，可以互為備用。
四、效果反饋
在加裝真空系統(tǒng)冷卻水增壓泵后，經(jīng)過為期 3個月的試轉(zhuǎn)投運試驗，在高達 35℃ 的環(huán)境溫度下，真空泵冷卻水壓力和流量依然能得到充分保證。該措施直接保證了循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造，創(chuàng)造的一定的經(jīng)濟價值，在同類型火電機組中具有借鑒意義。
(一) 經(jīng)濟價值
該技改措施成本主要包含泵主本體范圍內(nèi)的輔助設(shè)備、相關(guān)管道及附件，以及安裝、土建等費用。設(shè)備主要包含水泵本體、電動機本體、水泵進出口反法蘭、機座、進出口手動門、旁路電動門、襯膠管道以及必要的熱工就地儀表，共需投入 60 萬元。
通過循環(huán)水泵運行揚程降低 3m 運行可將循環(huán)水泵電機功率下降 400kW 左右，扣除增壓泵功率實際可下降 290kW，每年可節(jié)省 170 萬 kW．h，年節(jié)約 62．5 萬元，相當于降低煤耗 0．25g /kW．h，可在0．97 年收回投資［5］。
(二) 社會效益
循環(huán)水泵作為火電機組重要的廠用電設(shè)備之一，是節(jié)能改造的重點。該改造的順利實施優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)，間接提升了壓力變送器真空度，能夠廣泛適用于同類型火電機組。同時其投資成本低、風險小、見效快，在電廠中能迅速推廣應(yīng)用。
五、結(jié)語
在真空泵工作水冷卻水管道上做增設(shè)管道增壓泵及其旁路管道的改造措施，確保了各冷卻器的流量和壓力，間接優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)運行方式，從而降低壓力變送器真空度，提升機組運行效率。該措施經(jīng)過充分的實踐論證，具有一定經(jīng)濟價值和借鑒意義，可在同類型火電機組中廣泛應(yīng)用。
國內(nèi) 600MW 火電機組因設(shè)計原因，普遍存在真空泵冷卻用水流量偏低的現(xiàn)狀［1］。而壓力變送器與真空泵的冷卻用水同時采用循環(huán)水系統(tǒng)供水，這讓真空泵冷卻用水流量受到進一步分流。從而導(dǎo)致真空泵出力不足，系統(tǒng)真空度下降，直接影響機組經(jīng)濟效益和運行安全。
近年來，各電廠采用多種技術(shù)改造來提高真空泵的冷卻用水流量。例如改造循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、查漏、堵洞、投運膠球清洗裝置、降低射水池的水溫; 深度改造水環(huán)式真空泵，提高運行性能［2］;整體改造抽真空系統(tǒng)，替換真空泵［3］等。大部分改造措施局限性強，只適用于特殊工況，并且成本較高。因此，設(shè)計和實施簡而有效的改造方案顯得尤為必要。
一、機組概況
汽輪機組是上海汽輪機有限公司引進美國西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的 N600－24．2 /566 /566 型 600MW超臨界、單軸、三缸、四排汽、中間再熱、凝汽式汽輪機，高中壓汽缸是具有沖動式調(diào)節(jié)級和反動式壓力級的混合型式，兩個低壓缸是雙流、反動式。機組的熱力系統(tǒng)采用單元制方式，共設(shè)有八段抽汽分別供給三臺高壓加熱器、一臺除氧器和四臺低壓加熱器。
其中壓力變送器作為汽輪機最重要的輔機，啟動時需要建立一定真空，正常運行時由真空泵連續(xù)不斷的排出壓力變送器內(nèi)不凝結(jié)氣體，維持標準真空值。真空系統(tǒng)設(shè)有三臺 50% 容量的水環(huán)式真空泵，型號為納西姆工業(yè)有限公司生產(chǎn)的2BW43530MK4，正常運行時二臺運行一臺備用。
機組循環(huán)水系統(tǒng)取自海水，由循環(huán)水泵保證管道壓力，為壓力變送器、真空泵冷卻器、閉式水冷卻器提供冷卻用水。循環(huán)水系統(tǒng)圖如圖 2 所示。
(一) 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施
機組循環(huán)水系統(tǒng)共配備 2 臺 50%容量循環(huán)水泵、4 臺循泵動葉控制油泵、3 臺沖洗泵、4 個攔污柵、4 個旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)以及兩套膠球清洗裝置。系統(tǒng)基本流程為: 海水吸取井→循泵房前池→攔污柵→旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→循泵→出口電動蝶閥→供水管路→低壓壓力變送器→高壓壓力變送器→回水管路→虹吸井→排水工作井→排入大海/大江。
根據(jù)調(diào)研分析，循環(huán)水系統(tǒng)目前運行方式存在優(yōu)化空間。適度加大壓力變送器出水蝶閥開度，水側(cè)建立虹吸運行以增加壓力變送器冷卻水流量，結(jié)合循環(huán)水泵運行方式優(yōu)化，預(yù)計可使#2 機組年均壓力變送器壓力降低約 0． 15kPa，循泵年均耗電率下降0．05%至 0．75%。
(二) 真空系統(tǒng)冷卻用水流量要求
真空泵工作水溫度標準值為 15℃，變化范圍為 0℃至 65℃。根據(jù)實驗統(tǒng)計，#2 機組在氣密性良好的情況下( 0．26KPa /min) ，真空泵工作水溫從40℃下降到 10℃，真空泵的真空度上升 6 KPa，機組的真空度上升 1．2KPa［4］。而冷卻用水的流量直接影響真空泵工作水的水溫。
真空系統(tǒng)冷卻水直接取自循環(huán)水泵出口管道，循環(huán)水泵出口理論壓力值為 0．12MPa。經(jīng)過管道損耗，冷卻水進口壓力在 0．03MPa 至 0．04MPa。冷卻水母管設(shè)計流量為 100m3 /h，水溫隨季節(jié)變化波動。
(三) 優(yōu)化措施對冷卻水流量的影響
由于未設(shè)置開式水泵，所有輔機以及閉式水換熱器的冷卻水都是由循環(huán)水泵提供，導(dǎo)致目前循環(huán)水泵揚程運行偏高，為了充分挖掘循環(huán)水泵節(jié)能潛力，擬將循環(huán)水泵運行揚程降低 3m，從而導(dǎo)致真空泵冷卻水無法保證流量。
三、優(yōu)化措施
為消除循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化改造措施對真空泵冷卻水流量的影響，進而保證壓力變送器真空度，提升機組效率，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查和研究，決定在真空泵冷卻水母管上追加增壓泵及其附屬機構(gòu)。經(jīng)過討論有兩種改造方案可供選擇，如圖 3 所示。
為了方便維護和檢修，改造方案從安裝空間、型號選擇以及管道布置等多方面考慮，將泵體和旁路門安裝在空曠位置，并給設(shè)備起重留出空間余量。同時所有管道及閥門備品和廠內(nèi)已有設(shè)備相同，可以互為備用。
在加裝真空系統(tǒng)冷卻水增壓泵后，經(jīng)過為期 3個月的試轉(zhuǎn)投運試驗，在高達 35℃ 的環(huán)境溫度下，真空泵冷卻水壓力和流量依然能得到充分保證。該措施直接保證了循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造，創(chuàng)造的一定的經(jīng)濟價值，在同類型火電機組中具有借鑒意義。
(一) 經(jīng)濟價值
該技改措施成本主要包含泵主本體范圍內(nèi)的輔助設(shè)備、相關(guān)管道及附件，以及安裝、土建等費用。設(shè)備主要包含水泵本體、電動機本體、水泵進出口反法蘭、機座、進出口手動門、旁路電動門、襯膠管道以及必要的熱工就地儀表，共需投入 60 萬元。
通過循環(huán)水泵運行揚程降低 3m 運行可將循環(huán)水泵電機功率下降 400kW 左右，扣除增壓泵功率實際可下降 290kW，每年可節(jié)省 170 萬 kW．h，年節(jié)約 62．5 萬元，相當于降低煤耗 0．25g /kW．h，可在0．97 年收回投資［5］。
(二) 社會效益
循環(huán)水泵作為火電機組重要的廠用電設(shè)備之一，是節(jié)能改造的重點。該改造的順利實施優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)，間接提升了壓力變送器真空度，能夠廣泛適用于同類型火電機組。同時其投資成本低、風險小、見效快，在電廠中能迅速推廣應(yīng)用。
五、結(jié)語
在真空泵工作水冷卻水管道上做增設(shè)管道增壓泵及其旁路管道的改造措施，確保了各冷卻器的流量和壓力，間接優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)運行方式，從而降低壓力變送器真空度，提升機組運行效率。該措施經(jīng)過充分的實踐論證，具有一定經(jīng)濟價值和借鑒意義，可在同類型火電機組中廣泛應(yīng)用。
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