适应频繁启停工况的海水循环水泵改造

毛健

内容摘要：本文主要介绍日启停联合循环发电机组海水循环水泵改造

关键词：循环水泵；双向不锈钢；抽芯部件；锥形中间联轴器

一、项目概况

某司2台日启停联合循环发电机组共有四台循环水泵。其中一台循环水泵在2010年已整泵更换为无锡日立泵（1400HDC-16.5），循泵运行维护情况正常。另三台循环水泵均为型号1400HLBK-17混流泵。

三台型号1400HLBK-17的混流泵，自2007年投入运行以来，运行可靠性差，设备多次发生故障停运大修，严重影响主机运行，存在安全隐患。2018年11月开始，这三台循环水泵陆续出现振动大，电机电流突增等问题，该司对两台泵进行了抢修。根据解体情况判断，循环水泵整体恶化程度加剧，超出原来可维持运行的预期。以往循环水泵故障后可现场更换部件，如导轴承、导轴承支架、内护管等。此次检修发现，循环水泵主体结构已经发生损坏，如导流体裂纹，外筒体及喇叭口导流体支撑座裂纹等，如果损坏严重可能导致循环水泵无法修复的情况。

经检查分析，设备故障频繁发生的原因有：1、水泵外筒体壁厚及法兰厚度不足，导致水泵结构强度低；2、水泵导轴承支座结构不合理，导致水泵径向力不能有效传递到外筒体上，造成该零件极易损坏且会增加泵组振动。

在过去13年的维护运行中，该司对部分部件进行技术改造，但无法达到既定效果，循泵解体大修频繁，以往每台泵大修周期大约为15个月到24个月，从本次解体检修设备情况判断，检修周期缩短到12个月左右，严重影响了机组的安全。同时该司为日启停机组运行方式，设备启停频繁，可靠性逐步降低，如循环水泵无法运行，机组只能限制出力或被迫停运。

二、设计方案

本项目主要针对该司循环水泵情况，研究采用先进的结构设计方案，水泵可抽部分采用悬吊式结构，不支撑在外筒体上，保证泵组整体稳定性；泵过流部件采用双相不锈钢材质，满足该司循环水入海口水质特性需要，不易腐蚀，保证水泵主要零部件的运行寿命不低于30年的设计值。采用最适合的水力模型，额定效率高且高效区域宽，可保证水泵在水位变化频繁时仍能高效稳定运行。泵为转子可抽出式，即泵维修拆卸时不必拆动外筒体、外部管道及安装基础，可将需要维修的转子部件从泵壳中向上抽出；叶轮和叶轮室之间的间隙值可通过上下联轴器的调整螺母予以调节。

三、方案实施过程

1、泵过流部件采用双相不锈钢材质，满足该司循环水入海口水质特性需要，不易腐蚀。

该司循环水取自珠江水道出口，属于淡咸水交界处。在冬季枯水期,受潮汐影响河水、海水渗混现象显著, 水温和含氯度沿线没有明显的垂直分层变化现象, 实测含氯度变幅在0.4‰～9.9‰之间。

根据海水介质特点，选合适的耐海水腐蚀的不锈钢材料，与海水接触的泵各位置结构应设计成防止海水间隙腐蚀的结构。根据设计和以往的海水泵经验，在安装间隙等易发生腐蚀的部位，提供必要的防腐蚀涂装，以保证水泵的使用寿命。

2、根据现场情况,对水泵进水流态进行分析，选择最适合的水力模型，额定效率高且高效区域宽。

3、针对轴系的优化，转子为可抽出式，水泵可抽部分采用悬吊式结构，不支撑在外筒体上，保证泵组整体稳定性。

（1）轴分段较多会造成轴系对中的累计误差较大，从而造成水泵转动部件的同心度较差，在满足现场吊高及轴系可靠性的情况下，尽量减少轴的分段。

（2）抽芯部件非转动部件的定位结构优化——抽芯部件非转动部件在运转时受到流体力的影响会产生瞬间转动及振动，传统的防转方法是在叶轮外壳和喇叭接管上设置防转筋板或者定位键，但这种防转措施无法避免开机的瞬间非转动部件的转动，以及水泵的壳体的冲击，鉴于此，对抽芯部件的定位结构进行了特别优化，叶轮外壳采用锥面定位，护管上端用螺栓压紧的结构，安装时采用扭矩扳手，使螺栓的预紧力达到规定强度，保证非转动部件不发生转动，且锥面接触有一定的对中作用，大大提高了抽芯部件的可靠性。抽芯部件非转动部件的定位结构优化示意图如图1：

图1 泵抽芯部件非转动部件的定位结构优化

（3）锥形中间联轴器设计：锻造的锥形中间联轴器，外径小，满足设计强度，可以调整联结时产生的同心度偏差，定心作用好；分半卡环以及左右端螺母锁紧机构，安装和拆卸简单方便，防松效果好。如下图2：

图2 锥形中间联轴器设计图

（4）泵为转子可抽出式，即泵维修拆卸时不必拆动外筒体、外部管道及安装基础，可将需要维修的转子部件从泵壳中向上抽出。

（5）针对循泵筒体进行结构性的加强，循泵的筒体设计带有加强筋的法兰盘结构，设计足够的承压和抗扭曲力的强度，其零部件将设计成容易装配、易对中和拆卸的结构，水泵和电动机为可调节的刚性连接。泵采用内外筒体设计结构，外筒体厚度≥12mm，内筒体厚度≥12mm，内管法兰厚度≥20mm，外管法兰厚度大于≥30mm，以提高整个内筒体刚度。水泵足够承受各种条件下(包括水泵在关闭扬程和反转时)产生的竖向力和力矩, 包括泵外壳的重量、泵的轴向力、传动装置与电机重量, 此外还应包括由于地震及温度变化引起的力和力矩,均由水泵本体承受, 经底座传给运转层楼板的水泵基础。

四、改造效果

该水泵设计形式可靠，可抽部分采用悬吊式结构，不支撑在外筒体上，保证泵组整体稳定性。其次，采用最适合的水力模型，额定效率高且高效区域宽，可保证水泵在水位变化频繁时仍能高效稳定运行。还有泵的过流部件采用双相不锈钢材质，满足水质特性需要，不易腐蚀，保证水泵主要零部件的运行寿命不低于30年的设计值。

项目改造完工后，在机组不同负荷，水泵运行的数据符合设计要求值，每天启停、运行过程中就地听音无异常，噪音符合相关标准，电机推力轴承处以及整泵运行各部分振幅值都小于0.05mm。水泵在任何潮位下均能达到设计出力，性能指标正常，满足机组循环水泵冷却水系统运行要求。

五、实现效益：

在过去13年的维护运行中，该司对部分部件进行技术改造，但无法达到既定效果，循泵解体大修频繁，检修周期缩短到12个月左右。一台循泵进行整泵改造后，节省单台每年定期解体大修的直接费用至少为41万。

该司循环水系统为开式循环，在水温较高的季节，四台循环水泵才能满足发电机组冷却水需求。如因循泵故障无法运行，将导致两台发电机组无法启动或限制负荷，影响机组效率以及发电量等指标。改造循环水泵，可保证冷却水用量，同时降低因循环水泵故障导致主机无法启动和出力不足的风险，提高机组启动、运行稳定性，提高了机组的效率与效益。

参考文献：

[1]广州珠江天然气发电有限公司.《大型燃气—联合循环电厂培训教材》.重庆大学出版社，2014.

[2]广州珠江天然气发电有限公司《S109FA联合循环机组运行规程》.2018年10月第五版.

作者介绍：

毛健（1984），男，汉族，湖北省武汉人，助理工程师，任广州珠江天然气发电有限公司运行主值班员，从事燃气轮机运行工作。

本论文基于广州发展科技研发计划资助-适应频繁启停工况的海水循环水泵可靠性研究（项目批准号T-2120192020）