锅炉给水泵技术改造

■ 李霞

锅炉给水泵技术改造

■ 李霞

介绍了内蒙古兰太实业股份有限公司热动力厂锅炉给水泵改造的实例，分析了给水泵故障率高的原因、给水系统溶氧超标的原因，并通过理论计算、工艺分析、技术改造成功的解决了多年来一直困扰分厂的给水泵及给水系统问题，对确保火力发电厂给水系统安全稳定运行具有重要的指导意义。

锅炉给水泵 溶氧超标 螺旋密封 机械密封 凝结水

1 概述：

分厂锅炉给水泵使用的是上海华联泵业生产的FT85-800型锅炉给水泵，2005年元月投入生产运行，投产后故障频发，厂家虽多次进行改造但仍无法保证设备安全平稳运行，设备运行、维护十分艰难，存在的问题主要有：1）、锅炉给水溶氧超标，锅炉给水泵属于电厂的心脏设备，给水相当于电厂的血液，给水溶氧超标相当于血液品质不合格，严重影响锅炉、汽机设备的使用寿命，分厂锅炉水冷壁已多次发生爆管事故，检修期间对水冷壁割管检查，化验分析结果显示为给水氧腐蚀。2）、设计结构存在一定缺陷，设备故障率高。

2 原因分析

2.1 螺旋密封的工作原理

分厂锅炉给水泵的轴封方式为螺旋密封式，其原理是在给水泵轴套的外表面加工一条与水泵旋转方向相反的螺旋槽，而在固定衬套的内表面加工一定深度宽度的储水槽（见图1）。当轴旋转时，相反的螺纹产生离心力，使流体产生压力，阻止泵内流体外泄。由于轴套与固定衬套之间存在径向间隙，仍有部分流体越过螺纹齿顶向外泄漏。为避免泵内高温水向外泄漏，必须由外部注入密封水。该密封水在离心力作用下一部分随螺旋槽送至轴封内侧，阻止泵内流体外流，一部分与少量经密封间隙外流的高温水混和，经泄水口泄出回收至低位水箱（见图2）。

图1

图2

2.2 给水泵故障率高的原因分析

2.2.1 锅炉给水泵采用除盐水作为密封水，当给水泵轴高速旋转时，旋转的螺旋槽使除盐水产生压力，这样就有一部分除盐水随螺旋槽送至轴封内侧，阻止泵内流体外流，并且有效的防止了给水的热量传至轴瓦，这时的除盐水就叫做密封水。给水泵轴两端外泄的水在密封水的作用下压回水泵腔室内，当厂用电突然丢失，密封水水源中断，给水泵的热水瞬间泄出，由于密封水室与轴承箱相连，当瞬间泄出的热水经泄水口无法及时泄出时，就会进入轴承箱，造成轴瓦油质恶化，轴瓦磨损、螺旋密封磨损，水泵内其它部件损坏。

2.2.2 运行操作复杂，密封水压力、给水泵进口压力需相互配合、不断调节，当给水泵进口压力小于密封水压力时，给水泵的热水瞬间泄出，由于泵内给水温度高达150℃，大量热传至轴瓦造成轴瓦高温，严重时导致轴瓦烧毁。当给水泵进口压力大于密封水压力时，大量密封水经泄水口泄出，此时由于射流的原理在轴承腔内形成微负压，将轴承向内的润滑油吸出，造成轴承箱内缺油，轴瓦烧毁。只有当除盐水产生压力与被密封介质压力相平衡时,才能保证锅炉给水泵的正常运行。但实际运行中很难调节，运行人员需时时关注、不断调节，稍有疏忽就会酿成重大设备事故。

2.3 给水溶氧超标的原因分析

分厂给水泵的密封水为除盐水，除盐水的溶氧较高（溶氧值为9500ug/l左右），当除盐水产生压力比给水泵进口压力大时，会造成部分除盐水进入轴封内侧，造成给水溶氧超标，所以只有当除盐水产生压力与被密封介质压力相平衡时,才能保证给水系统水质合格，但实际控制十分困难，运行人员需时时关注、不断调节，稍有波动就会造成给水溶氧超标。

3 技术改造方案及可行性分析

3.1 技术改造方案

通过上述分析，给水泵故障率高源自给水泵的轴封形式，所以计划将给水泵轴封形式由螺旋密封改为机械密封，机械密封虽不需要密封水，但需要机封冷却水，同时为保证给水溶氧合格，计划选用凝结水代替除盐水作为机封冷却水源。

3.2 可行性分析

表1 机械密封冷却水指标要求

表2 凝结水指标

3.2.1 选用凝结水作为给水泵的机械密封冷却水的理由

由于凝结水的溶氧低（25ug/l（国家标准≦50）），水温一般在40℃-65℃，这样就能保证不管当凝结水产生压力比被密封介质压力大、或小、或是相同都不会对生产造成影响。(2)、不同运行工况下，凝结水作为给水泵机封冷却水的问题分析

机组在正常运转时凝结水温在40℃左右，完全能满足给水泵机封冷却水的要求。

当外供汽量减少，或机组在纯凝工况下，大量蒸汽进入后汽缸，造成机组真空降低，凝结水温度上升，这时我们可通过投后汽缸喷淋减温水来提高机组真空，降低凝结水温，保证给水泵机封冷却水温度控制在40℃左右。

3.2.2 由表1、表2可以看出，给水泵机封最佳冷却水温度是35-45℃，为保险起见，在进入给水泵前的凝结水管道上加装冷却器，凝结水在管程流动，使用除盐水作为冷却水在壳程流动。通过阀门开度调整确保将凝结水水温降到要求范围内，从而延长机械密封使用寿命，保证锅炉给水泵安全稳定运行。

4 方案制定

4.1 管路设计

本次改造将给水泵机封冷却水水源分为两路，将原给水泵密封水源（除盐水）保留，正常运行时由凝结水母管供水；在启停机、凝结水泵停运或凝结水母管压力低时，由备用水源（除盐水）供水。

4.2 管径计算及管道附件的选择

查阅资料给水泵高低压端各需要15L/min的水做为机封的冷却水，每台泵每小时所需冷却水量：15L/min×2×60min×水的密度/1000=1.8t/h，假设三台给水泵同时启动所需密封水量为1.8×3=5.4 t/h。

根据经验：1、重力流，流速比较小。一般选0.8-1.0；2、压力流，流速比较大，一般选1.0-1.5。

因为凝结水为压力流（出口压力为0.6MPa），为确保凝结水量能满足密封水量，故选取压力流最小的流速值为1.0m/s计算。

流量=管截面积×流速

流量=πR2×流速×3600秒

5.4=3.14×R2×1×3600秒

R=21.85mm

管子外径D=43.7，DN50的管子足够用。

所以凝结水母管选择φ57×4的无缝钢管42米，及PN1.6，DN50截止阀5个、DN50法兰6个。

4.3 管路的阻力损失计算

已知条件：母管长度42米，直径d=50mm，流速=1.0m/s。

根据公式：动力粘度=运动粘度×密度：μ=vρ。凝结水温一般控制在40度左右，凝结水40℃时查表得，水的密度ρ=0.99222g/cm3，水的动力粘度μ=0.7208×10-3Pa·s，运动粘度v＝μ／ρ=0.7208×10-3/0.99222=0.726×10-6m2/s。

相对粗糙度ε/d=0.2/50=0.004

查无缝钢管等效粗糙度ε=0.2mm

从莫迪图查得λ=0.042

凝结水母管道上设置两个全开截止阀，DN50全开截止阀当量长度为le1=2×8.4m=16.8，设置三支分流管，当量长度为le3=60×d=60×0.05=3m,每支分流管有两个全开截止阀，DN20全开截止阀当量长度为le3=2×5.1m=10.2m

∑le=le1+le2+le3=16.8+3+10.2=30m

∑hf1=λ（l+∑le）/d×2/2

=0.042×（42+30）/0.05×1/2

=30.24KJ/kg

能量损失为：

ρ∑hf=992.22×30.24=30004pa=30KPa=0.03MPa

凝结泵出口压力为0.6-0.8MPa，凝结水至给水泵机封冷却水的压力为0.57-0.77MPa，所以减去压降后能够满足给水泵机封冷却水的压力要求。

4.4 流量计算：（密封水温度升高后，在压力不变的情况下，流量增大多少？）

查表得出，凝结水65℃时，水的密度ρ=0.98g/cm3，水的动力粘度μ=0.7208×10-3Pa·s，运动粘度v＝μ／ρ=0.7208×10-3/0.98=0.736×10-6m2/s。

压力不变的情况下，说明沿程阻力损失不变，即Re不变

也就是说，当凝结水温度从40℃上升至65℃时，管道内水的流速由原来的1m/s增加至1.014m/s。

所以，当温度由40℃升至65℃时，管道内流量Q增=3.14×R2×（1.014-1）×3600秒=0.396T/h。由于凝结水出口流量在60T/h左右，所以温度对流量造成的影响可忽略不计。

4.5 管道改造示意图

5 应急措施

5.1 机组停用或启动时操作

本次改造将给水泵机封冷却水水源分为两路，正常运行时由凝结水母管供水；在机组停用、启停机、凝结水泵停运或凝结水母管压力低时，由备用水源（除盐水）供水。

5.2 1#、2#机凝结水泵运行连锁

1#、2#机4台凝结泵已加装连锁，当其中1台凝结泵故障，另一台实现自启，而且本次改造将两台机的凝结水引出并联在机封冷却水母管上，当一台机凝结水系统故障无法供应机封冷却水时，另一台机还可以为给水泵供应机封冷却水，保证给水泵的正常运行。

6 结语

锅炉给水泵技术改造后运行效果十分理想 ，彻底解决了给水泵故障率高、给水溶氧超标问题，设备运行稳定，操作简单，运行人员、检修人员劳动强度大幅降低，为电厂的安全稳定运行奠定了坚实基础。

1.郭立君.《泵与风机》第二版.中国电力出版社.1997

（作者单位:内蒙古兰太实业股份有限公司）

（编辑：王鹏）