摘要：2BW4353-0MK4型水环式真空泵，正常运行中采用一运两备方式，单台真空泵电流为210A～240A。在运行中多次出现叶片断裂的情况，曾在入口管道上加装了大气喷射器，叶片断裂情况得到缓解，但电机电流增大约20A，叶片断裂情况仍然存在，并且在历次机组计划性检修中，均发现真空泵叶片存在不同程度的裂纹，影响了机组的安全稳定运行。针对此类问题，在抽真空母管上加装一台罗茨真空泵组，气冷罗茨泵与叶环真空泵串联成机组，达到更高真空度来满足系统要求。罗茨真空泵组的投入使用将降低原水环真空泵叶片断裂的风险，耗电方面原真空泵电流215A，罗茨真空泵组66A，节能69.3%。效率、节能方面有明显提高。
关键词：罗茨真空泵；节本降耗；消除叶片断裂隐患
一、水环式真空泵运行现状
凝汽器抽真空设备由西门子真空泵压缩机有限公司生产的型号为2BW4353-0MK4水环式真空泵，每台机组配置3台。设计二运一备，正常运行中采用一运两备方式，单台真空泵电流为210A～240A。
目前存在的主要问题：1)真空泵选型偏大在水环真空泵选型时，主要考虑快速启机的响应速度（30分钟内能达到启机要求真空值）和最大的允许漏气量作为选型原则。机组正常运行时，在真空严密性合格的情况下，现有设备用来维持凝汽器真空有较大裕量，造成真空泵耗电率高。2)水环真空泵自身的特性（运行时用电动机把水搅动起来形成水环密封，以便液环泵抽真空。）决定了它的效率较低，其总效率η＝ηιs×ηω×ηm，一般低于30%。3)水环真空泵性能、出力受制于工作水温度的变化:夏季高温时，工作水温度高，水环真空泵性能、出力急剧下降，可能导致凝汽器真空下降，造成机组经济性降低。4)水环真空泵设备的内部机械性能（如裂纹问题）受汽蚀现象影响大:单级水环式真空泵易发生气蚀，造成转子裂纹、断裂，设备维护成本高，影响设备的安全运行。2008年对1号机11、12真空泵进行了改造，在入口管道上加装了大气喷射器，叶片断裂情况得到缓解，但电机电流增大约20A，叶片断裂情况仍然存在，并且在历次机组计划性检修中，均发现真空泵叶片存在不同程度的裂纹，每次只能对裂纹进行深挖补焊或者更换叶轮，增加了大量的设备维护费用，影响了机组的安全稳定运。同时，大液环泵为定频电机，会有启动时的大电流，造成电器设备的安全隐患。因此，从降低厂用电率、提高凝汽器真空、保证设备安全等方面出发，进行技术改造是必要的。
二、高效罗茨真空泵装置的研究
两级真空泵之间的抽速比(后级泵与前级泵的抽速比)要符合一定比例，如果前级液环真空泵抽气能力不足则会使罗茨真空泵排气不畅并出现过热和过载情况，采用气冷罗茨真空泵后过热过载现象基本不会出现。一般气冷罗茨泵与液环泵的抽速比不宜大于4：1，在真空度较低的工艺条件中的抽速比为2：1。
普通罗茨真空泵需要在6000Pa左右甚至更低的压力下才能够启动，在1333Pa～1Pa之间才开始有稳定的大抽速。因为罗茨真空泵没有内压缩特性，是通过外部压缩的形式实现气体排放。过大的压差以及高压下工作会使真空泵负荷过高，那样转子在压缩过程中产生的过多热量无法散去，就会出现过度膨胀，导致转子之间及与泵腔之间的间隙消失，进而就是卡死。而气冷式罗茨真空泵为了解决这一问题，采用冷却气体直接冷却转子的方式，来减少转子温度以及与泵腔之间的温差，避免转子过度膨胀，实现在高压差以及高压缩比下运作。
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三、与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较
国内机组真空泵的优缺点及解决方案：目前国内机组主流的真空泵均是为适应机组启动工况而选择的,能耗均偏高。主要单级水环真空泵、双级水环真空泵，约占据了95%以上的市场份额。（1）单级水环真空泵：此类真空泵采用早期技术，压缩比较大，运行噪音高，易发生汽蚀，能耗偏高。运行中极限真空和抽吸能力受工作水温影响较大，当工作水温超过35℃时，影响凝汽器真空。目前解决单级水环真空泵汽蚀及提高极限真空、抽吸能力的方案主要有以下两种：1）降低工作水温度：通过加装制冷装置提供低温水或用空调冷冻水来替代工作水的普通冷却水。该方案能解决汽蚀问题，提高抽吸能力，但因为需要驱动热源和系统循环水泵，其制冷能耗要增加。2）加装大气喷射器：在单级水环泵前加装大气喷射器提高水环真空泵入口压力，能解决汽蚀问题，提高极限真空。但真空泵的运行电流将增加20~30A。另外虽然真空泵的抽气能力提高，但实际对凝汽器的抽气能力却下降。（2）双级水环真空泵：双级水环真空泵为升级换代产品，其运行平稳，不会产生汽蚀，其性能受工作水温影响相对较小，其能耗水平比单级水环真空泵相对较低（600MW机组配置真空泵电流320A～380A）。目前解决双极水环真空泵的能耗偏高问题有以下两种方案：1）相邻机组抽空气管道加装联络门，用一台真空泵抽两台机组的空气。此方案仅适用于冬季，在其它季节无法使用，对真空严密性不合格的机组亦不适用。该方案有一定的节能量（50%），但机组的运行安全性降低。2）使用小型真空泵，运行电流能降低40～50A，有一定的节能量（20%～30%）。但抽气能力远低于设计值，不能满足设计30分钟内建立启动真空要求。
高效真空泵系统运行经济性分析：该系统由罗茨泵+管式换热器+水环式真空泵组成，罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，压缩比很低，效率高，功率低。该系统对比科尔庭-汉诺威蒸汽喷射器系统具有以下优点：
1）节电率高，比原水环式真空泵节电70%～90%；2）极限真空能力更强：采用罗茨泵和水环式真空泵技术串联技术，极限真空可以达到50~400Pa，比科尔庭-汉诺威蒸汽喷射器系统极限真空（1000Pa）高，600MW机组可以提高高、低背压凝汽器真空0.1~0.5kPa；3）适应机组真空严密性能力更强：600MW机组配置罗茨泵为变频设备，可以根据机组实际真空严密性情况，通过调节变频器转速来调整系统出力，因此适应能力更强。
四、应用情况及节能改造效果
定州电厂利用机组C级检修的机会，对原真空系统进行了改造，在凝汽器抽真空母管上安装一套罗茨真空泵组。改造后的运行方式改为原真空泵建立真空，待真空值达到标准要求后启动罗茨真空泵组运行，停运原真空泵。
按照原真空泵仅在启机建立真空时投入运行，若每年平均启动5次，每次运行8小时计算，全年仅运行40小时，可大大减少原真空泵的维护次数，真正实现少维护或免维护，从而节省大量的检修费用和减少大量的检修工作。原设计抽真空设备主要用作汽轮机启动初期的快速建立真空，要求在30min内达到机组启动要求，实际正常运行中，无需那么大的需求。因此，在正常运行中，通过以小代大的方式达到节能目的。常规水环泵效率低下耗电率高，单台真空泵运行电流为215A，而该罗茨水环真空机组运行后总电流为66A左右，相比节能69.3%。
参考文献
[1]华东六省一市电机工程（电力）学会.汽轮机设备及其系统.北京：中国电力出版社.2006，11.
[2]上海电力学院.泵与风机.北京：中国电力出版社.2004.
作者简介
1、吴俊杰（1984-06-18），男，工程师，2004年毕业于山西大学，现任职于神华河北国华定州发电有限责任公司汽机辅机技术员。
论文作者:吴俊杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：真空泵论文; 机组论文; 真空论文; 凝汽器论文; 电流论文; 叶片论文; 水环真空泵论文; 《电力设备》2018年第26期论文;