循泵冷却水管路改造的合理性分析及探讨

循泵冷却水管路改造的合理性分析及探讨

黄垚

浙能长兴天然气热电有限公司，浙江 湖州 313000

摘 要：浙能长兴天然气热电有限公司是两台西门子9F燃气机组，总装机容量为2×435MW，2013年8投运。循泵运行冷却水系统是由三台离心式增压泵、水管路系统组成。增压泵水源是两台机组循泵出口母管中部引出。经过多年时间运行，发现正常运行情况下循泵母管出口压力大于循泵冷却水压力而且循泵冷却水系统在夏季工况低压力情况下仍满足正常运行，经过查阅相关技术规范，研究循泵设计图纸及咨询循泵生产厂家设计参数后，建议对机组冷水系统进行改造。机组冷却水系统改造后，将取消三台增压泵的运行，优化了管路设计，且水泵设备检修维护工作量也随之降低，并节约了厂用电消耗，取得了的长期性的 、较好的经济效益，达到了机组冷却水系统改造的目的。

关键词：热电站；冷却水；增压泵；改造

一、电站概况

浙能长兴天然气热电有限公司所配套SIEMENS- SCC5-4000F（X）单轴联合循环机组由 SGT5-4000F(X)型燃气轮机、LZN1 42-12.626/3.094/0.364 型三压再热系统的双缸双流式汽轮机、THDF108/53 型氢冷 SG-273.1(61.3)(53.8)/12.91(3.28)(0.29)-Q8102 型三压再热无补燃卧式的自然循环余热锅炉组成。联合循环 434.8MW，燃机 292.7MW，联合循环效率 58.16%。两台机组于 2013 年 8 月正式投运。

二、冷却水系统改造前的运行情况

浙能长兴天然气热电有限公司四台循泵运行所需的冷却水原设计正常运行方式是通过三台功率为7.5KW 的增压泵从循泵冷却水母管中部抽水至循泵冷却水供水母管，后通过四台泵的冷却水进水管进入循泵各冷却器冷却。经过多年时间的运行，发现这种冷却水供给运行方式存在以下问题：

（1）循泵正常运行时需要冷却水增压泵长时间抽水运行，因冷却水增压泵电机功率较大，导致厂用电消耗较大；

（2）冷却水增压泵启动频繁，水泵密封材；料磨损较快，运行五年来，三台冷却水增压泵已经全部更换过一遍，维护检修成本较大；

（3）冷却水增压泵出口管路垂直布置，多台泵同时启动，冷却水母管将出现湍流，影响冷却水动压；

（4）冷却水压力偏低，运行多次发现低于设计值时电机轴承线圈温度仍远低于报警值（夏季工况）；

鉴于正常运行情况下循泵母管出口压力大于循泵冷却水压力而且循泵冷却水系统在夏季工况低压力情况下仍满足正常运行，笔者通过对比多日夏季工况下循泵运行数据，发现循泵冷却效果是由冷却水流量决定，由于冷却水进水管路管径选取偏大，我厂现有循泵冷却水压力已满足循泵冷却水量。笔者通过查阅相关技术规范，研究循泵设计图纸及咨询循泵生产厂家设计参数后，笔者建议对机组冷水系统进行改造。

三、冷却水管路改造

1．冷却水管路改造思路

鉴于正常运行情况下循泵母管出口压力大于循泵冷却水压力，循泵冷却水系统改造的关键环节就是把原来由冷却水增压泵抽水至循泵冷却水母管供给四台循泵运行的冷却水改为循泵冷却水源来自循泵本身的循泵出口母管取水，改造后循泵冷却水主水源为对应母管取水（自供方式），备用冷取水是自化学来的工业水供给，回水管路不变，依旧全部排入循泵前池。

2．冷却水管路改造示意简图

（1）冷却水管路改前示意图（图1）

（2）冷却水管路改造后示意图（图2）

四．冷却水管路改造计算与验证。

冷却水管路的水阻H C可以看作由空冷器水阻H 和管路系统其他部分水阻  组成。其中H主要由以下部分组成：

（1）电机空冷器冷却水管的水阻 HT ：影响因素包括冷却管内的流速、材料、冷却管的长度及冷却管内径等。

（2）电机空冷器及管端水阻：包括水室入口水阻、水室出口水阻和从水室进、出冷却管束时产生的管端水阻。

因此，循泵冷却水管路的总阻力 HC 为：

H C= H += HT+RE+

若保持循泵冷却水进水管路设计不变，电机空冷器冷却水流量不变，调整循环水母管引水管相关参数时（如冷却管管长、管径），不会对管路系统其他部分的水阻造成影响，即可认为为定值。在电机空冷器厂家推荐的冷却管内流速范围内（1.0~1.5 m/s），电机空冷器水室及管端水阻RE的取值约在0.325~0.65之间，且该值与冷却管部分的水阻 HT 相比非常小，因此在计算过程中可以忽略流量或流速对电机空冷器水室及管端水阻的影响，认为 RE为定值。

电机空冷器水室及管端水阻循泵冷却水管路水阻的计算公式如下：

HT= LT RT R1

RT=2.925V 1.75/ d1.25

HT=2.925LT R1V 1.75/ d1.25

H = HT+RE=2.925LT R1V 1.75/ d1.25+RE

式中，HT 为冷却管部分的水阻；RT为每米长度冷却管水阻；LT 为全流程冷却管总长度；R1 为水温修正系数；d 为冷却管内径；计算管端水阻时

V 表示冷却管内平均流速；RE为空冷器水室及管端水阻。

五、改造后的安全性和经济效益分析

循泵冷却水由改造前增压泵抽水加压至四台循泵改成由循泵出口母管引出至对应循泵冷却水进水管中，这种自供冷却水的方式，极大的优化了管路设计而且更能保障循泵冷却水的需求。

参考机组五年来运行情况，现计算对比：以原来的冷却水运行方式计算，增压泵额定电流 14.7A，而正常运转时电流为 10A，电压为 380V, 电机功率因数 cosφ：0.88。按今年的发电指标一年机组启停次数约为 120 次，一次启停可按增压泵使用时间 20 小时计算。得出使用一台增压泵一年时间内的能耗为 P＝1.732×UI×cosφ×h=20433.5KWh

冷却水运行方式技改后，因每次开机均需投入两台增压泵运转，因而全年按两台增压泵运转计算可节省厂用电 40867KWh。按这样的改造，可以降低了厂用电消耗，增加了电站的经济效益，从长远看，产生经济效益是长期性的。

参考文献：

[1]西门子F级燃气轮机技术问答，卢广法主编，—杭州；浙江大学出版社，2015.10 

[2]西门子F级燃气轮—蒸汽联合循环发电机组培训教材，卢广法主编，—杭州；浙江大学出版社，2014.3

[3]工程流体力学，周云龙等编.—3版.—北京：中国电力出版社，2006

[4]传热学/杨世铭，陶文铨编著.—4版.—北京：高等教育出版社，2006.8（2010重印）

作者介绍：

黄垚（1991年出生），男，浙江长兴，本科，助理工程师，从事燃机运行工作。