凝汽器真空系統(tǒng)運(yùn)行與故障分析

【摘要】發(fā)電機(jī)凝汽器運(yùn)行的好壞直接影響汽輪機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，凝汽器真空是檢測汽輪機(jī)運(yùn)行狀況最重要的參數(shù)之一。凝汽器真空是表征凝汽器工作特性的主要指標(biāo)，是影響汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素之一。凝汽器真空是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。真空過低，不僅會引起蒸汽在機(jī)組中的有效焓降減少，循環(huán)熱效率下降，還會導(dǎo)致汽輪機(jī)排汽溫度升高，排汽缸變形和軸承中心改變所引起的振動等故障。真空降低還會引起凝結(jié)水中氧含量增加，引起相關(guān)設(shè)備和管道的腐蝕。本文主要對凝汽器真空的運(yùn)行、故障及故障原因和處理對策做簡單的介紹，供大家交流、學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】功能；真空；參數(shù)；處理；對策

1.真空系統(tǒng)的簡介

1.1功能

凝汽器真空系統(tǒng)（CVI）的功能是在汽輪發(fā)電機(jī)啟動時(shí)和正常運(yùn)行期間從凝汽器中抽除空氣和不凝結(jié)氣體，以建立凝汽器真空并保持凝汽器的設(shè)計(jì)真空度，從而為汽輪機(jī)提供一個(gè)合適背壓。

1.2凝汽器真空的建立

在機(jī)組啟動階段與正常運(yùn)行中其機(jī)理是不同的，分別討論如下：

a）在機(jī)組啟動時(shí)，凝汽器真空的建立依賴于抽真空系統(tǒng)的抽氣泵將凝汽器中的空氣抽出，此時(shí)建立真空的快慢由抽氣器的容量及真空系統(tǒng)的嚴(yán)密情況決定。

b）機(jī)組沖轉(zhuǎn)后，汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)連續(xù)不斷地向凝汽器提供一定流量的冷卻水，使進(jìn)入凝汽器的蒸汽能夠及時(shí)凝結(jié)成水，體積大大縮小（體積縮小約3000倍），原來由蒸汽充滿的容器空間就形成了高度真空。由于冷卻介質(zhì)不斷地將進(jìn)入凝汽器中排汽的熱量帶走，使得凝結(jié)過程能不間斷地進(jìn)行，這樣凝汽器中的真空就建立起來了。簡單地說，此時(shí)凝汽器中的真空是由排汽凝結(jié)成水形成的。其真空水平的高低受冷卻介質(zhì)的溫度、流量、機(jī)組排汽量、凝汽器傳熱情況、真空系統(tǒng)嚴(yán)密狀況及抽氣器的工作狀況等因素制約。

1.3凝汽器真空的維持

理想工況下（機(jī)組排汽全部是可凝結(jié)的蒸汽，真空系統(tǒng)絕對嚴(yán)密），只要進(jìn)入凝汽器的冷卻介質(zhì)不中斷，則凝汽器中的真空即可維持在一定的水平上。但實(shí)際上，汽輪機(jī)組排汽中總是帶有一些不可凝結(jié)的氣體，處于高度真空狀態(tài)下的凝汽器及其它部件也不可能做得完全密封，總有一些空氣通過不嚴(yán)密的部位漏入真空系統(tǒng)中。這兩部分氣體的存在，給凝汽器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了如下一些不利的影響：

a）影響凝汽器的傳熱工況，使凝汽器端差增大，機(jī)組的熱效率降低。

b）有空氣分壓力的存在，而蒸汽按自身分壓力凝結(jié)，使凝結(jié)水產(chǎn)生過冷度。

c）空氣的存在降低了凝汽器的除氧效果，使得凝結(jié)水中溶解了一些氣體。凝結(jié)水中溶解氧的存在，造成凝結(jié)水系統(tǒng)中設(shè)備與管道的氧腐蝕，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

d）空氣的存在直接降低了凝汽器的真空。

顯然，這些氣體如果不能及時(shí)排出，逐漸積累，最終將使凝汽器的真空嚴(yán)重惡化，影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。實(shí)際的真空系統(tǒng)中，是用抽真空系統(tǒng)的抽氣泵將這些不凝結(jié)的氣體抽到凝汽器系統(tǒng)外的。也就是說用CVI系統(tǒng)將凝汽器中不斷聚集的一些不凝結(jié)氣體，不停地抽出，使凝汽器中不可凝結(jié)氣體的含量維持在盡可能少的水平上。當(dāng)真空系統(tǒng)中產(chǎn)氣量與抽氣量相平衡后，系統(tǒng)中的真空也就大體上維持在冷卻介質(zhì)溫度所決定的水平上。

綜上所述凝汽器中真空的維持，一是靠冷卻介質(zhì)不間斷地將排汽的熱量帶走，使得蒸汽的凝結(jié)過程能不間斷地進(jìn)行；二是靠抽氣器將不凝結(jié)氣體不間斷地排出，使這些氣體不至于在凝汽器中積累而造成真空的破壞。

2.凝汽器真空系統(tǒng)影響參數(shù)及分析

2.1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)流量異常

冷卻水流量是影響凝汽器真空的一個(gè)重要因素，在夏季高溫期表現(xiàn)得尤為突出。要防止真空降低，首先必須保證有足夠的冷卻水量。循環(huán)水系統(tǒng)側(cè)因排氣不充分，或海水低潮位以及大浪天氣，都會造成流量下降，另外鼓形濾網(wǎng)運(yùn)行故障，以及常規(guī)島二次濾網(wǎng)故障都會造成流量下降，凝汽器內(nèi)鈦管堵塞也會造成流量下降。這些都會造成真空下降。

2.2循環(huán)冷卻水初溫高

冷卻水初溫直接影響著冷卻水溫升和端差進(jìn)而影響真空。在冷卻水流量一定的情況下，隨著冷卻水初溫升高，凝汽器的真空相應(yīng)降低，因此冷卻水初溫對凝汽器真空也有較大的影響，而且在冷卻水不足的情況下，其影響更大。我廠采用CRF系統(tǒng)從海水供水方式，對冷卻水初溫的調(diào)節(jié)比較困難，夏季高溫期電廠的冷卻水初溫較高，必須考慮冷卻水初溫對真空的影響。冷卻水流量和初溫直接影響凝汽器真空，且影響較大。我廠對循環(huán)冷卻水量減少引起真空異常進(jìn)行相關(guān)改造，當(dāng)CRF泵啟動后，相對應(yīng)的真空電動隔離閥自動開啟，而當(dāng)CRF泵跳閘后自動關(guān)閉相對應(yīng)的電動真空隔離閥。操縱員立即降低機(jī)組功率到450MW。

2.3熱負(fù)荷變化對真空的影響

在冷卻水初溫和流量一定時(shí)，凝汽器熱負(fù)荷的增加會導(dǎo)致冷卻水溫升的增加，使凝汽器內(nèi)壓力增加，真空減小。當(dāng)冷卻水流量和清潔系數(shù)均為設(shè)計(jì)值，冷卻水初溫一定時(shí)，隨著熱負(fù)荷的不斷增加，真空會有所減小，凝汽器熱負(fù)荷的變化對真空的影響也較大，尤其是在冷卻水初溫比較高時(shí)更是如此。導(dǎo)致凝汽器熱負(fù)荷變化的因素很多，如機(jī)組主蒸汽管自動主汽門前、調(diào)節(jié)汽門前疏水，低加疏水以及抽汽逆止閥等多處疏水，高壓疏水?dāng)U容器均接入凝汽器，增加了凝汽器額外熱負(fù)荷，影響了機(jī)組真空。所以機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)必須盡量降低凝汽器所承受的額外熱負(fù)荷。

2.4凝汽器清潔系數(shù)對真空的影響

凝汽器的清潔系數(shù)大小直接反映了凝汽器銅管的臟污程度和水側(cè)的傳熱性能，清潔系數(shù)減小，會使凝汽器的傳熱系數(shù)變小，加大了冷卻水與水管的溫差，傳熱端差增大，真空降低。冷卻管水側(cè)的臟污是凝汽器真空惡化的一個(gè)重要原因。運(yùn)行時(shí)水質(zhì)差或水中污垢等引起鈦管內(nèi)表面積垢或臟污，會導(dǎo)致凝汽器清潔系數(shù)下降。如果冷卻水管及其管板被水中雜物堵塞，還會造成凝汽器的冷卻水量不足，其表現(xiàn)為冷卻水溫升的升高，也同樣增加了端差，影響真空。清潔系數(shù)對真空的影響相對較小，但也不容忽視，因?yàn)榕K污不僅降低了真空，還會加劇管道腐蝕，影響機(jī)組設(shè)備的安全性。

2.5系統(tǒng)嚴(yán)密性對真空的影響

凝汽器的最大特點(diǎn)就是負(fù)壓與相關(guān)設(shè)備振動大。因此不可避免的造成一些接口松動、脫開。其次，凝汽器相連的系統(tǒng)、設(shè)備、管道比較多，情況也比較復(fù)雜。可能造成漏氣的點(diǎn)非常多，且有大有小，原因復(fù)雜，有維修原因，也有設(shè)備原因，工作環(huán)境原因，或者系統(tǒng)人為在線原因。機(jī)組真空系統(tǒng)嚴(yán)密性較差，其常見的原因是低壓缸與凝汽器連接處不嚴(yán)密及喉部波紋帶裂紋，低壓缸爆破膜泄露，凝汽器相關(guān)閥門密封不嚴(yán)等。秦山二期也多次對這一部分用氦氣進(jìn)行查漏。從蒸汽凝結(jié)側(cè)來看造成凝汽器低真空運(yùn)行的主要原因是真空系統(tǒng)嚴(yán)密性差，漏入空氣量超過設(shè)計(jì)值。在循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及凝汽器熱負(fù)荷保持不變的條件下，若漏入空氣量過大，將使凝汽器真空下降、端差增大及凝結(jié)水過冷度增加，同時(shí)抽氣器抽出的空氣溫度與冷卻水進(jìn)口溫度之差增加。漏氣量過大，不僅會降低真空，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，還會影響到機(jī)組設(shè)備的安全性。當(dāng)漏入空氣量超過抽氣設(shè)備出力時(shí)，凝結(jié)水過冷度增加，過冷的凝結(jié)水增大了機(jī)組熱耗。另外，凝結(jié)水含氧量的增加，會加劇管道腐蝕。所以在機(jī)組運(yùn)行中，應(yīng)隨時(shí)掌握凝汽器漏氣情況，這對機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要的意義。

2.6 抽氣設(shè)備運(yùn)行異常對真空的影響。

工作液溫度對凝汽器真空的影響相當(dāng)大。這主要因?yàn)楫?dāng)工作水溫升高至一定程度后，在高度真空的噴管喉部，部分工作水汽化，體積突然膨大，而使抽吸能力下降。因此，在閉式循環(huán)射水抽氣器的運(yùn)行中，必須監(jiān)視工作水溫度的變化，定期或連續(xù)補(bǔ)充冷水，溢出高溫水，防止工作水溫度過分升高。

真空泵工作水壓力低、水量不足或增加過多，也反映到真空泵抽吸能力的下降，引起凝汽器真空的降低。對一定的抽氣壓力而言，工作水壓力越小，抽氣量越少，從而不能滿足凝汽器中所需的抽氣要求，使凝汽器真空下降。同時(shí)，工作水量不足，吸入室中因沒有足夠的工作水而壓力升高，抽吸能力下降。工作水量增加過多時(shí)，在擴(kuò)壓管出口處發(fā)生排水堵塞現(xiàn)象，造成排水管水壓升高，吸入室壓力增加，抽吸能力也下降。因此必須對抽氣器工作水壓力和流量進(jìn)行合理控制，以維持正常的抽吸能力。

2.7凝氣器熱阱液位對凝氣器真空的影響

凝氣器熱阱液位過高也會對凝氣器真空產(chǎn)生影響，熱阱水位過高會淹沒部分傳熱管，導(dǎo)致熱阱水過冷，由分壓原理P=Pn+Pg，Pn下降，則Pg增加，氧含量增加；由于液位過高淹沒凝氣器鈦管，減少了汽輪機(jī)乏汽與循環(huán)冷卻水熱交換面積，部分乏汽得不到充分冷卻，從而導(dǎo)致真空升高，氣體離出距離減小，不但使真空下降，而且不凝結(jié)氣體不宜分離出來，使真空降低且凝結(jié)水氧含量增加。

2.8軸封對真空的影響

軸封的作用是密封汽機(jī)動、靜部分的間隙，防止空氣從軸兩端進(jìn)入進(jìn)入汽機(jī)，影響真空度。軸封的正確運(yùn)行，能有效保證真空的運(yùn)行。軸封供汽壓力不足，可能會導(dǎo)致漏空氣，影響真空；壓力過高，可能會發(fā)生冒汽。軸封系統(tǒng)疏水的運(yùn)行也影響著真空，疏水不暢，導(dǎo)致軸封抽汽回路無法形成，影響軸封效率，從而影響真空的運(yùn)行。

3.真空降低的危害

真空降低會導(dǎo)致汽機(jī)排汽壓力、溫度升高，蒸汽在機(jī)內(nèi)的可用焓降減少，機(jī)組效率下降，機(jī)組出力減少；要維持負(fù)荷不變，調(diào)門開大，蒸汽流量增加，會導(dǎo)致汽輪機(jī)軸向推力增大，溫度的變化還會使汽缸及軸承座等部件受熱膨脹引起機(jī)組中心偏移，危及汽機(jī)安全。

4.真空降低的象征

a）凝汽器真空下降，排汽溫度升高。

b）機(jī)組負(fù)荷降低或帶同樣負(fù)荷時(shí)主蒸汽流量增大。

c）凝汽器水位升高。

d）循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、抽氣設(shè)備、循環(huán)水冷卻設(shè)備等工作出現(xiàn)異常。

5.真空降低的處理

視凝汽器真空是急劇下降還是緩慢下降，根據(jù)造成的原因不同而采取不同的處理方法，要根據(jù)凝汽器真空值的下降數(shù)，依照運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定降低機(jī)組負(fù)荷（運(yùn)行規(guī)程中都有真空值和機(jī)組負(fù)荷的對應(yīng)表）。減負(fù)荷過程中，若故障一時(shí)處理不了，凝汽器真空值降到允許最低值時(shí)仍繼續(xù)下降，則需停機(jī)處理。常規(guī)方法如下：

a）發(fā)現(xiàn)真空下降時(shí)，應(yīng)迅速核對真空表指示，核對凝汽器排汽溫度，只有在真空下降的同時(shí)，排汽溫度相應(yīng)上升的情況下，才屬于真空真正下降。

b）真空下降時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)迅速查明原因，檢查備用真空泵自啟動，否則手動啟動。

c）因循環(huán)水系統(tǒng)引起真空下降時(shí)應(yīng)按如下處理：

i.循環(huán)水壓力是否正常，若循環(huán)水壓力低，應(yīng)檢查循環(huán)水管線是否有泄漏堵塞。

ii.檢查凝汽器水位是否正常，若凝結(jié)水溫度下降，真空下降，則為水位升高，此時(shí)應(yīng)設(shè)法恢復(fù)水位。

iii.檢查循泵運(yùn)行是否正常，若循泵跳閘引起真空下降，則立即降低發(fā)電機(jī)有功到340MW，確保凝汽器真空正常，若兩臺循泵跳閘立即打閘汽機(jī)，按循環(huán)水中斷處理。

d）檢查軸封系統(tǒng)：

i.軸封汽母管壓力是否正常，若壓力低應(yīng)檢查主汽、輔汽到軸封汽源是否正常，溢流閥是非正常，因某種原因造成軸封汽中斷，凝汽器真空急速下降，應(yīng)立即打閘汽機(jī)，如真空下降緩慢，設(shè)法恢復(fù)軸封汽，否則減負(fù)荷停機(jī)，軸封汽失去時(shí)應(yīng)注意監(jiān)視汽機(jī)差脹，不得超過限額值，否則應(yīng)立即停機(jī)。

ii.若軸加風(fēng)機(jī)故障，啟動備用風(fēng)機(jī)，檢查軸加U型水封是否失去，若兩臺軸加風(fēng)機(jī)均故障且短時(shí)間內(nèi)不能恢復(fù)，應(yīng)打閘汽機(jī)。

e）檢查真空泵運(yùn)行狀況是否正常，運(yùn)行泵跳閘后，確認(rèn)備用泵自啟動，否則手動啟動。

f）檢查真空破壞閥是否誤開，若是立即關(guān)閉。

g）凝汽真空下降到14KPA時(shí)凝汽器低真空報(bào)警，此時(shí)應(yīng)迅速降低負(fù)荷直到報(bào)警消失。

h）在真空下降過程中，密切監(jiān)視低壓缸排汽溫度，當(dāng)?shù)蛪焊着牌麥囟壬仙?0℃時(shí)，開啟低壓缸噴淋裝置，若低壓缸排汽溫度升到120℃，則手動停機(jī)。

i）當(dāng)凝汽器真空低到18KPA時(shí)，真空低低報(bào)警。

j）當(dāng)凝汽器真空低到28.8KPA時(shí)，真空低低低報(bào)警，汽機(jī)低真空保護(hù)動作跳機(jī)，否則手動打閘。

k）因真空系統(tǒng)管道或設(shè)備損壞而造成真空下降，除按正常處理外，應(yīng)立即隔離故障部分設(shè)備，隔離無效，但能維持汽機(jī)一定真空時(shí)，應(yīng)匯報(bào)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)后處理，真空不能維持應(yīng)按故障停機(jī)處理。

6.防止真空降低的對策

a）提高凝汽器嚴(yán)密性；

b）增加凝汽器清洗裝置；

c）提高循環(huán)水泵效率；

d）保證抽汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)束語

凝汽器真空度受到很多因素影響，同時(shí)汽輪機(jī)凝汽器真空高低對于汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行有很大影響，所以在正常功率運(yùn)行期間作為一名運(yùn)行人員必須加強(qiáng)對真空度的監(jiān)視及管理，了解設(shè)備和系統(tǒng)特性。才能保證凝汽器真空系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，才能使凝汽器在最佳真空狀態(tài)下運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]《秦山二廠凝汽器設(shè)備說明書》.秦山二廠（內(nèi)部資料）

[2]《凝汽器系統(tǒng)手冊》.秦山二廠（內(nèi)部資料）

[3]《秦山二廠常規(guī)島事故處理大綱》.秦山二廠（內(nèi)部資料）

[4]《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》. 中國電力出版社

作者簡介

朱昌榮（1981- ）江蘇江寧人 中核核電運(yùn)行管理有限公司二廠工程師