工业轴封加热器多级水封对经济性的影响分析及改造价值

何毅峰

（广东粤电中山热电厂有限公司， 广东 中山 528445）

0 引言

轴加多级水封的主要作用是将轴封加热器中的蒸汽凝结水回收至凝汽器，提高热力经济性。由于多级水封直接与凝汽器相连，故设备的严密性会影响真空。轴加水位过低，会造成水封不严，降低汽轮机的真空度[1]。而真空下降将大大降低经济性，本文就多级水封对真空影响进行探讨。

梳理已有文献发现，与此相关的研究主要集中在三个方面，即：多级水封入口节流、增加多级水封的级数和提高多级水封的有效水柱高度。以上方法各有利弊，本文综合了改造难易程度、施工成本和改造效果等方面，以独特视角研究改造方案，并达到了预想的效果。

1 轴加漏真空情况分析

1.1 多级水封工作原理

轴加水封利用水封的阻力及水柱高差等平衡轴加和凝汽器之间的压差[2]。投运前对多级水封注水，多级水封的各级内套管和外套筒及连接处均充满了水（除外套筒顶端积有空气）。注水后，最终水封内各级底部形成小水封，轴加内的空气不会泄漏到凝汽器。多级水封水柱的总高度等于轴加内负压与凝汽器真空值的差，若凝汽器真空值与多级水封水柱总高度的和小于轴加内负压，则轴加内的空气会漏入凝汽器中，影响真空。

1.2 真空系统查漏过程

工程投产后，凝汽器真空严密性2 号汽机试验优秀，但4 号、6 号汽机试验一直不合格。经多次凝汽器灌水查漏后，真空漏点仍未明确。于是，采用氦质谱检漏技术开展真空在线检测查漏及调整试验。

1）开展4 号汽机真空严密性试验，试验过程及结果见表1。

表1 2 号、4 号和6 号汽机凝汽器真空严密性试验数据

2）对4 号汽机真空系统进行氦气查漏，发现高中低压缸侧轴封、高中压主汽阀门杆存在导致凝汽器真空泄漏的可能。提高轴封压力后，漏点依然存在，排除了真空从轴端泄漏的可能。而上述部位均与轴封回汽系统相连，初步判断泄漏真空与轴封回汽系统有关。

3）进行4 次试验，系统保持原状态，试验结果不合格，表明4 号汽机系统状态与上述第1 种情况类似。隔离多级水封后，试验结果良好，说明多级水封是真空泄漏的其中一个原因。恢复多级水封运行，保持对多级水封注水，并进行真空严密性试验，结果良好，表明原多级水封隔绝空气的效果不佳。

2 多级水封失效分析

根据多级水封设计图，计算极限水柱高度为9 278 mm，按轴加内负压为-6 kPa，凝汽器真空为-95 kPa，水密度分别为958 kg/m3、995 kg/m3，计算出多级水封能提供的静压是91～87 kPa，加上流动阻力，基本满足（凝汽器真空+多级水封静压差）＞轴封加热器负压要求。

但从4 号汽机试验数据看出，多级水封内水柱高度不能满足要求。对比2 号汽机多级水封，4 号、6 号汽机均包有保温，而2 号汽机未包保温。对比真空严密性试验，当2 号汽机试验合格时，多级水封回水温度均小于40 ℃，而4 号、6 号汽机多级水封回水温度均大于50 ℃。根据饱和蒸汽压力表可知，凝汽器真空为-90～-95 kPa，饱和温度在45～32 ℃之间，由于多级水封回水管道与凝汽器直接相连，内部压力等于凝汽器真空，若多级水封回水温度大于50 ℃，基本可以判定流过的是过热蒸汽而不是水。由此可以判断，多级水封三级套管内水未灌满整个套管。

多级水封入口为轴加冷凝水，轴加为微负压，故冷凝水温度约为98 ℃。2 号汽机由于多级水封未包保温，套筒散热蒸汽冷凝，易形成水封。同时，由于散热大，多级水封出口温度也较低，因此，多级水封有效水柱高度增加，此时多级水封能起到隔绝空气的作用。而4 号、6 号汽机由于包有保温，散热减少，多级水封内温度较高，三级套管内水闪蒸，导致多级水封有效水柱高度减少。因此，出现了轴加内空气漏入凝汽器的现象。

3 水封失效改造方案

通过对多级水封入口阀（或出口阀）进行节流（见图1），提高轴加内液位（试验液位提高至接近300 mm，才能避免轴加空气漏入凝汽器），在多级水封水柱高度不够的情况下，也能保证轴加内的空气不漏入凝汽器。

图1 多级水封入口节流原理

除多级水封入口节流外，更可靠的措施是增加多级水封级数，提高有效水柱高度，增加运行裕度的同时，能完全避免轴加满水现象。可以微开多级水封注水，通过注入温度较低的除盐水进行持续冷却，避免三级段水柱闪蒸，保证水柱有效高度。

4 改造方案实施成效及价值

基于目前多级水封存在失效的现象，为减少多级水封对凝汽器真空的影响，提高灵活性，同时，考虑到增加级数可能会增加真空系统漏点，制定如下实施方案：

1）将原轴加汽侧液位开关改为量程0～600 mm的液位变送器，实现液位远方监视。

2）在多级水封入口增加气动调节阀，实现自动调整轴加汽侧液位。

3）为多级水封入口调阀搭建以轴加汽侧液位为控制对象的自动控制逻辑。

方案实施后，通过动态调整轴加汽侧的液位，增加了多级水封的有效高度，并能根据不同的真空度动态调整多级水封高度，提高真空严密性。

冬季由于气温较低，使用少量循环水真空就可达到峰值，此时严密性对真空的影响十分有限。相反，夏季气温高，循环水系统接近满负荷运行，此时严密性对真空的影响很大，如严密性好的2 号汽机能比严密性差的4 号、6 号汽机真空高2 kPa。

通过试验，轴加水位控制在350 mm 时，真空提升1 kPa。据统计，汽机负荷为100 MW，真空提高2 kPa，汽机功率可以增加3.75 MW[3]。一年当中，当地气温大于30 ℃的时间有4 个月，按应用轴加汽侧液位可视化调整后真空能提高1 kPa 计算，汽机功率可提升1.875 MW，机组每年多发电量为：1.875 MW×1 000 kW/MW×24 h/d×30 d/月×4 月=5 400 000 kW·h，按上网电价为0.56 元/kW·h 计算，每年可创造经济效益297 万元。

5 结论

通过多次真空试验及轴加水封水柱高度调整，得到以下结论：

1）轴加多级水封内水柱有效高度不足，会造成轴加内空气漏入凝汽器。

2）造成轴加多级水封有效高度不足的原因有：多级水封管内水闪蒸、轴加多级水封设计余量不足。

3）提高轴加多级水封内水柱有效高度的措施有：增加多级水封的级数、对多级水封入口阀（或出口阀）进行节流和动态调整轴封加热器汽侧的液位。

4）改造后，通过动态调整多级水封高度，降低轴加漏入空气量，提高了真空严密性，运行效率和经济效益显著提高。