刘 永

（天津市国威给排水设备制造有限公司，天津 300300）

0 引言

给水泵密封水回流通过多级水封装置排入冷凝器进行回收，设备在调试及运行中，经常出现真空度低、真空系统密封性能测试不合格的问题[1]。为提升凝结器的真空度，使其达到正常值，采取给水泵密封水回流排水沟的方法，通过再次测试后真空系统的密封性良好。但是为了有效维持冷凝器真空度，并确保设备经济，操作者需要长时间将密封水从水泵送回排水沟，这样就会造成大量浪费淡水，不符合国家规定的节能减排要求[2]。在投入和停止水封运行时，需要进行注水、排气等一系列繁琐复杂的操作流程，既增加了操作人员的工作量，又会给设备正常运行带来安全隐患。通过不断研究与实践，发明设计了一种供排水设备用的水封装置，不仅有效回收给水泵的密封水，又避免了浪费淡水，起到了节能环保的作用[3]。

1 给排水设备水封工作原理

采用特定高度的静水压力，以阻止排水管内的气压变化，并防止气体从排水管内进入室内。给水封堵装置中，水封堵是指排水出口的水柱，以阻止排水管中气压差的变化，并防止排水管中的气体从入口进入排水装置[4]。

使用水封的注意事项：①及时补充水。适时补充水分，保持一定的密封高度。当集水器因水封深度不够等原因，导致水封容易损坏，此外，有些给排水设备或地漏，由于长期间歇使用而不能再补充，以及水封表面不断蒸发，就会失去水封作用[5]。在设计过程中需要注意这些常识，必须定期将水注入地漏的集水器中，以保持一定的水封高度[6]；②定期清理。一般地漏只会过滤掉较大的杂质，一些细小的物质容易通过地漏进入疏水阀，造成管道积聚污垢，容易在里面滋生各种细菌和微生物[7]。必须定期清洗管道中的集水器。

2 水封装置设计

2.1 水封装置工作原理及注意问题

水封装置的工作过程如下：在凝汽器抽真空前，应先关闭水封装置的进水阀门，打开注水阀和放气阀，再关闭放气阀和放水阀[8]。加水量大时，打开水位控制阀直至水不能排净为止，关闭水位控制阀及放水阀，再打开进水阀，此时水柱上有空气在水封管内。电容器抽空后，水封管内的水柱会发生变化，产生水头。每个封口段的有效封头高度之和是封口段总封头高度，因设计、安装等原因，在使用水封装置时应注意下列问题：

（1）水封装置的第三级水封管与第四级水封管上部的排气管相连，共用一个手动排气阀。工作时，三级水封管压力与四级水封管压力相等；这时，四级水封管内无水头。理论上，在密封失效时，可产生密封装置所能产生的最大密封头，从现场情况来看，在机组运行过程中，水封装置的实际有效扬程高度小于所需扬程高度，会造成水封损坏，以及气水混合泵的密封回水直接进入冷凝器，严重影响真空系统[9]。

（2）在“启动水位控制阀”未安装的情况下，通过对水封装置的调试，发现水封装置投入使用后，操作人员在注水阶段不能判断水封装置内的水位，致使水封装置内的水位过高或过低，导致水封装置不能正常工作，影响了冷凝器的真空系统。

（3）水封设备在机组运行过程中如发生故障而失去水封功能，势必影响冷凝器真空系统。为保持凝汽器真空系统的真空度，确保设备的经济性，操作者只能将密封的给水泵水回流到排水管中，浪费了大量淡水。

根据以上问题，设计出给排水设备水密封装置的优化方案。

2.2 多级水封管路设计

多级水封装置是利用水封筒内水柱的高度差来平衡给料泵的密封回水管和冷凝器之间的压差，并使用水封筒内水柱的气缸将冷凝器与外界空气隔开，防止空气泄漏和影响冷凝器的真空系统。多级水封与单级水封相比，降低了水封筒高度和水封筒埋深。

在给排水设备水封工作原理支持下，计算给水泵密封水处的回水压力，如式1 所示：

公式（1）中：G'表示回水压力；G 表示凝汽器内压力；ρ、g、h分别为水密度、重力加速度和水头高度。

就多段水封而言，各级水封筒的有效压头高度之和必须大于水封筒高度，否则冷凝器负压将抽离水封筒的水，水封筒将失去水封功能，带密封水的回水气将直接进入冷凝器，影响真空系统。工程实践中，考虑到水封筒的阻力和实际有效扬程高度等因素，水封筒的设计高度会存在一定的偏差。

2.3 回水系统设计

回水系统设计采用迷宫式密封设计，将密封水从凝结水泵出口抽到凝结水中，密封水的回水通过水封装置由凝结器回收，根据最优方案，蒸汽给水泵密封水的两条回水管都连接到Φ1020 mm 钢管制成的水箱上，安装在冷凝器坑内。水池下部的出水管连接到内嵌的水封套上，再连接到冷凝器上形成循环，箱顶设有排气管，排气管保持箱内水面压力值在1 个大气压下。水池上部设有溢流口。若回流量过大，水箱内水位过高，将自动溢出至冷凝池内，不会造成回流堵塞，影响进水泵正常运行。在整个系统的底部设置有排水装置，以便维修时排出水箱内的水，或在密封水的回水水质不佳时，直接排入循环水坑，以避免影响冷凝器的水质。

设计中充分考虑到场址布置要求和条件，通过将简易水箱置于冷凝器坑内，冷凝器坑后水室与冷凝器坑之间的间隙可完全放置，不需特殊设置供水箱的设计和安装空间，节省了企业成本。采取将二根给水泵的密封水回水管均布置在水箱上，设计结构简单紧凑，不需要进行现场布置的改造。其水箱采用大口径调制而成，制作工艺简单经济，该系统的主阀可配置在接触方便的位置，便于操作和维护。

2.4 多级水封装置设计

2.4.1 水封高度

从水箱直接接出的水管引入预先埋设的水封装置之中，再将水封连接到凝汽器中，设水箱出口到水封管道的高度为h1，水封底部到水封出口的高度为h2，密封水管到凝汽器入口的高度为h3，由传统水封变化改造成多级水封装置，最高高度为：

将h 控制在满足凝汽器真空要求范围内，就可确定最佳水封高度。

2.4.2 水箱作用

通过对水箱的优化设置，使密封水系统具有良好的缓冲空间，密封水系统的剩余水可暂时被储存在水箱中，不会影响水封正常稳定的运行。在水箱上方设有排气孔，水箱液面压力维持在大气压范围内，水封具有稳定的压力边界，可避免压力波动的影响，消除凝汽器真空损坏的隐患。

2.4.3 布置特点

在水封装置设计过程中，充分利用凝汽器空间，将管路合理布局，并使单一预先埋设的管道组合成多级水封，设水箱溢流高度为h'，该高度可以满足水封管道阻力损失，比传统水封装置大了将近1 倍，在该情况下，能够满足大流量水流通过该系统。

因为动环和静环的节流作用，密封腔外的压力比腔内的压力小得多，足以保证密封动环和静环之间不会出现泄漏问题。由于机械密封是冷却水源，可通过调节阀门来控制压力，而且从设计角度上也能满足密封水的压力要求。为循环利用这部分水资源，需用水封装置向冷凝器中引入密封冷却水进行回收。

2.4.4 水封装置

通过对存在的问题进行分析，对传统水封装置进行优化设计和改造，采用多级水封装置。

（1）水封装置第三级水封筒和第四级水封筒的排气管是分开的，并且分别连接，以确保第四级水封筒能够正常工作和水封。泵轴端采用迷宫式密封圈时，冷却水密封圈被连接到密封套上，冷却水密封圈的一部分与泵体内的高温水混合形成卸荷水，无压回水从泵体排出。将迷宫密封卸载水与增压泵的进水管连接，这就要求卸载水的水压必须大于增压泵的进水管压力，一般情况下，增压泵进水管的工作压力在1.3 MPa，封闭循环水的工作压力不超过1 MPa，不能满足迷宫密封冷却水的压力要求。微型密封冷却源只能选择压力较高的冷凝水，在给水泵轴端采用迷宫式密封时，为节约淡水，常将迷宫式密封的无压回水与冷凝器连接进行回收。

（2）安装水位控制阀及管路必须按照原设计图纸进行安装和启动，当水箱装满水并排出后，打开启动水位控制阀，以确保水封管上方的空间是空气区域。将排气阀和水位控制阀安装在不同次级水封筒之间的连接管路上，在启动前形成空气区，以保证次级水封筒的正常工作。

（3）手动截止阀安装在多级水封设备出口到冷凝器的管道上。如在设备运行过程中水封装置出现故障，可关闭手动截止阀，隔离多级水封装置进行维修，若水封装置发生损坏，需关闭手动截止阀，可从多级水封出口至冷凝器。经过重新注水放气后，再启动水封装置投入使用。多段水封的关键是要保持水封，每段水封都要防止损坏，在水封开始使用之前，必须将水注满，并排空水封内的气体；另外，在制作多层水封时，要保证水封内部部件都是密封的。多段水封虽然结构紧凑，但是制作和操作比较复杂，所以对操作控制的要求也比较高。

3 结束语

在给水泵密封回水时如果出现异常情况，将会导致密封水回水不良，影响系统的正常运行。在建设安装阶段必须足够的重视，施工和安装阶段要认真核对设计图纸，进行及时校对和改进，并要求施工单位严格按设计图纸施工，确保给排水设备水封装置正常稳定的运行。采用该设计方法，不仅保障了设备的正常工作，解决了凝汽器真空问题，还避免了回水不畅的问题，为未来给水泵密封水系统的设计提供了新的选择。