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【摘要】水环真空泵及其机组在火力发电厂的应用，其效率高于射流真空机组，其安装空间、运行方式及工艺管路优于射流真空机组。机组的选型计算，需要电厂提供较多的技术条件，根据相关资料、计算公式、经验系数等，才能准确地选择真空泵型号、转速及其配套型式。为了更好地服务于电厂，必须提供相关的技术资料、图纸，技术联络、现场技术交底、现场安装调试指导、现场问题协调及解决。同时提供专业的技术培训，以便设备的安全运行及优质的维护保养，减少设备的故障率。
【关键词】液环真空机组；水环真空泵；电机；板式换热器；机组；工作原理；技术特点；凝汽器；技术条件；技术要求；计算；选型；冷却水；温度；抽气量；抽气时间；吸入绝压；转速；技术服务
前言
液环真空泵（当其中的工作液为水时，简称水环真空泵）的应用非常广泛，在火电厂的应用是从上个世纪四十年代开始在欧美发达的国家，在我国火电厂的应用是上个世纪六十年代末。由于火电厂的规模大小、锅炉型式、发电的大小（功率）、发电的效率等各不一样，水环真空泵在其中的型式和发挥的作用都各不一样。因此，如何应用好是一个长期细致摸索的过程。本文应用与研究的对象（案例）是《华能应城热电联产新建工程350MW发电机组》。
一、液环式真空泵
水环式真空泵我国引进德国西门子公司的技术设计、生产的。
1、水环式真空机组的工作原理
真空机组通过电动蝶阀（或气动蝶阀）、止回阀和管路与凝汽器相联，蝶阀处于关闭状态，蝶阀两端装有压力传感器，或压差开关的探头。启动真空泵开始抽真空，当蝶阀两端产生压差时，即真空泵与蝶华能应城热电联产350MW机组水环真空机组的应用阀连接端压力低于凝汽器端的压力时，电动蝶阀开启，真空机组开始对凝汽器抽真空。不凝结气体经真空泵带着少量的水排出到罐式气水分离器，经气水分离后的气体排向大气，水被收集起来，经换热器冷却后回到真空泵内保持真空水环。
罐式气水分离器内装有液位开关和液位计，当水位下降到下限时，开始对罐补水，当水位上升到上限时，罐开始对外排水。
机组用于冷凝器的抽真空和真空维持两个过程. 抽真空阶段，-在冷凝器内尚未引入蒸汽时的初始抽真空，抽出冷凝器内的空气和其它不凝结气体；真空维持阶段，在冷凝器运行中，真空泵继续工作以抽出泄漏的干空气.维持凝汽器背压在最佳工作点，确保汽轮机的高效率运行，改善电厂的热效率。
2、水环式真空机组的型号及型式
①机组的型号：2BWD303-0EK5
其中：2BW---西门子公司第二代水环式真空泵机组
②机组的型式
1.水环真空泵；2.底座；3.电机；4.控制箱；5.气水分离器；6.总排气管；
7.液位计；8.联轴器；9.热交换器；16.进气管；16a。自控蝶阀；17.泵排气管；18c.止回阀；22a.自动补水阀；22b.自动排水阀；23.液位计；24b.手动球阀；28.泵供水管；28a.喷射支管；47.压力开关；47b.压差开关
3、水环真空机组的技术特点
3.1、装置配有压力开关，自动控制机组的投入或撤出；
3.2、装置配有压差开关、气动或电动蝶阀，防止气体倒流影响凝汽器真空；
3.3、装置设有换热器，可实现工作液的闭式循环，避免冷凝水的浪费；
3.4、水环真空泵装有防汽蚀阀，可有效避免在高真空运行时汽蚀对叶轮和其它部件的破坏。主要零件采用抗汽蚀性能好的不锈钢材质，可同时提高泵的抗汽蚀性， 延长泵使用寿命，提高运行可靠性；
3.5、采用整体铸造与叶片成形焊接叶轮技术，运行可靠，效率高，完全消除应力的形位公差影响；
3.6、在泵的进口处设置的喷嘴和泵内吸汽口处的水帘，可使大部分水蒸气在进入泵腔前已被冷凝成水，减少了泵的负荷，降低能耗；
3.7、汽水分离器内的液位采用进口机械式浮球控制阀控制，简洁可靠。另配有磁翻版液位计，上有上限、下限报警开关，可现场观察和提供远传报警功能；
3.8、装置进口装有止回阀，防止蝶阀出故障时大气进入凝汽器系统；
二、技术条件
1、凝汽器运行参数：
型式：单壳体，单背压，双流程
VWO工况①设计背压6.1Kpa，循环水设计温度24℃，凝结水温度38℃
TRL工况②设计背压11.8Kpa，循环水设计温度35℃，凝结水温度51℃
排汽量：（1）主汽轮机：TRL工况排汽量：627.851t/h，VWO工况排汽量：654.243t/h；（2）低压旁路排汽量：～581t/h（旁路排汽与其余排汽不同时出现）
凝汽器汽侧空间容积～1000m3（暂按）。
2、用电条件：交流动力及控制电源电压为380V（三相四线制）。
3、用水条件：真空泵冷却水：最高工作温度35℃，运行水压0.3 MPa（g），设计水压0.6 MPa（g）
四、技术要求
1.给350MW机组配2台100%容量的水环式真空泵机组，用于抽出凝汽器汽侧不可冷凝气体，维持凝汽器真空。2.启动时，2台水环式真空泵同时并联运行，尽快建立凝汽器真空；机组正常运行时，1台维持真空，1台备用。3. 使用电动机驱动，泵与电机采用直联方式。
五、选型计算
根据以上用户提供的技术条件和技术要求，首先进行气量计算，此气量必须大于当泵入口压力为0.0034MPa（a），冷却水温为15℃时按美国HEI标准查得的凝汽器干空气泄漏量。经查阅美国HEI凝汽器蒸汽漏气量比较曲线图，TRL工况排汽量：627.851t/h，空气泄露量：26.8 Kg/h。 ①气量计算
利用公式：Vmin=287.05×MG×Tmix÷100PG，经计算，水环式真空泵机组在冷却水温为35℃、吸气温度为49.1℃、吸气压力为118hpa、过冷度为4.16时的气量必须大于或等于1078m3/h。
②修正计算
利用公式：V=K1×K2×K3×Vmin，经过水温修正、气温修正和转速修正后得工作液水温为15℃、吸气温度为20℃、吸气压力为118hpa，排气压力为当地大气压（1013hpa）时的水环式真空泵机组的抽气量必须大于或等于3059.4m3/h。其中，转速修正系数K1=1.0，水温修正系数K2=2.4，气温修正系数K3=1.1。
③选型
对照上海凯泉泵业的《2BEx系列水环真空泵》样本选型，得：2BEx303-0ED5-740型泵。参数为：
性能曲线见图：
④抽气时间计算并与用户要求对比
利用时间计算公式：t=V凝/60×V泵×ln（P1/P2），计算出凝汽器由大气压抽至各特征压力时所需的时间，具体如下：
⑤对抽气量要求的复核计算
同样利用上述公式，可以计算出用户所要的数据如下（下划线填空部分）：
凝汽器运行正常工况背压下（即凝汽器在6.1Kpa（a），换热器冷却水温24℃时），两台并列运行的真空泵的抽吸干空气量61.4kg/h和轴功率42kW/泵；对应主机TRL工况下（凝汽器在11.8Kpa（a），换热器冷却水温35℃时），两台并列运行的真空泵的抽吸干空气量68.8kg/h和轴功率65.3kW/泵。
由上述计算可知，所选水环真空机组的实际抽气量（单台的）为30.7～34.4kg/h，大于用户要求的26.8kg/h，性能优于用户要求。
⑥水环真空泵机组用水量的估算
不同吸入压力下的供水量
转速 <200hpa 200～600hpa >600hpa
740 r/min 9～10 7.5～8.5 3.3～4.3 m3/h
⑦板式换热器冷却水量的计算
本节计算属于热能动力专业，且板式换热器为外购件（本项目外购意大利斯普莱力的板换），其计算的专业性较强，由外购厂家工程师计算。具体如下：
冷却水：水温24～35℃，流量9.72m3/h，压力20Kg/cm2，水阻0.006 Mpa
热水：水温38～51℃，流量8m3/h ，压力0.5Kg/cm2，水阻0.006Mpa
六、泵、配套电机的性能
①泵的性能 水环式真空泵型号2BEx303-0ED4-740；泵最低吸入压力（极限真空度）3.3kPa；泵抽吸能力（干空气量，入口3.4kPa（a），）51kg/h；效率（设计点）43%；设计转速740r/min；轴功率（最大）99 kW；轴功率（最小）74 kW；设计点1（入口压力6.1kPa（a），冷却水温24℃）42kW；设计点2（入口压力11.8kPa（a），冷却水温35℃）65.3kW；启动抽真空时间（大气压力至33.86kPa（a））8.4min；真空泵组重量4455kg。
②电机的性能：型号：YX3 355S-8；额定电压380V；额定电流260.3A；额定频率50Hz；额定功率132kW；额定转速740r/min；功率因数0.82；绝缘等级F；起动电流260.3A；堵转电流1606A；效率94.5%；防护等级IP54；外壳/冷却方式-散热片/自扇风冷；重量 1600Kg
七、供货范围
水环真空泵2BEx303-0ED4-740；电机YX3355S-8；吸气汇流管2BEx303-X200；排气汇流管2BEx303-P200；入口滤网DN200；入口止回阀WM410；罐式气水分离器2BEx303-PG；板式热交换器CP65L+16PI；联轴器部件及罩2BEx303-740-B3101；公共底座D2BWDx303-740；压力开关74V1；差压开关54RN；气动蝶阀D376XE74；补水电磁阀SCE238A010/DN25；液位开关B40-5C20-FAM；磁翻版掖位计UHZ511；温度计WSS；压力表Y-100；真空表Z-100；电控柜KQK/B-1。
八、技术服务
为了保证所提供的设备安全、正常投运，卖方要派出合格的、能独立解决问题的现场技术服务人员协助买方，以方便快捷地指导现场安装过程中出现的各种问题。具体内容及职责如下：1、货物的开箱检验、设备质量问题的处理；2、在安装和调试前，卖方技术服务人员向使用方进行技术交底，讲解和示范将要进行的程序和方法，并提供设备安装和调试的重要工序和进度表；3、指导安装现场整理，主要包括设备周边地平、基础墩台、各接口；4、指导设备安装、调整，主要包括地脚螺栓、设备各接口紧固、设备水平找准，各配套部件平衡等；5、指导设备运行调试，设备各阀门动作检查、控制系统联动检查、转动系统调试、抽气系统调试；6、培训产品结构及性能。
九、结束语
水环真空泵机组应用于电厂的选型计算的正确性、准确性，能指导卖方选择合适的性价比高的泵推荐给买方。要提高泵的抽气性能，用户需要提供的冷却水的温度就要尽量接近标准值15℃。现在有很多的电厂正在改善电厂建设初期这一不良条件，作为提高真空机组的抽气量。水环真空泵大成套机组在电厂的应用，能使汽轮机排气背压降低，从而降低汽轮机的热耗，提高发电效率，使得供电煤耗降低，达到国家要求的节能减排的效果，利国利民。
参考文献
[1]德国西门子公司《水环真空泵选型计算说明书》.
[2]德国标准协会的DIN标准：DIN28404-1986《真空技术、法兰、尺寸》.
[3]美国HEI标准：HEI2854 2005.01.01《液环真空泵的性能标准—第三版》.
注释
①VWO工况：汽轮机铭牌工况；②TRL工况：汽轮机最大阀开工况
【关键词】液环真空机组；水环真空泵；电机；板式换热器；机组；工作原理；技术特点；凝汽器；技术条件；技术要求；计算；选型；冷却水；温度；抽气量；抽气时间；吸入绝压；转速；技术服务
前言
液环真空泵（当其中的工作液为水时，简称水环真空泵）的应用非常广泛，在火电厂的应用是从上个世纪四十年代开始在欧美发达的国家，在我国火电厂的应用是上个世纪六十年代末。由于火电厂的规模大小、锅炉型式、发电的大小（功率）、发电的效率等各不一样，水环真空泵在其中的型式和发挥的作用都各不一样。因此，如何应用好是一个长期细致摸索的过程。本文应用与研究的对象（案例）是《华能应城热电联产新建工程350MW发电机组》。
一、液环式真空泵
水环式真空泵我国引进德国西门子公司的技术设计、生产的。
1、水环式真空机组的工作原理
真空机组通过电动蝶阀（或气动蝶阀）、止回阀和管路与凝汽器相联，蝶阀处于关闭状态，蝶阀两端装有压力传感器，或压差开关的探头。启动真空泵开始抽真空，当蝶阀两端产生压差时，即真空泵与蝶华能应城热电联产350MW机组水环真空机组的应用阀连接端压力低于凝汽器端的压力时，电动蝶阀开启，真空机组开始对凝汽器抽真空。不凝结气体经真空泵带着少量的水排出到罐式气水分离器，经气水分离后的气体排向大气，水被收集起来，经换热器冷却后回到真空泵内保持真空水环。
罐式气水分离器内装有液位开关和液位计，当水位下降到下限时，开始对罐补水，当水位上升到上限时，罐开始对外排水。
机组用于冷凝器的抽真空和真空维持两个过程. 抽真空阶段，-在冷凝器内尚未引入蒸汽时的初始抽真空，抽出冷凝器内的空气和其它不凝结气体；真空维持阶段，在冷凝器运行中，真空泵继续工作以抽出泄漏的干空气.维持凝汽器背压在最佳工作点，确保汽轮机的高效率运行，改善电厂的热效率。
2、水环式真空机组的型号及型式
①机组的型号：2BWD303-0EK5
其中：2BW---西门子公司第二代水环式真空泵机组
②机组的型式
1.水环真空泵；2.底座；3.电机；4.控制箱；5.气水分离器；6.总排气管；
7.液位计；8.联轴器；9.热交换器；16.进气管；16a。自控蝶阀；17.泵排气管；18c.止回阀；22a.自动补水阀；22b.自动排水阀；23.液位计；24b.手动球阀；28.泵供水管；28a.喷射支管；47.压力开关；47b.压差开关
3、水环真空机组的技术特点
3.1、装置配有压力开关，自动控制机组的投入或撤出；
3.2、装置配有压差开关、气动或电动蝶阀，防止气体倒流影响凝汽器真空；
3.3、装置设有换热器，可实现工作液的闭式循环，避免冷凝水的浪费；
3.4、水环真空泵装有防汽蚀阀，可有效避免在高真空运行时汽蚀对叶轮和其它部件的破坏。主要零件采用抗汽蚀性能好的不锈钢材质，可同时提高泵的抗汽蚀性， 延长泵使用寿命，提高运行可靠性；
3.5、采用整体铸造与叶片成形焊接叶轮技术，运行可靠，效率高，完全消除应力的形位公差影响；
3.6、在泵的进口处设置的喷嘴和泵内吸汽口处的水帘，可使大部分水蒸气在进入泵腔前已被冷凝成水，减少了泵的负荷，降低能耗；
3.7、汽水分离器内的液位采用进口机械式浮球控制阀控制，简洁可靠。另配有磁翻版液位计，上有上限、下限报警开关，可现场观察和提供远传报警功能；
3.8、装置进口装有止回阀，防止蝶阀出故障时大气进入凝汽器系统；
二、技术条件
1、凝汽器运行参数：
型式：单壳体，单背压，双流程
VWO工况①设计背压6.1Kpa，循环水设计温度24℃，凝结水温度38℃
TRL工况②设计背压11.8Kpa，循环水设计温度35℃，凝结水温度51℃
排汽量：（1）主汽轮机：TRL工况排汽量：627.851t/h，VWO工况排汽量：654.243t/h；（2）低压旁路排汽量：～581t/h（旁路排汽与其余排汽不同时出现）
凝汽器汽侧空间容积～1000m3（暂按）。
2、用电条件：交流动力及控制电源电压为380V（三相四线制）。
3、用水条件：真空泵冷却水：最高工作温度35℃，运行水压0.3 MPa（g），设计水压0.6 MPa（g）
四、技术要求
1.给350MW机组配2台100%容量的水环式真空泵机组，用于抽出凝汽器汽侧不可冷凝气体，维持凝汽器真空。2.启动时，2台水环式真空泵同时并联运行，尽快建立凝汽器真空；机组正常运行时，1台维持真空，1台备用。3. 使用电动机驱动，泵与电机采用直联方式。
五、选型计算
根据以上用户提供的技术条件和技术要求，首先进行气量计算，此气量必须大于当泵入口压力为0.0034MPa（a），冷却水温为15℃时按美国HEI标准查得的凝汽器干空气泄漏量。经查阅美国HEI凝汽器蒸汽漏气量比较曲线图，TRL工况排汽量：627.851t/h，空气泄露量：26.8 Kg/h。 ①气量计算
利用公式：Vmin=287.05×MG×Tmix÷100PG，经计算，水环式真空泵机组在冷却水温为35℃、吸气温度为49.1℃、吸气压力为118hpa、过冷度为4.16时的气量必须大于或等于1078m3/h。
②修正计算
利用公式：V=K1×K2×K3×Vmin，经过水温修正、气温修正和转速修正后得工作液水温为15℃、吸气温度为20℃、吸气压力为118hpa，排气压力为当地大气压（1013hpa）时的水环式真空泵机组的抽气量必须大于或等于3059.4m3/h。其中，转速修正系数K1=1.0，水温修正系数K2=2.4，气温修正系数K3=1.1。
③选型
对照上海凯泉泵业的《2BEx系列水环真空泵》样本选型，得：2BEx303-0ED5-740型泵。参数为：
性能曲线见图：
④抽气时间计算并与用户要求对比
利用时间计算公式：t=V凝/60×V泵×ln（P1/P2），计算出凝汽器由大气压抽至各特征压力时所需的时间，具体如下：
⑤对抽气量要求的复核计算
同样利用上述公式，可以计算出用户所要的数据如下（下划线填空部分）：
凝汽器运行正常工况背压下（即凝汽器在6.1Kpa（a），换热器冷却水温24℃时），两台并列运行的真空泵的抽吸干空气量61.4kg/h和轴功率42kW/泵；对应主机TRL工况下（凝汽器在11.8Kpa（a），换热器冷却水温35℃时），两台并列运行的真空泵的抽吸干空气量68.8kg/h和轴功率65.3kW/泵。
由上述计算可知，所选水环真空机组的实际抽气量（单台的）为30.7～34.4kg/h，大于用户要求的26.8kg/h，性能优于用户要求。
⑥水环真空泵机组用水量的估算
不同吸入压力下的供水量
转速 <200hpa 200～600hpa >600hpa
740 r/min 9～10 7.5～8.5 3.3～4.3 m3/h
⑦板式换热器冷却水量的计算
本节计算属于热能动力专业，且板式换热器为外购件（本项目外购意大利斯普莱力的板换），其计算的专业性较强，由外购厂家工程师计算。具体如下：
冷却水：水温24～35℃，流量9.72m3/h，压力20Kg/cm2，水阻0.006 Mpa
热水：水温38～51℃，流量8m3/h ，压力0.5Kg/cm2，水阻0.006Mpa
六、泵、配套电机的性能
①泵的性能 水环式真空泵型号2BEx303-0ED4-740；泵最低吸入压力（极限真空度）3.3kPa；泵抽吸能力（干空气量，入口3.4kPa（a），）51kg/h；效率（设计点）43%；设计转速740r/min；轴功率（最大）99 kW；轴功率（最小）74 kW；设计点1（入口压力6.1kPa（a），冷却水温24℃）42kW；设计点2（入口压力11.8kPa（a），冷却水温35℃）65.3kW；启动抽真空时间（大气压力至33.86kPa（a））8.4min；真空泵组重量4455kg。
②电机的性能：型号：YX3 355S-8；额定电压380V；额定电流260.3A；额定频率50Hz；额定功率132kW；额定转速740r/min；功率因数0.82；绝缘等级F；起动电流260.3A；堵转电流1606A；效率94.5%；防护等级IP54；外壳/冷却方式-散热片/自扇风冷；重量 1600Kg
七、供货范围
水环真空泵2BEx303-0ED4-740；电机YX3355S-8；吸气汇流管2BEx303-X200；排气汇流管2BEx303-P200；入口滤网DN200；入口止回阀WM410；罐式气水分离器2BEx303-PG；板式热交换器CP65L+16PI；联轴器部件及罩2BEx303-740-B3101；公共底座D2BWDx303-740；压力开关74V1；差压开关54RN；气动蝶阀D376XE74；补水电磁阀SCE238A010/DN25；液位开关B40-5C20-FAM；磁翻版掖位计UHZ511；温度计WSS；压力表Y-100；真空表Z-100；电控柜KQK/B-1。
八、技术服务
为了保证所提供的设备安全、正常投运，卖方要派出合格的、能独立解决问题的现场技术服务人员协助买方，以方便快捷地指导现场安装过程中出现的各种问题。具体内容及职责如下：1、货物的开箱检验、设备质量问题的处理；2、在安装和调试前，卖方技术服务人员向使用方进行技术交底，讲解和示范将要进行的程序和方法，并提供设备安装和调试的重要工序和进度表；3、指导安装现场整理，主要包括设备周边地平、基础墩台、各接口；4、指导设备安装、调整，主要包括地脚螺栓、设备各接口紧固、设备水平找准，各配套部件平衡等；5、指导设备运行调试，设备各阀门动作检查、控制系统联动检查、转动系统调试、抽气系统调试；6、培训产品结构及性能。
九、结束语
水环真空泵机组应用于电厂的选型计算的正确性、准确性，能指导卖方选择合适的性价比高的泵推荐给买方。要提高泵的抽气性能，用户需要提供的冷却水的温度就要尽量接近标准值15℃。现在有很多的电厂正在改善电厂建设初期这一不良条件，作为提高真空机组的抽气量。水环真空泵大成套机组在电厂的应用，能使汽轮机排气背压降低，从而降低汽轮机的热耗，提高发电效率，使得供电煤耗降低，达到国家要求的节能减排的效果，利国利民。
参考文献
[1]德国西门子公司《水环真空泵选型计算说明书》.
[2]德国标准协会的DIN标准：DIN28404-1986《真空技术、法兰、尺寸》.
[3]美国HEI标准：HEI2854 2005.01.01《液环真空泵的性能标准—第三版》.
注释
①VWO工况：汽轮机铭牌工况；②TRL工况：汽轮机最大阀开工况