发电厂机械设备

在过去的工作中，遇到一个柱塞泵的齿轮总是产生碎屑（有专业词汇的，叫做&&腐蚀）。

泵和电机的厂家均是国际知名的，在国外用户中没有这样的现象，两家厂商均很负责，两年之中多次派专家到现场维修。

当时我估计是电机频率差异导致，国外的电源频率是60Hz，中国是50Hz,当时工作忙，项目进度很紧没有时间去论证，而且厂家也非常尽责地寻找原因，所以没有进行论证。

后来我离开了原工作岗位，现在回顾起来，应该就是电源频率问题。

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第一章 板式换热器的发展现况和展望

第一节 板式换热器的发展现状

一、板式换热器的发展现况：
1、概述：
最近几十年来板式换热器发展很快，主要表现在以下几个方面。
⑴ 板式换热器的种类越来越多，技术性能越来越好，应用范围越来越广。
① 板式换热器的种类：
从板式换热器的连接方式上看：从可拆式板式换热器发展到钎焊式板式换热器。从半焊接式、全焊接式发展到板壳式换热器。
从板片的形式上看：从对称型发展到非对称型。
从板片的流道上看：从对称流道发展到宽窄流道、宽宽流道。
从板片波纹的深浅看：从波深为3~5mm的一般板发展到波深为2~2.5mm的浅密波纹板。
② 板式换热器的技术性能越来越好
图1-1表示板式换热器的设计温度、设计压力范围。
•工作温度从可拆式的260℃发展到板壳式的1000℃。
•工作压力从可拆式型的2.5MPa发展到板壳式的8.0MPa。
•传热系数从2000W/m²·k发展至12000W/m²·k。
•最大当量直径28mm。
•最大可拆式单板换热面积4.75m2。
•最大焊接式单板换热面积18m2。
•最小钎焊式单板换热面积0.006m2。
•最大可拆式单台换热面积2500m2。
•最大全焊式单台换热面积10000m2。
•最大接管尺寸500mm。
③ 板式换热器的应用范围越来越广（见表1-1）。
表1-1 各种类型板式换热器的应用范围
⑵ 板式换热器向大型化、小型化、专业化、多元化、装置化发展。
① 大型化
大型板式换热器主要用于中央冷却系统（以下简称CCS），该系统集中冷却各种工厂使用的冷却水，并作为发电厂轴承冷却水的冷却器。板式换热器的容量与工厂的规模，工艺过程等有关，必要的冷却水量从数千至数万m3/h,大型板式换热器可达数十万m3/h，CCS中希望采用尽可能少的台数进行处理，故要求采用大型板式换热器，近几十年，中东地区建设了许多具有世界级规模的LNG工厂，使用过去的冷却塔的冷却方式不能确保补给水，故希望变更为使用板式换热器的CCS方式。过去发电厂使用S&T轴承冷却水方式，但通过性能评价说明，板式换热器在成本、传热性能、小型化及维护性等方面均具有明显的优越性，因此需要将它们更换为板式换热器的方式。如巴塞罗那论坛区能源系统采用的是垃圾利用（将巴塞罗那市区收集的垃圾进行厌氧分析，产生人造燃气），废热发电（垃圾产生的燃气加热蒸汽锅炉，驱动气轮发电机，向论坛区及城市电网供电），发电余热制冷（高压蒸汽发电后衰减为低压蒸汽，被送至远大空调制造的吸收式制冷机加热溴化锂溶液，进行制冷），海水冷却。设备设计容量：吸收式制冷机4×4500 kW；蒸汽—水板式换热器4×5000 kW；蓄冷罐5053m3；海水板式换热器4×12000 kW（每台海水板式换热器流量961m3/h，压力降58kPa ）,板片材料为钛。海水冷却板式换热器（见照片1-1）。

上述用途的共同特征是以海水作为冷却水的水源，在板式换热器中使用海水的问题之一是防垢。今后，随着CCS和电厂中的冷却器采用板式换热器不断增长的要求，就必须研究海生生物附着在板片上后对传热性能的影响程度，并要了解板片的耐腐蚀性能。
a、耐海水性
使用海水时的防污问题。现在，作为防止海生生物附着的方法有往海水中连续注入通过电分解方法得到次亚盐酸钠(NaClO)的方法。实际运行说明，在使用海水的板式换热器中连续注入次亚盐酸钠(0.9ppm)后进行测定，运行3个月后，其总传热系数没有发生变化。在夏季海藻和贝类容易繁殖的时期，连续注入次亚盐酸钠也能确保传热性能不变。其它的方法还有，从环境保全上看，采用臭氧和热水的防污也是有效的，但尚未进行实验验证和确立相应的技术方法。
b、耐腐蚀性
使用海水时，板片的材质一般为钛板。钛对海水具有优良的耐腐蚀性，从相关的耐腐蚀性资料可知，对于海水来说，即使至120℃，钛板也不会腐蚀。此外，为了抑制海生生物的附着而注入的次亚盐酸钠还会产生一种坚固的非动态的膜，从而提高了钛板的耐腐蚀性。使用丁腈类橡胶作为密封垫片，即使海水温度达到80℃，也不会对它产生任何腐蚀。在耐热性方面，当海水温度低于60℃时，不会产生热的劣化现象，能长期确保良好的密封性能。
c、大型板式换热器的特性
·每台板式换热器的处理流量与板的角孔口径有关，大型板式换热器角孔的口径为Φ500，每台处理的流量为5000m3/h，与以往的所谓大型板式换热器比较，所需台数可以减少一半。其结果，换热器用过滤器、安装工程和管道的初投资，板的清洗和密封垫片的更换等维护费用均能明显地降低，并且还能节省占地空间，以下通过一实例说明，现今大型板式换热器与以往大型板式换热器的比较（见表1-2），从台数上看，大型机仅需2台，而以往大型机要4台； 从初投资上看，2台大型机的投资 约比以往大型
机大10%，但它的过滤器投资约为以 表1-2 与以往大型机的比较
往型的2/3，安装工程约为一半，其总费用约能减少30%。从设置空间上看约能减少40%。即使设置1台备用机，总费用也能减少15%，空间也能节省30%。在分解清洗方面，由于板片数少，人工费亦降低约30%。
·对海水的处理措施。 当海水中的海藻、贝类附着在板的内部或堵塞在角孔的附近时，会降低海水的流量，从而不能确保冷却性能，故当海水从角孔到板的内部时，不应有突起的障碍物，使流路呈直线型，这是防止海生生物堵塞角孔的方法之一。为了验证以上效果，对通过海水的大型板式换热器进行测定，测试结果证明，当角孔附近附着很少量的藻类时，对流路的性能没有影响。但为了保证板内流道的通畅，绝不允许通过直径大于板间距的异物，故必须在进入换热器前安装过滤器。
d、高性能化
与以往板式换热器比较，均匀流路无偏流是保持高性能的主要途径。措施之一是在板内部的主传热面上设置偏流抑制板，使液体入口处的流路为最短，从而使主传热面为均匀流(见图1-2)。其次，设计板片时，应使板中央部的流量增多，即要防止端部的流量增多。如前所述，由于防止偏流板能减少角孔的压力降，因此，其传热性能比以往大型板约增加15~20%。

③ 超小型化
在选择与使用条件相应的板式换热器的尺寸时，必须考虑初投资和设置空间等问题。板式换热器的市场之一是用在耗能量少的食品、医药流体的杀菌，少量流体的加热/冷却等用户。为此，必须开发出超小型的板式换热器，以适应产品多样化，生产规模参差不齐的要求，并满足耗能量少的热能行业的要求。目前市场上超小型板式换热器具有小型化、低成本、高性能、重量轻、生产快等优点。
a、换热器的尺寸，最大的板片也仅相当于A4用纸的尺寸，重量每台约20kg，可安装在墙上。
b、标准板片数为12、24、36、48四类；板的材质为SUS316和钛两类；密封垫片为三元乙丙橡胶和硅橡胶两类。
④专用化
a、用于食品流体的热杀菌、加热/冷却工艺过程中的板式换热器必须具备以下三个条件：提高生产率；确保卫生性；保障食品品质稳定性等。
b、食品专用板式换热器是为了满足上述三个条件而开发出的已商品化的板式换热器，以它作为咖啡、调味液、酱油等杀菌器使用时受到了普遍的好评。
c、在设计食品专用板式换热器时，应使板片内的流速分布均匀，为此，在板面上，即使是局部也不应该形成液垢，并能进行长时间的连续运行，目的是达到均匀的升温/冷却过程，提高制品的品质和保证质量的稳定。若采用CIP还能清洗板式换热器的所有板面。
d、采用镶嵌式结构的密封垫片，以适应新性能的要求，维护时间是原有装置的1/2~1/3。
⑤ 多元化
a、全焊式板式换热器
众所周知，板式换热器具有许多优越性，但由于存在如下问题，限制了它的应用范围和发展，密封性较差，易泄露，需经常更换垫片，较麻烦，耐压能力较低，一般约为1MPa；耐温能力受垫片材料的限制；流道小，不适宜于气—气换热或蒸汽冷凝；易堵塞，不宜用于含悬浮物质的流体等。随着板式换热器制造技术，板材质和焊接板的出现，克服了上述缺点，扩大了应用范围。
在所有工业行业内实施节能的进程中，降低燃料费用是各企业急需解决的问题。废气、废水热回收是节能，降低燃料费的重要举措之一，为了适应这种形势，开发出了全焊接板式换热器机组。
·形状：组合了标准化的极薄平板的全焊接结构的错流型的气—气（空气）换热器有两种类型，即高温型、低温型。
·特征：机组组合而成，便于扩张，从小风量至大风量(60~300000Nm³/h)，使用范围广；平板薄，效率高(温度效率达80%以上)；可以用于高温(1000℃)，高压（30kPa）的气体；全焊接气密结构，不会混入排气、臭气；结构便于维护、清扫；根据使用温度和气体的种类选择合适的材质。
·结构：为了承受高温条件下的热应力，将薄板加工成六角形状的单体后组装成机组，目的是分散热应力，构成耐高温的结构（见图1-3）
·材质：S-TEN，S适合于温度低于350℃的机组；铝合金板适合于排气温度低于500℃的机组；SPCC适合于温度低于200℃的机组；SUS系统应根据温度、排气的性质选择其他非铁金属，如锡、铜。
·板厚：0.3~2.0mm（标准0.8mm,低温用0.4mm）。
·耐压：在600℃时为10kPa；在900℃时为5kPa。
·气密性：T型为通过风量的0.001以下，用于脱臭；N型为通过风量的0.1%以下，一般用途；S型通过风量的1.0%以下。
·压力降：高温侧、低温侧压力降是不同的。高温侧（排气）在仅依靠风机的机外剩余压力和烟囱的引力条件下，允许值为50Pa以下。
·最高使用温度：与受热侧的回收温度和操作压力有关，但可达到1000℃。
·排气中的粉尘浓度：当排气通路为单流程时，由于传热面为平板，故很难堵塞，粉尘浓度约为0.1~0.5g/Nm³。

·流向(流程方向)：原则上可自由设计，事前可与用户协商，进行最优设计。
·互换性：当机组需要更换某些部件时，机组的结构应便于更换。
·布置：可纵向、横向或水平设置。
·保温：外型便于保温，一般采用板式保温，便于维护。最近，已经开发出利用排气预热锅炉给水的低压损机组装置。目前，全焊式板式换热器用于钢铁、石油、锅炉等行业，并已取得了很大的成绩。
b、板式错流型换热器
·板式错流型换热器是一种结构简单，具有弹性密封、传热面不焊接和应用范围广等优点。
·原理结构：在钢结构的固定框架中，将每1片传热板成90度逐一重合而成。排气从垂直方向通过传热板，空气从水平方向通过。（见图1-4）
·特点：传热板通过弹性密封组合而成，能自由地吸收热膨胀，故能满足温度变化形成的应力变化的要求，几乎不发生泄漏问题；由于传热面不焊接，可根据对象温度的变化，选择许多合适的材料，其适用范围，从氧露点以下的低温至1000℃左右的高温（见图1-5）；为了防止排气中粉尘产生的磨损和堵塞问题，采取了许多相应措施。可组合数个至数十个，故处理量非常大，可作为大容量的空气预热器。

来源：http://bbs.chinahvacr.com/dispbbs.asp?boardID=174&ID=51532&page=1

佛山水泵厂有限公司 (广东528000) 罗思球

摘 要：介绍了水环真空泵机组的流程及应用在抽凝汽器真空时的各种改进。
关键词：水环真空泵机组凝汽器改进措施

一、引言
    目前由于国内经济的高速发展，加上前几年电力投资没有跟上，导致国内大范围出现电力短缺的现象，2003年有19个省市出现拉闸限电的现象。电力的严重短缺，阻碍经济的持续发展。近一年来，各大电力集团及地方(企业)掀起了电力的投资热潮，而火电由于其投资成本相对较少，见效快的特点，受到各方的青睐。纷纷上马300MW、600MW的大功率发电机组。本人所在公司生产用于火电机组抽凝汽器真空系统的设备，在近一年来所订的合同是前12年总和的2倍。之所以有这样的业绩，首先是在技术方面有明显的改进(可直接与国外品牌相抗衡)，另一方面还是得益于电力投资的热潮。
    抽真空系统在火电机组中是必不可少的，其主要作用是：
    (1)在机组起动初期建立凝汽器真空 当汽轮机进汽暖机时，蒸汽进入凝汽器，如果凝汽器没有建立一定的真空，蒸汽进入凝汽器就会使凝汽器形成正压，损坏设备。
    (2)在机组运行过程中保持凝汽器真空，确保机组的安全经济运行 因凝汽器在运行过程中其内部是处于真空状态，由于管道及壳体不严密，空气会漏人，从而破坏凝汽器真空，对汽轮机安全经济运行不利。同时，空气含量大时，一会使凝结水的含氧量增加而加剧对设备腐蚀，二会增大传热热阻，影响冷却效果。
    目前使用在火电机组中抽真空系统有喷射式抽气器及水环真空泵(喷射式抽气器有射水及射汽之分)，水环真空泵具有如下优点：①运行经济。在起动工况下，低真空的抽吸能力远大于喷射式抽气器，大大缩短机组的起动时间。在运行状态下，耗功仅为射水抽气器的23％～33％。②汽水损失较小。③泵组运行自动化程度高，操作安全、简便。④噪声小，结构紧凑，占地面积小。缺点是一次性投资较大。但由于其明显的优越性，目前新建火电厂绝大多数都采用水环真空泵抽真空系统，尤其是大功率机组。很多电厂在旧机组改造中也把喷射式抽气器改为水环真空泵机组。
    目前水环真空泵机组在火电行业应用比较广，而有关这方面的文章又比较少。本文在这里结合本公司实际情况对水环真空泵成套机组进行简单的介绍。
二、水环真空泵的工作原理
    图1是真空泵结构图，叶轮偏心地装在接近圆形的泵体内，当叶轮按图示箭头方向旋转时，因离心力作用，注入泵体内的水沿泵壳形成旋流的水环，因此叫水环真空泵(又叫液环真空泵，可以采用其他液体做工作液)。水环的内表面与叶轮轮毂之间形成一个月牙形空间，当叶轮由A点转到曰点时，两相邻叶片之间所包围的容腔逐渐增大，气体由外界吸入。当叶轮由C点转到A点时，相应的容腔由大变小，使原先吸入的气体受到压缩，当压力达到或略大于大气压力时，气体被排出。随着叶轮的稳定转动，吸、排气过程连续不断地
进行。因此可以连续不断地抽吸气体。
三、真空泵机组工作流程
1．流程1
    图2所示的流程称为开式机组，由水环真空泵及(气水)分离器组成。工作水直接注入到真空泵，气、水混合物一起排到分离器，气体由上面排出，水从下面排走。开式机组一次性投资较小，但由于其可提供的自动化程度不高，而且需要用到大量的工作水，只能采用一般的循环用水，(而不能采用水质较好凝结水)。因而只有极个别的电厂采用，在其他行业多数是采用这种形式的。
2．流程2
    图3所示的流程称为闭式机组，与开式机组最大的差别是加了一个换热器。气、水混合物分离后，气体排人大气，而水进入换热器。冷却后的水靠真空泵的自吸力再重新进入到泵内。因此工作水可以实现自动循环。
3．流程3
    在图3所示的基础上，对其增加了各种管路、阀门及控制部件，以保证机组达到最优设计及适应电厂的自动化控制，如图4所示(此流程图中还有部分管路及仪表没有表示出)。图4增加的各部件都有其专门l的作用。分项说明如下：
    (1)因分离器内液位的高低，直接影响到真空泵的性能。所抽的气体含有蒸汽，有可能凝结成水而使水位增加，而使真空泵电动机功率增加；但更多的可能是水位降低(甚至无水)而使泵性能急剧下降而导致凝汽器压力变化而影响发电机组的效率。这时控制水位就显得非常重要。我们常规采用的是机械式浮球控制阀，一个控制进水，一个控制排水，使其水位保持在一定范围内。此浮球阀内部采用不锈钢制造，选用的是国外产品。除采用这种形式保证液位的稳定外，为预防万一，在与分离器相通的现场磁翻板液位计上还装有上、下限报警开关，接线到控制室，提供远距离的水位报警功能。控制液位也有采有电磁阀的形式进行补水、排水动作，在分离器上装液位开关，输出信号控制电磁阀的补水或排水，但相对来说这种结构使用较少。
    (2)在机组进气口端，装有压力开关、差压开关及气动(或电动)蝶阀。蝶阀的作用是把凝汽器系统与泵机组隔开。差压开关的作用是控制蝶阀的开、’闭。当泵起动后，蝶阀前后就有压差，此时一般将差压值设定为3 kPa，压差达到设定值后，蝶阀打开，直接抽吸凝汽器系统。压力开关(通过控制箱)可控制泵的停车与起动，从而实现多台泵投运及备用泵的自动控制。其可以设有上下限2个值，由用户自行设定，一般在5–12 kPa之间设定。
    (3)从换热器出来已冷却的工作水，靠真空泵的自吸能力，除一路进入到泵内，另一路约1／8的水经过喷淋管路，通过冷凝喷嘴，可对吸入的蒸汽冷凝70％以上。实际上提高了泵的抽气能力。
    (4)在出口装有止回阀，防止蝶阀出故障时大气进入凝汽器系统。如果采用手柄止回阀，还可以在分离器上装流量计，通过关闭止回阀，气体从流量计通过，测出真空泵的抽气量。
    (5)机组配置电气控制部分包括控制箱及控制线路有关的压力继电器、差压继电器、气动(或电动)蝶阀等控制装置。它可以通过控制元件选择真空泵手动、自动、遥控投入运行，实现整套真空泵机组与电厂控制室的连接。
    (6)如果凝汽器冷却水长期偏低或要求电厂处于调峰状态运行时，可以采用加大气喷射器的结构。这样可以使凝汽器建立更低的背压，喷射器可以根据实际情况实现自动投入和撤出。流程相对复杂，而且目前多数电厂不必采用，在这里不再说明。
四、真空泵的改进措施
    上面几点措施对成套机组起了完善的作用，但对于一套机组来说，主机是最重要的。我们对主机(真空泵)做了较多的改进，以适应在抽凝汽器真空这样高要求的条件下可靠工作。
    (1)当凝汽器真空要求达到 -4.9kPa 的高真空时(相对于水环泵来说)，此时不可避免会出现汽蚀现象。汽蚀现象会严重损坏泵的叶轮及其他部件，当汽蚀破坏到一定程度，会使叶轮叶片断裂。而只要有一块叶片断裂，就有可能导致整个叶轮及泵腔内部件的严重损坏而使真空泵瘫痪。这是一个非常严重的问题。对于真空泵内的汽蚀现象，我们采用的一个是“防”，一个是“抗”。“防”是采用防汽蚀装置，就是在泵内的高真空端自动补人适量的气体，防止汽泡瞬间破裂(汽蚀现象)对零件表面的破坏。另一个是“抗”。在泵内的主要零件如叶轮、分配板、泵体采用抗汽蚀性能较好的不锈钢材质。通过“防”与“抗”的组合，就没有再发现汽蚀对泵的损坏了。
    (2)对转子轴向定位的轴承进行了改进，采用两个圆锥滚子轴承进行转子的轴向定位，克服了传统真空泵采用一个双挡边轴承和一个球轴承作转子的轴向定位而容易窜动的缺陷；真空泵在出厂时就可以调到最佳间隙，泵运转时，高真空时的件能十分稳定。
    (3)真空泵的叶轮制造经过3个阶段，从最初采用的全焊接到分半铸造再到目前的整体铸造，通过用户几年使用对比，目前采用的整体铸造的叶轮运行更可靠，效率更高，完全消除了焊接应力的影响。
    通过以上几个方面的加强措施，使该真空泵机组具有较好性能，非常适合对运行可靠性和使用寿命都要求十分苛刻的发电行业。
五、真空泵机组的型号意义
    目前，用于抽凝汽器的水环真空泵成套机组已有5种规格(可以按需要配不同转速)。在这里简单介绍一下机组代号的意义：以2BW4 353–OEK4–590为例：
 2BW4–专门用于抽凝汽器真空的系列代号；
 353–0—-配套的真空泵规格为改进型2BEl 353–0：
      E—-真空泵内的叶轮、分配板、泵体为304材质；
      K—-表示机组不配置大气喷射器；“L”表示配置大气喷射器；
      4—-真空泵采用填料轴封，其冷却水采用内供水方式；
      590—-表示真空泵转速为590r／min。
六、真空泵机组的选型
    真空泵的选型，主要的是根据凝汽器泄漏空气量．(单位：kg／h)来计算，查相对应的真空泵性能曲线来确定型号。目前国内没有凝汽器泄漏空气量的标准，都是参照美国HEI制定的标准来执行。由于国产机组制造及安装水平与国外有差别，进行真空泵选型时，需考虑较大的余量。总结国内发电机组凝汽器配置真空泵的经验，按其发电机组的大小，基本上都形成“标准配置”。当然，有些情况比较特殊的，必须进行重新核算。常规配置情况如表1所示。

注：当发电机组容量不在上表所列的情况下，参照空气泄漏量及调节泵转速来确定型号。
参考文献
1 穆界天.液环泵.北京：机械工业出版社，1993

来源：http://www.chinesevacuum.com/seconds/xuehui/content.asp?id=1892