周谷仓 郝锦锋
1.华电国际电力股份有限公司山西热电分公司 山西省 朔州市036012
2.佶缔纳士机械有限公司 山东省 淄市25000
摘要：以华电国际电力股份有限公司山西热电分公司350MW机组100%容量真空泵为例，对真空泵产生汽蚀的原因，从选型，设计改造、运行环境等因素进行了简要分析，得出了选型偏大及工作液温度高是导致真空泵汽蚀的主要原因的结论；并据此制定了改造方案，实施后效果良好，对同类型真空泵的技改具有一定的推广意义。
关键词：真空泵、汽蚀、分析；
引言：
1）华电国际电力股份有限公司山西热电分公司（简称华电朔热）2×350MW超临界超临界，一次中间再热、直接空冷、单轴、双缸、双排汽、直接空冷抽气供热机组。于2015年双机投产，每台机组设置2台水环式机械真空泵型号：武汉2BW4 353。参数为：极限真空度3.3KPa，轴功率：160KW，转速500r/min。使用过程中工作液的温度高，泵噪音大，出现叶叶轮汽蚀孔洞产生裂痕甚至断裂等问题，给真空泵安全运行带来了巨大安全隐患。为此对汽蚀原因进行专题分析，并制定了技改方案，并委托佶缔纳士机械有限公司的定制化方案，改在泵通过12个月试运行，效果良好。
1.1水环真空泵的运行特性
1)水环真空泵的理论吸气容积Vth为:
Vth=2ebr2ω=4ebr2πn (1)
式中:
Vth一理论吸气容积,m3/min;
R一泵体内半径,m;r2一叶片顶圆半径,m;
b一叶轮轴向宽度，m;
ω一叶轮角速度,1/s;
e一叶轮的回转中心与泵壳中心的距离m。
水环真空泵的有效吸气容积Ve。为:
Ve=rHVth. (2)
式中:
rH一容积修正系数,rH<1。
吸气容积的损失可分为以下几部分：
a.叶片插入工作水的深度将极大地影响吸气容积；
b.气体通过腔室顶部时，因为排气测压力高于吸气侧；气体会从排气测向吸气侧泄露通过吸、排气接口的空隙时引起的溢流损失；
c.在一定的水环温度和绝对压力作用下，吸气腔内的水引起汽化。
1.2水环真空泵汽蚀原因分析
2）真空泵选型偏大，实际工况与设计工况偏差大。华电朔热现设置真空泵抽空气量达到4900m3/h，相当于81.7m3/民，即相当于抽干空气量为105Kg/min；经严密性试验，华电朔热空冷凝汽器真空泄露率为40-80Pa/民，即相当于漏入干空气量4-8kg/min，而实际抽干空气量则高达105Kg/min，远远高于泄露量，因此导致真空泵长时间在极限工况下运行（极限真空高达3.3KPa）。
3）工作液运行温度偏高。特别在夏季，工作液温度长时间在38-40℃左右，而工作液及除盐水在7-8KPa背压下汽化温度为39-41.5℃；而在极限真空3.3KPa背压下，工作液即除盐水汽化温度仅为25℃；而在3.3KPa背压下，38-40℃左右运行的工作液即除盐水，早已超过汽化温度，导致真空泵长时间工作在汽蚀工况下。
综合上述，水环真空泵选型过大，以及工作水温偏高，是使水环真空泵运行中产生汽蚀的根本原因，最终导致叶片根部产生裂缝，严重时会发生叶片断裂。
2、应对措施及改造方案简介
2.1应对措施
针对真空泵选型偏大问题，选择较小处理泵；针对工作液即除盐水偏高问题，采取降温措施，比如增加前置冷却器。
2.2改造方案介绍
改造气筒情况;根据现场情况：根据现场情况，每台机设置真空泵设置3台，当机组启动时2台原有真空泵同时启动抽真空。正常运行时进行改造的真空泵运行，原有2台真空泵备用。3台真空泵间设置联锁，当运行泵跳闸时联启一台备用泵。
佶缔纳士机械有限公司对现场数据分析，针对现场的情况制定改造方案，将原有轴功率160KW的真空泵改造为轴功率34.2KW的双级锥体真空泵AT1006E，并增加一台换热面积为30的管式前置冷却器。
技改方案与原真空泵的节能比较如表1所示。
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改造后节能经济分析计算情况如下。
a.凝结水节能计算
目前溢流水量至少节约为1500t/年（已除氧），按照13元/吨，收益约2万元。
b.电耗节能计算
更换真空泵后，可节省电流约150A，按照5000h每年。年节约电量约为：37.5万度，按照电费0.3计算。每台机组节约电费11.25万元。
c.节省检修费用
降低泵叶轮断裂的风险，节省真空泵的维修费用，按照每三年40万核算。
d.节省冷却水泵流量
真空系统的冷却水节省约50m3/h,年节约流量250000 m3/h。
e.节煤收益
技改后，抽真空泵能力大大提高，夏季工况可提高机组真空。凝汽器背压每降低1kpa,节约煤耗1.97克/KWH计算，夏季运行2000小时，提高真空0.5kPa进行核算成本。
0.5kpa * 1.97克/KWH*300MW* 2000小时* 400元/吨/1000000=23.63万元。
综述：技改年收益为2+11.25+40/3+23.63=50.21万元
3 结语
通过以上比较，1台350MW直接空冷机组100%容量水环真空泵经过技术改造后，不但保证了系统的安全运行，同时每年创造直接经济效益50.21万元（节电及节省燃料成本），改造效果良好。
华电朔热对350MW直接空冷机组100%容量真空泵的改造，对同类机组真空泵的技改有一定的推广意义。
1.2水环真空泵汽蚀原因分析
4）真空泵选型偏大，实际工况与设计工况偏差大。华电朔热现设置真空泵抽空气量达到4900m3/h，相当于81.7m3/民，即相当于抽干空气量为105Kg/min；经严密性试验，华电朔热空冷凝汽器真空泄露率为40-80Pa/民，即相当于漏入干空气量4-8kg/min，而实际抽干空气量则高达105Kg/min，远远高于泄露量，因此导致真空泵长时间在极限工况下运行（极限真空高达3.3KPa）。
5）工作液运行温度偏高。特别在夏季，工作液温度长时间在38-40℃左右，而工作液及除盐水在7-8KPa背压下汽化温度为39-41.5℃；而在极限真空3.3KPa背压下，工作液即除盐水汽化温度仅为25℃；而在3.3KPa背压下，38-40℃左右运行的工作液即除盐水，早已超过汽化温度，导致真空泵长时间工作在汽蚀工况下。
综合上述，水环真空泵选型过大，以及工作水温偏高，是使水环真空泵运行中产生汽蚀的根本原因，最终导致叶片根部产生裂缝，严重时会发生叶片断裂。
参考文献
【1】章建叶，凝汽器水环式真空泵的原理与运行【J】，浙江电力，2000,19（3）；52-54。
【2】俞健，杨建明，水环真空泵数学模型与运行特性【J】。发电设备，2000，（2）；14-18。
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【4】于国强，高会林，林潮，水环真空泵运行特性分析及工况调节[J].东北电力技术，2006，（5）；20-22.
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【6】马丁山，蒋安，等.真空严密性与凝汽器漏入空气流量的定量关系【J】，热力发电，2009，（6）；65-67.
【7】孙凤茹，温旭，刘峰，水环真空泵汽蚀的原因分析及消除措施【J】.华北电力技术，2007，（4）；43-44,48。
【8】吴建平，蔡建洲，王振宇，等，探析水环式真空泵冷却系统对机组出力的影响【J】.上海电力，18（1）；74-76。