多级水封器高度计算方法及运行注意项目的探讨

多级水封器高度计算方法及运行注意事项

探讨

水封器是利用水封水头差平衡两容器间压差，同时利用

水封器中水柱对两容器中气体进行隔离。和单级水封器相比，

多级水封器降低了水封器高度，降低了水封管埋地工作量。

多级水封在电厂中通常见于给水泵密封水回水至

凝汽器；轴封加热器疏水至凝汽器；射汽抽汽器疏水

回凝汽器等。水封器设计不妥，可能引发给水泵润滑

油带水乳化；密封水回水不畅，机组补水率高；凝汽

器真空度下降，机组效率降低所以必需引发足

够重视。

多级水封器设计是一个复杂计算过程，其中水封

器高度计算是最关键。现在常见静态计算方法来计算

水封器高度。本文结合印度某工程设计，归纳出某四

级水封器高度计算动态分析方法。

I研究对象

四级水封器（下称A水封，见图1.2）,进口压力0.

1MPa,出口压力0.003Mpa。

图2A水封结构示意图

A水封的工作过程如下:启动时,关闭水封管进

出口阀，开启注水阀和放气阀,注满水后关闭放气阀

和注水阀，开启水位控制阀，至无水流出时,关闭水

位控制阀，然后打开水封管出口阀，缓慢打开进口阀

投入运行。此时水封管内液柱上方为空气。工作时

依靠液位发生变化产生水头，各级水封的有效水头

之和为该水封器的总水头。

2静态计算法

该方法假设:工作时水封器各级内的气体量是

恒定的。从出口往进口逐级求解下列方程组可得到

各级水封有效水头的高度为:

胀后的体积,n?；

L水的重度,N/n?；

。一匕关于4的函数，由水封结构决定。

A水封计算结果如表1所示。表1的计算结果

显示A水封所需的最小高度为4.294m,且水封器

每一级的有效水头并不都是一样的。

该方法计算过程复杂，没有充分利用每级水封

的高度。

P产P-+工泗(Z=lKn)(1)

八|

PM=P'Vi(i^lKn)(2)

匕=6(%)(i=lK〃)(3)

式中:PI、PL—分别为第i级水封内气体膨胀前、膨

胀后的压力,Pa；

匕、匕一分别为第i级水封内气体膨胀前、膨

胀后的体积,n?；

y—水的重度,N/n?；

。一匕关于%的函数，由水封结构决定。

A水封计算结果如表1所示。表1的计算结果

显示A水封所需的最小高度为4.294m,且水封器

每一级的有效水头并不都是一样的。

该方法计算过程复杂,没有充分利用每级水封

的高度。

匕-V]=4匕=0(%)(4)

P/P产匕/%=C(5)

式中也;dP/y,AP=(巴。-Pow)/n；

P/=PM3；

。一A匕关于4的函数，由水封结构决定。

水封器在工作时,各级水封之间的空气会在压

差的作用下自动流动，并且疏水会不断地带进不凝

结气体，从而影响每级水封里面的空气体积和有效

水头高度。静态计算方法没有考虑上述过程，其计

算出的水封器高度最少为4.294mo

A水封静态计算结果

第i级H/mP/Pa

13.50638064

20.27940855

31.62157064

44.294100000

3动态分析法及公式推导

由公式(4)、(5)可以看出，若给定每级水封工

作时提供的水头也，则可反算该级水封空气的体积

(匕,VI)。若水封结构和工作环境一定，每级水封

的有效水头高度是由里面的空气膨胀或压缩决定

的，即匕、匕决定叫。因此，对于A水封，可通过调

节每级水封气体膨胀前的体积来调节该级水封的有

效高度，从而使每级水封的高度相当。

匕一匕•=△匕=。（也）(4)

P，〃,=匕/V'j=C⑸

式中：4=4尸/人4尸=（尸加一尸。说）/〃；

P/=PM皿；

小一4匕关于4的函数，由水封结构决定。

水封器在工作时,各级水封之间的空气会在压

差的作用下自动流动，并且疏水会不断地带进不凝

结气体，从而影响每级水封里面的空气体积和有效

水头高度。静态计算方法没有考虑上述过程，其计

算出的水封器高度最少为4.294m。

A水封在假设条件下需要的总水头高度为

9.7m,若每级水封能提供2.5m的有效水头就能满

足要求。假设水封器的高度H只有2.5m,静态计

算方法得到第1级水封的高度为3.506m（见表1）,

那么第1级水封内气体就有一部分流动至出口排

出，同理第4级水封内的气体也会有一部分流到第

2级和第3级水封里;另外，疏水带进的不凝结气体

会经水封器进口逐级流动至出口。上述过程使得每

级水封内气体的量与在给定水头（每级2.5m）条件

下反算法计算得到的体积相当。

由此可知,各级水封的最大高度之和若能满足

总水头要求,则各级水封内的空气是会相互流动，自

动调节的。

总结上述分析过程，水封器的高度可用以下公

式来计算：

”=(凡-尸叫,)/。+(0・5~1)/〃(6)

式中:“一多级水封中每级水封管的高度,m；

Pin、尸间一多级水封进口、出口的压力,MPa；

八一多级水封中的水封级数；

系数(0.5~1)—富裕度(可忽略)。

由公式(6)算出的水封器高度约为2.5m。这

样设计的多级水封器可以使每级水封的高度相当,

充分利用了每级水封的有效高度。

4结论

本文分析了水封的工作原理，对A水封器高度

采用了静态计算方法和动态分析方法进行了计算。

水封器工作时伴随着各级水封内空气相互流动及疏

水带入不凝结气体过程，静态计算方法忽视了上述

过程，故计算得出的水封器高度偏大。本文提出的

公式基于动态分析方法,通过该公式设计的水封器，

高度有效系数大大提高，可为多级水封器的设计提

供参考。

在工程实际中，利用上述公式进行多级水封器

的高度设计时，首先应确保水封器进出口参数与现

场工作参数相符,同时还要考虑疏水的气化率（与

流速有关）。

轴加多级水封工作原理及操作注意事项

多级水封是汽轮机轴封加热器疏水部分。

轴封加热器系统图：

轴封加热器在运行时处于微负压状态，压力大约在6kPa左右，和凝汽器真空压差

约10m水柱，根据多级水封工作原理，此多级水封在工作时必需产生高于10m水柱阻力方

可确保疏水通畅又能阻止空气漏人。轴封加热器至凝汽器多级水封为4级水封（图1）,每级水

封筒高约3m,多级水封结构分析，图:

因为多级水封设计和实际运行有差异，造成多级水

封内常常无