摘要：我公司二期2*300MW机组64LKXA-22.5 型循环水泵，经过长期运行后，导叶入口发生汽蚀，通过对循环水泵进行性能试验测试，发现#3、4机组循环水泵明显偏离设计工况，水泵长期处于最佳工况范围以外运行，影响循环水泵流量、效率和机组真空，对机组经济运行产生了大面积的影响。为了使泵组处于最佳的运行工况，本论文进行了循环水泵装置特性以及运行工况分析，并探究解决方案予以实施，改造后的循环水泵在相对大的流量区间高效运行，取得了良好的效果，为电力行业同类型水泵的改造提供了参考和借鉴。
关键词：循环水泵；效率；汽蚀；性能试验；节能
一、研究目的与背景
在火力发电厂影响机组经济性的众多参数中，凝汽器真空是影响最大的，机组真空每变化1kpa，约影响供电煤耗2.6g/kwh左右，而冷端设备凝汽器的循环冷却效果对凝汽器真空有着直接关系。
就我国目前300MW及以上机组凝汽器冷却系统，广泛采用循环水泵冷却，循环水泵具有流量大、冷却效果好、变工况性能好等优点，循环水泵能否正常稳定运转对整个机组的安全、经济、稳定运行起着至关重要的作用。
同时，循环水泵、真空泵、凝结水泵等重要辅机是厂用电的消耗大户，特别是循环水泵，其一般为高压电机，单机容量大，运行时间长，耗电量也最多，其耗电量高达厂用电的10%，所以其运行效率的高低、状态的好坏直接影响到全厂的经济性和安全性[1]。
而循环水泵的工作效率及出力工况的影响因素较多，其中包括泵内各部件材质、叶轮与密封环的配合间隙、导叶体流道表面是否光滑等，可对机组经济运行产生大面积的影响。
因此，本文针对300MW机组循环水泵提高效率、降低电流进行研究分析并给予处理方法，对于提高热电厂安全运行经济性具有重要的意义，同时为电力行业同类型水泵的改造提供了参考和借鉴。
二、设备概况
2.1 设备简介
国电菏泽发电有限公司二期 2×300MW 机组#3、4机共配置4台64LKXA-22.5 型循环水泵。采用单元制循环供水，冷却塔为逆流式自然通风冷却塔。循环水泵房靠近凝汽器。冷却塔至水泵吸入前池进水流道为地下暗渠，矩形截面，#3机组于2001年底投产，#4机组2002 年5月投产。
循环水泵的铭牌参数：Q=4.72m3/s=17000m3/h；H=22.5m；n=370r/min；Pa=1176KW。配套电机：YKSL1600-16/1730-1，Pe=1600KW；U=6KV；I=213A；COSΦ=0.77；η=93.8%，循环水泵装置情况如下图2-1 所示：
说明：
1．冷却塔竖井顶部标高经实测为14.00m（以泵房平面为零基准面，以下同）；估定竖井水位标高为 =11 m（以现场测量为准）；
2．吐出压力表标Z2高=+0.8m（#3）和+1.25m（#4）；
3．吸入水位 =-1.0m，此水位与补水量有关；
4．压力测点管径为DN1600（中心）
2.2 设备现状
2008年上半年，#3机组大修发现导叶体（HT250）进口边工作面有冲蚀现象，采用树脂材料修补，并用不锈钢铁皮、3 个螺栓加固。2009年5月#4机组大修，发现泵与#3机组同样的情况，采用同样的方法修补导叶片进口处。
2012年下半年，#3机组再次大修时，发现原来的树脂材料和不锈钢铁皮、紧固螺栓都已不见，又采用贝尔左纳（belzona）高分子涂料对导叶片进口处进行修补。
2013年3月，#4机组大修，发现与2012年#3机组大修时一样的情况。在2015年6月#4机C级检修，通过对循环水泵进行解体，将导流体吊出，检查#4机A、B循环水泵入口导叶进口边工作面冲刷汽蚀情况，发现导叶进口边工作面用进口贝尔左纳高强材料修补原修复部分损坏更加严重（如下图2-2），原处理方案无法彻底解决冲刷汽蚀问题。
图2-2 循环水泵入口导叶汽蚀情况
三、循环水泵运行工况分析
2015年7月，对#3、#4机循环水泵进行了影响真空参数分析、循环水泵切换、循环水泵单泵运行、两泵并联运行等一系列试验，通过不同的运行工况进行试验、分析，得出以下运行数据（以#4机A循环水泵为例）
3.1 循环水泵运行数据及运行工况分析
运行数据及运行工况分析（全年约9 个月时间），2015年7月27 日，#4机A循环水泵运行数据，如下表3-1：
表3-1 #4机A循环水泵单泵运行数据
与初估流量一致，同时与泵的性能曲线基本吻合，说明此时该循环水泵运行时，已经偏离设计工况较大。而现场水泵流量测量只有16000 （4.44 ）左右，对应泵的运行曲线，此时扬程应为23.5m，扬程损失严重。初步判断单泵运行时，偏大流量运行，造成轴功率增大，可能存在一定的汽蚀或回流现象。
3.2 循环水泵装置特性分析
已知H=15.25m；Q=4.44 （按现场测流量16000 计算）， =11+1=12m；管路损失ΔH=15.25-12=3.25m；
3.4 试验结论
通过#4机A循环水泵运行工况点分析得出，循环水泵实际出水扬程为17.5m，流量为5.79m3/s，运行效率为73%，与设计参数（扬程22.5m，流量为4.72m3/s，效率83.5%）偏差较大，得出水泵偏离高效区运行，导致循环水泵效率低。
最终，判定造成循环水泵的工作效率低、导叶入口汽蚀等情况的根本原因为：原系统装置扬程选择偏高，造成水泵扬程损失严重，偏大流量运行，水泵不能稳定运行在高效区，导致循环水泵轴功率增大、运行效率大幅下降。
四、循环水泵改造方案
处理方案：根据#4机A循环水泵特性、装置特性分析、水泵实际运行工况分析以及设备运行现状，最终制定项目实施方案为：更换叶轮、叶轮室、导叶体等水力部件，将整个水力元件（包括叶轮、叶轮室、导叶体等零件）重新制作和更换，其目的在于不仅提高水量，同时提高运行效率，达到节能降耗的目的，具体实施方案如下：
1、提报实施方案，要求厂家按照提出的方案进行循环水泵水力部件的改造工作，对通流部件进行重新设计，将整个水力元件（包括叶轮、叶轮室、导叶体等零件）重新制作和更换[4]，提高循环水泵出水流量，保证水泵工况点稳定在高效区运行，从而提高运行效率，达到节能降耗的目的。
2、采用新型导叶体（采用不锈钢材质，减轻汽蚀冲刷，延长使用寿命）、新型叶轮、叶轮密封环等（采用304不锈钢材质，减轻汽蚀冲刷，延长使用寿命）、吸入喇叭口、内接管、下轴等相关零部件，叶轮、导叶体要求整体铸造，满足现场设备运行工况要求。铸造后对壳体全面进行探伤检查，应不存在裂纹、气孔、夹杂等铸造不良缺陷。导叶体内流道表面光滑，不得有冲刷痕迹，各部厚度应符合设计要求，保证整机性能并达到改造要求，且不锈钢导叶体30年内不会发生汽蚀现象。
3、对原循环水泵电机进行增速改造，由原电机转速370 r/min增速至425 r/min，电机增速后满足循环水泵及循环水泵电机所有运行参数均在合格范围内，循环水泵筒体不变，运行后不出现超额定电流现象，不出现泵组振动现象，不出现电机导轴承、推力轴承超温现象，不影响凝汽器及换热管的安全运行。
五、效果检查
5.1 效果检查
改造后，于2015年10月11日对#4机组A循环水泵改造进行了对比性试验，数据汇总如下表5-1、表5-2。试验条件：保持#3、4机组负荷相同，并稳定不变；停止#4机组A循环水泵、启动B循环水泵，稳定运行1小时后，统计30分钟相关参数。
表5-1 #4机组A循环水泵改造对比性试验数据汇总
试验结果：
1、切换前#4机组A循环水泵运行真空-93.53 kPa，比#3机组真空高1.59 kPa；切换后，#4机组B循环水泵运行真空-92.85kPa，比#3机组真空高1.30kPa，由此可以得出#4机组A循环水泵改造后使机组真空提高了0.29 kPa。
2、#4机组A循环水泵运行功率1294.92kW，B循环水泵运行功率1434.68 kW，同比降低139.76kW。
3、改造前循环水泵的效率是73%，改造后循环水泵的效率是85.6%。
4、最终通过改造，水泵如设想的一样，运行工况点（高效区）向大流量偏移[5]，从而能够满足系统的运行，同时泵的效率提高很多。
5.2 经济效益
依据上述数据，根据循环水泵运行时厂用电率9.7%，我厂上网电价为0.3812元/kWh，煤价约为550元/吨标准煤，测算如下（机组汽温、汽压、负荷不变）：
1、300MW运行时（厂用电率9.7%），机组因改造循环水泵真空提高0.29KPa，而每小时节约的标准煤耗为 0.725g/kWh，按去年#4机组年发电量172836.1440万kWh计算，则每年节约的成本为：
0.725 g/kWh×1728361440 kWh≈1253.06t
550元×1253.06t＝689183元
2、改造后循环水泵电机运行电流为172.50A，较#4机组循环水泵改造前电机电流193.60A，降低电流21.1A，则每小时节约资金：
1.732×U×I×cosφ×0.3812＝1.732×6×21.1×0.77×0.3812＝64.4元，按泵平均一年运行8个月计算，年节约资金：8×30×24×64.4＝370944元。
3、通过计算本次改造年共可节约资金为：689183元+370944元＝1060127元。
六、总结体会
1、针对国电菏泽公司#4机A循环水泵运行效率低及导叶汽蚀严重的问题，创新性的采取有针对性的改造，解决了水泵长期处于最佳工况范围以外运行的难题，改造后循环水泵稳定在高效区运行，同时消除了导叶入口汽蚀严重的问题，提高了机组真空和设备效率。
2、改造实施后循环水泵电机电流降低21.1A，运行功率降低139.76kW，取得了良好的节能效果，为公司的节能减排工作做出了突出贡献。
3、改造后设备安全稳定运行，增加了主要辅机的运行可靠性，为机组稳发满发提供了可靠保证，为行业内其它公司解决该问题提供了成功的经验和依据。
参考文献：
[1] 朱祖超，低比转速高速离心泵的理论及设计应用，北京，机械工业出版社，2008
[2] 何希杰，劳学苏，离心泵效率计算若干公式评价，水泵技术，2009
[3] 丁成伟，离心泵与轴流泵，北京，机械工业出版社，1981
[4] 关醒凡，现代泵理论与设计，北京，中国宇航出版社，2011
[5] 朱祖超，低比转速高速离心泵的理论及设计应用，北京，机械工业出版社，2008
作者简介：
万雨芳、工程师、汽轮机设备检修、国电菏泽发电有限公司。
论文作者:万雨芳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/28
标签：水泵论文; 机组论文; 工况论文; 叶轮论文; 效率论文; 真空论文; 凝汽器论文; 《电力设备》2018年第29期论文;