陳增潤(rùn)，王喜林

(國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司開(kāi)封發(fā)電分公司，河南 開(kāi)封 475000)

提高機(jī)組排水槽廢水泵工作可靠性的措施

陳增潤(rùn)，王喜林

(國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司開(kāi)封發(fā)電分公司，河南 開(kāi)封 475000)

開(kāi)封發(fā)電分公司為了解決機(jī)組排水槽1，2號(hào)廢水泵經(jīng)常工作不正常，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問(wèn)題，對(duì)廢水泵存在問(wèn)題進(jìn)行分析，找到問(wèn)題的根源所在；從6個(gè)方面采取有效措施，達(dá)到提高機(jī)組排水槽廢水泵可靠性、降低故障率的目的。

機(jī)組排水槽；廢水泵；自吸泵；可靠性

0 引言

水資源缺乏是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展急需解決的問(wèn)題之一，國(guó)家電投河南電力有限公司開(kāi)封發(fā)電分公司2×600 MW國(guó)產(chǎn)超臨界燃煤機(jī)組建設(shè)時(shí)，為了節(jié)約珍貴的水資源，實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，減少地表水和地下水的用量，采用電廠廢水全部回收利用的設(shè)計(jì)方案。如實(shí)施機(jī)房排水和精處理樹(shù)脂的再生廢水回收利用，將機(jī)房排水和精處理樹(shù)脂的再生廢水均排入1，2號(hào)機(jī)組排水槽，由1，2號(hào)廢水泵輸送到中水回收水池，再由回收水泵輸送到中水機(jī)械加速澄清池處理后，供電廠循環(huán)水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)制水用。

1 設(shè)備概述

開(kāi)封發(fā)電分公司2×600 MW機(jī)組為超臨界燃煤機(jī)組。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 950 t/h。凝汽器管材采用TP316不銹鋼管；冷卻水為深度處理后的城市中水，采用敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

1，2號(hào)廢水泵的相關(guān)參數(shù)如表1所示。廢水泵輸送泵型式為無(wú)密封立式自吸泵。自2009年5月投入使用以來(lái)，機(jī)組排水槽廢水泵經(jīng)常工作不正常，機(jī)房排水和精處理樹(shù)脂的再生因此受到影響。

由于機(jī)組排水槽位置在1號(hào)主變和氫庫(kù)附近，在1，2號(hào)廢水泵工作均不正常時(shí)，廢水不能回收利用，具有腐蝕性的液體會(huì)溢流出來(lái)，進(jìn)入1號(hào)主變或氫庫(kù)，腐蝕設(shè)備，增大發(fā)生事故的幾率。廢水泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 1，2號(hào)廢水泵的相關(guān)參數(shù)

圖1 廢水泵的結(jié)構(gòu)

2 自吸泵簡(jiǎn)介

自吸是指在吸入管內(nèi)不用充滿液體(初次啟動(dòng)泵體內(nèi)灌滿液體，再次啟動(dòng)依靠留存的足夠液體)的情況下啟動(dòng)泵，泵能夠自動(dòng)排除吸入管內(nèi)的氣體，進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。

具備自吸功能的泵為自吸泵。

2.1 自吸泵分類

自吸泵按安裝形式分為臥式自吸泵和立式自吸泵，按工作原理分為離心式自吸泵、水環(huán)式自吸泵和射流自吸泵。

(1) 離心式自吸泵：靠葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力實(shí)現(xiàn)自吸。根據(jù)氣液混合的位置，又分為內(nèi)混式和外混式。內(nèi)混式是指在葉輪進(jìn)口進(jìn)行氣液混合，外混式是指在葉輪外緣進(jìn)行氣液混合。

(2) 水環(huán)式自吸泵：將水環(huán)輪和水泵葉輪組合在一個(gè)殼體中，借助水環(huán)輪將氣體排出，實(shí)現(xiàn)自吸。

(3) 射流自吸泵：由離心泵和射流泵組成，依靠噴射裝置在噴嘴處形成真空，實(shí)現(xiàn)自吸。

2.2 自吸泵基本參數(shù)

除一般的流量、揚(yáng)程、軸功率、效率和汽蝕余量外，最重要的參數(shù)是自吸時(shí)間和自吸高度。

(1) 自吸時(shí)間：在一定的自吸高度下，抽送常溫清潔液體，從泵啟動(dòng)到排盡泵吸入管內(nèi)的空氣正常出水所需的最短時(shí)間。

(2) 自吸高度：水面到吸入管中心的高度。(3) 最大自吸高度：能自吸上水的最大高度。

3 廢水泵存在的問(wèn)題及原因分析

3.1 廢水泵存在的問(wèn)題

(1) 水泵葉輪為普通離心泵型式，汽蝕性能一般，水泵吸程不高。有的水泵采用開(kāi)式單圓弧葉片，效率極低。

(2) 壓水室采用蝸殼式結(jié)構(gòu)，泵體積大；一旦泵體被磨損，壓水室整體都需報(bào)廢。

(3) 水泵采用大直徑副葉輪密封，能耗非常大(副葉輪能耗與直徑的5次方成正比)，另外葉輪和副葉輪全為開(kāi)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部泄漏大，水泵效率低。

(4) 沒(méi)有設(shè)計(jì)停泵密封，在自吸時(shí)容易吸入外面的空氣，影響自吸性能，甚至吸不上水；且在停泵瞬間，由于出口止回閥的損壞或滯后，液體虹吸倒流沖擊，會(huì)造成泄漏。

(5) 下吸式水泵采用S型彎管水平進(jìn)水，占地面積大，管路阻力大，不但降低了水泵吸程，而且造成管路系統(tǒng)損失大、裝置效率低。

(6) 水泵軸和電機(jī)軸采用套筒式聯(lián)軸結(jié)構(gòu)，軸加工困難，且難以保證泵和電機(jī)同心度，造成水泵運(yùn)行振動(dòng)大、噪音大。

(7) 水泵進(jìn)口帶電磁真空破壞閥以破壞虹吸，但電磁閥可靠性差，容易發(fā)熱燒壞，造成停泵事故。另外，由于采用的電磁閥不防爆，不適合在有防爆要求的場(chǎng)合使用。

(8) 出口逆止閥為帶上下閥板的止回閥，局部損失系數(shù)大，造成揚(yáng)程損耗，泵組效率低。

3.2 原因分析

針對(duì)該公司排水槽廢水泵自身特性和工作現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)全面分析，找到原因。

(1) 啟動(dòng)時(shí)操作不當(dāng)。由于該泵設(shè)計(jì)原因，不能全開(kāi)出口門啟動(dòng)，必須先關(guān)小出口門，待運(yùn)行正常后根據(jù)情況調(diào)整出口門開(kāi)度。

(2) 運(yùn)行中調(diào)整不及時(shí)。運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，根據(jù)進(jìn)入排水槽的水量及時(shí)調(diào)整出口門。若調(diào)整不及時(shí)就會(huì)造成排水槽水位不正常，水位過(guò)低時(shí)會(huì)造成打空泵，再次啟動(dòng)時(shí)必須重新注水。

(3) 進(jìn)口管徑選擇不合理。進(jìn)口管道直徑為273 mm，管徑偏大，造成吸入管內(nèi)的氣體過(guò)多；水泵啟動(dòng)后必須將大量的水吸到水泵內(nèi)，造成啟動(dòng)上水困難。

(4) 出口管路過(guò)長(zhǎng)，且只設(shè)計(jì)1個(gè)排氣閥。廢水泵輸送管路有幾百米長(zhǎng)，管道內(nèi)大量空氣無(wú)法及時(shí)排出，形成氣塞。

(5) 水溫原因。機(jī)房排入的水中部分為蒸汽管道疏水，使池中水溫上升至80 ℃；而該泵設(shè)計(jì)為輸送常溫水，水溫過(guò)高將造成水泵內(nèi)的水汽化。

(6) 水泵選型不合理。廢水泵除根據(jù)流量和揚(yáng)程選型外，還要考慮安裝高度和自吸時(shí)間等問(wèn)題。

4 解決措施

經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查、研究討論、分析比較，制定了提高機(jī)組排水槽廢水泵工作可靠性的措施。

4.1 解決啟動(dòng)時(shí)操作不當(dāng)問(wèn)題

制定啟動(dòng)程序，啟動(dòng)前檢查出口門位置，啟動(dòng)時(shí)必須先關(guān)小出口門，運(yùn)行正常后根據(jù)情況調(diào)整出口門開(kāi)度。

4.2 解決運(yùn)行中調(diào)整不及時(shí)問(wèn)題

總結(jié)廢水泵運(yùn)行特性，運(yùn)行中應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)視和調(diào)整，根據(jù)進(jìn)入排水槽的水量及時(shí)調(diào)整出口門，保證排水槽水位正常，避免水位過(guò)低時(shí)打空泵，減少重新注水次數(shù)，降低故障率。

4.3 重新選擇進(jìn)口管徑

將進(jìn)口管道直徑減小為219 mm，減少了需排除吸入管內(nèi)的氣體體積和水泵啟動(dòng)后需吸到水泵內(nèi)的水量，減少了啟動(dòng)上水的時(shí)間，降低了因打空泵而使泵體發(fā)熱的次數(shù)。

4.4 增加1個(gè)排氣閥

在廢水泵輸送管路增加1個(gè)排氣閥，使管道內(nèi)大量空氣就近排出，避免形成氣塞。

4.5 解決水溫問(wèn)題

對(duì)進(jìn)入排水槽的水源進(jìn)行優(yōu)化，控制水源的溫度，并且在排水槽增加來(lái)水冷卻裝置，將機(jī)房排入的高溫疏水冷卻到常溫，防止水泵內(nèi)水出現(xiàn)汽化。

4.6 水泵重新選型及改造

4.6.1 水泵重新選型

通過(guò)分析常見(jiàn)的3種水泵，選出最合適的水泵。常見(jiàn)的3種水泵優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2所示。

從表2中可以看出，WLZ/WZY無(wú)泄漏立式自吸泵(進(jìn)出口無(wú)電磁閥和止回閥)為立式安裝，占地面積少；啟動(dòng)時(shí)無(wú)需灌注液體，自吸時(shí)間短，特別適合需要頻繁啟動(dòng)的工況，符合該公司機(jī)房廢水池廢水泵選型要求。

WLZ型無(wú)泄漏立式自吸泵結(jié)構(gòu)如圖2所示。無(wú)泄漏立式自吸泵從自吸原理上說(shuō)屬于外混式自吸泵，它的自吸過(guò)程分為以下4個(gè)階段。

(1) 氣液混合。由于泵吸入和排出口具有一定的高度差，所以泵的儲(chǔ)液室內(nèi)一直存有一定量的液體。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)泵旋轉(zhuǎn)后，在葉輪離心力的作用下，儲(chǔ)液室中存留的液體被輸送到氣液分離室，甚至出水管。這樣會(huì)在葉輪進(jìn)口處形成負(fù)壓，儲(chǔ)液室和進(jìn)水管中的空氣進(jìn)入葉輪。由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)，在葉輪外緣與自吸盤的很小間隙之間形成強(qiáng)烈紊亂而完成氣液混合。

圖2 WLZ型無(wú)泄漏立式自吸泵結(jié)構(gòu)

(2) 氣液分離。在葉輪的作用下，氣液混合物通過(guò)自吸盤極短的擴(kuò)散通道(導(dǎo)流片)而減速，并被排到容積足夠大的氣液分離室中，在連接管上導(dǎo)流片的阻擋下，流速進(jìn)一步降低。由于空氣和液體的密度差極大，所以分布在水流內(nèi)部的氣泡便浮聚向上移動(dòng)溢出液面，并從出水管排出。自吸盤有5—7個(gè)通道，相當(dāng)于多臺(tái)抽氣機(jī)。

(3) 再循環(huán)過(guò)程。液體由于自身重力和葉輪進(jìn)口負(fù)壓吸力的原因從回流孔重新回到葉輪外緣與氣體混合，另一部分則通過(guò)通氣孔回到儲(chǔ)液室。隨著整個(gè)過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行，泵進(jìn)水管內(nèi)氣體不斷被抽出，因此出現(xiàn)相對(duì)真空，進(jìn)水管內(nèi)的水位就隨之升高，直至把氣體全部排盡，泵便完成自吸過(guò)程。

表2 3種水泵優(yōu)缺點(diǎn)比較

(4) 輸液過(guò)程。泵完成自吸過(guò)程后，自動(dòng)轉(zhuǎn)向輸液過(guò)程，其工作過(guò)程和普通離心泵一致。水泵停機(jī)后，進(jìn)、出水管內(nèi)的液體由于重力回流，當(dāng)泵體內(nèi)的液體下降到連接氣液分離室和儲(chǔ)液室的通氣孔處時(shí)，空氣從通氣孔進(jìn)入儲(chǔ)液室，破壞虹吸，保證虹吸作用不能將泵體內(nèi)的液體抽干。并且，由于儲(chǔ)液室內(nèi)垂直向上的短管(彎管)有一定高度，類似U型管結(jié)構(gòu)，在虹吸作用停止后，儲(chǔ)液室內(nèi)的液位比氣液分離室液位高，儲(chǔ)液室內(nèi)的液體從通氣孔向氣液分離室回流淹沒(méi)葉輪，確保下次啟動(dòng)無(wú)需注液。

4.6.2 自吸泵改造方案及實(shí)施

(1) 根據(jù)公司實(shí)際情況和改造現(xiàn)場(chǎng)建筑物結(jié)構(gòu)，采用WLZ立式無(wú)泄漏自吸泵取代現(xiàn)有廢水泵的改造方案。該自吸泵的相關(guān)參數(shù)如表3所示。

表3 WLZ立式無(wú)泄漏自吸泵相關(guān)參數(shù)

(2) 根據(jù)制定的改造方案，先對(duì)性能差的2號(hào)廢水泵進(jìn)行改造。由于新老設(shè)備安裝尺寸不同，在拆除原2號(hào)廢水泵泵體和基礎(chǔ)后，需要重新制作新水泵基礎(chǔ)，改造工作約耗時(shí)15天才完成。安裝好新水泵及進(jìn)出口管道后，新泵注水試運(yùn)成功。交付運(yùn)行使用后，運(yùn)行人員反映新水泵啟動(dòng)上水率達(dá)到了100 %。

根據(jù)2號(hào)泵的改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)1號(hào)泵進(jìn)行改造僅耗時(shí)1周時(shí)間。試運(yùn)成功后，啟動(dòng)上水率同樣達(dá)到了100 %。

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行檢驗(yàn)，2臺(tái)廢水泵均正常工作，達(dá)到了提高機(jī)組排水槽廢水泵工作可靠性、降低故障率的目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

改造方案及其他措施解決了機(jī)組排水槽1，2號(hào)廢水泵工作不正常、影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的難題，消除了腐蝕性廢水進(jìn)入主變、氫庫(kù)的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)效益雙豐收?？蓪⑸鲜龀晒?jīng)驗(yàn)應(yīng)用于化學(xué)專業(yè)的水處理廢水池廢水輸送泵、生活污水處理回用水泵等自吸泵類設(shè)備，也可在電廠鍋爐、汽機(jī)、脫硫、除灰、燃料設(shè)備中推廣應(yīng)用。

1 劉志勇.電廠化學(xué)設(shè)備檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

2 陳志和，劉大光.600 MW超臨界火力發(fā)電機(jī)組技術(shù)叢書(shū)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.

2017-02-20。

陳增潤(rùn)(1962—)，男，工程師，主要從事電廠化學(xué)檢修、電力監(jiān)理等工作，email：hnkf007@126.com。

王喜林(1978—)，男，助理工程師，主要從事電廠化學(xué)檢修、電力監(jiān)理等工作。