1. 前言
电厂凝结水泵的主要作用是在高度真空状态下, 将凝汽器热井中的凝结水通过低压加热器送至除氧器, 并为主蒸汽旁路及凝汽器提供减温水。正常运行工况下凝结水泵入口为负压区, 出口为正压区, 备用工况下全泵体均为负压区, 因此为防止运行过程中, 外界空气进入泵内造成凝结水溶氧量超标, 需设置可靠的轴端密封。
2. 串联机械密封特点及在凝结水泵上的应用
串联机械密封又称为无压双密封, 在API682标准中的代号为2CW-CW (如图一) , 是由两组同向布置的单端面机械密封串联而成。该密封有两个密封腔, 使密封压力逐级降低, 阻止介质外漏。第一级靠近介质侧的密封为主密封, 其密封腔通入压力较高的润滑液, 隔离泵内介质并润滑冷却密封面;第二级靠近大气的为副密封, 其密封腔通入压力较低的缓冲液, 起到冷却主密封静端盖、阻隔外界空气的作用。辅助密封系统通常采用plan11/13+plan52的方案 (如图二) 。该密封及其辅助系统应用于凝泵上面, 一方面可利用带压的凝结水为主密封冲洗冷却, 另一方面利用不带压的除盐水隔离外界空气。尤其在凝泵备用状态下, 由于主密封无冲洗水, 全靠副密封的缓冲液来保证负压的泵体与外界的密封。华能福州电厂凝泵由原来的填料密封改为串联机械密封后, 使得原来凝水损耗率高, 漏气严重等现象得到很好的改善。
3. 海外某核电机组凝泵机封运行中出现的问题
3.1 该机组凝泵结构及其轴密封系统介绍
海外某核电机组常规岛凝泵为立式筒袋型多级泵, 双层壳体, 首级叶轮为双吸, 次级叶轮与末级叶轮为通用单吸形式。导流壳为碗型壳, 泵的径向载荷由设置在泵轴多处的水润滑的导轴承承受, 轴向力大部分由设置于泵轴上部的平衡鼓平衡, 剩余轴向力由推力球轴承承受。轴密封采用串联多弹簧机械密封, 冲洗方案为plan11+54组合, 具体的密封冲洗管路图见图三。
该串联机械密封的主密封采用凝泵出口的带压凝结水进行冲洗冷却, 冲洗后的水通过节流套进入到前面的平衡腔室, 由于平衡腔室与泵入口通过平衡管相连, 因此腔室压力近乎等于入口压力。副密封采用常规岛闭式循环冷却水进行冷却, 闭式循环冷却系统为介于常规岛热用户和最终冷源之间的热传递系统, 冷却后的液体再排入闭式冷却水系统中。根据机械密封说明书上要求, 主密封冲洗水压为0.5~0.8MPa, 副密封冷却水压为0.3~0.5MPa。两路水分别通过设置在各自管路上的针型阀调节。
3.2 运行过程中出现的问题
该凝泵在机组投运后, 多次发生主密封损坏, 导致串水现象, 即副密封的冷却水通过损坏的主密封进入到凝泵介质中。虽然冷却副密封的水为除盐水, 但为防止闭式循环水系统管道及设备腐蚀, 需定期往水内加入磷酸三钠来调节PH值。这样通过主密封进入到凝结水中的磷酸三钠会最终会跟随凝结水系统沉积在核岛蒸汽发生器传热管外壁, 影响传染效力并腐蚀传热管。
3.3 密封面损坏及串水原因分析
首先造成凝结水污染的根本原因是串联机械密封的主密封面损坏, 其次是由于两级密封的冷却水水质不同。根据以往经验, 造成密封面损坏的原因主要有以下三点:1) 泵轴的摆动及不对中, 造成主密封面的偏磨;2) 主密封冷却水含有杂质颗粒, 造成密封面磨损;3) 实际运行时密封面附近的水压不够致使附近的水膜气化, 导致密封面干摩。无论以上那种原因导致主密封损坏后, 虽然主副密封冷却水有压力差, 理论上不会发生串水现象, 但实际调节过程中, 针型阀用来调压并不十分精确, 且闭式水系统存在压力波动, 另外变工况时凝结水母管压力也存在波动, 因此在主密封面损坏时, 主副密封冷却水很可能达不到要求的压力差, 而且主密封腔通过节流套与接近泵入口真空的平衡腔相连, 这两个腔室压力差要远高于主副密封冷却水的压力差。这些原因最终导致, 在主密封面损坏之后, 冷却副密封的闭式循环水通过主密封进入到泵体内, 造成凝水污染。
4. 密封冷却水系统的改造建议
通过以上原因分析, 为避免该泵凝结水污染的问题, 我们除了可以从主密封面损坏的原因中寻找一些相应措施外, 还可以针对密封冷却水系统进行一些改造, 本文主要讨论对冷却水系统的改造。
通过分析可知, 既然冷却主、副密封的水质有差异, 那么我们可以考虑两级密封在泵运行时都采用凝结水来进行冷却, 当然在泵启动和备用时, 由于凝结水母管没有压力, 此时还是利用闭式循环水来进行冷却和密封。根据这个思路, 可以将两级密封的冷却水并联在一起, 中间用止回阀来进行隔离, 如图四所示, 这样在泵启动时, 副密封还是通过闭式水来进行隔离和冷却, 一旦泵启动后由于凝结水出口母管的压力高于闭式循环水, 这样凝结水便通过止回阀将闭式循环水隔离开来, 两级密封同时由凝结水来进行冲洗冷却。同时为了回收凝结水, 副密封排水管路上需要增加一路去凝汽器或泵入口的管路, 且两条排水的管路上的阀门应与泵的启动进行连锁, 这里可以设置电动阀门自动连锁, 也可以安装手动阀采用人工操作。以上是针对该问题的改造建议, 具体的使用效果还有待实践验证。
5. 总结
由于电厂凝结水泵高入口真空状态和高纯凝结水水质的特点, 要求其在运行和备用状态下既要防止外界空气通过轴封漏入又要防止其他水源污染凝结水, 因此在轴端密封装置的选择上, 除了要考虑具体的密封形式外, 还应注意合理布置密封的辅助管路系统, 这样才能真正做到长时间的零泄漏与零污染。
摘要：电厂凝结水泵在高度真空状态下运行, 其轴密封要求严格。为避免外界空气通过机封漏入泵体内污染凝结水, 需要可靠的轴密封装置。本文介绍了串联机械密封的原理及其在电厂凝泵上的应用。同时针对海外某核电厂常规岛凝泵在运行中发生的机封冷却水串水问题, 分析了其原因, 并提出相应改造建议。对其他有类似情况的电厂凝泵有一定的借鉴意义。
关键词：凝结水泵,串联机械密封,冷却水系统
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