凝汽器真空和嚴(yán)密性的分析及對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響

張冀蘭 單志明 初德月

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

汽輪機(jī)凝汽器正常運(yùn)行時(shí)需保持一定的真空度，凝汽器真空可以分為兩個(gè)過程：一是汽輪機(jī)排汽絕大部分在凝汽器凝結(jié)成水，二是在凝結(jié)過程中產(chǎn)生的不凝結(jié)氣體，通過抽氣器連續(xù)抽出。為了使汽輪機(jī)的排汽能夠迅速凝結(jié)成水，則是通過循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不斷冷卻帶走凝汽器的熱量實(shí)現(xiàn)的。

1 凝汽器真空對(duì)機(jī)組的影響

凝汽器真空降低，即意味著汽輪機(jī)排汽壓力升高，使得汽輪機(jī)耗汽量增加，經(jīng)濟(jì)性降低。相反，真空升高，則排汽壓力降低，耗汽量減少，經(jīng)濟(jì)性提高。

1.1 真空升高

當(dāng)其他參數(shù)保持不變，凝汽器真空升高時(shí)，蒸汽總焓降增加，即蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功增加，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走的熱量損失減少；但維持較高真空，在循環(huán)水溫度保持不變的情況下，必須增加循環(huán)冷卻水流量，因而循環(huán)水泵消耗的電量將增加。所以，凝汽器真空維持在某一特定值時(shí)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性才是最有利的。這一特定真空稱為最有利真空，即通過提高凝汽器真空，使機(jī)組增加的發(fā)電量與循環(huán)水泵增加的消耗的電量之差達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的凝汽器真空。另外，由于汽輪機(jī)末級(jí)噴嘴蒸汽膨脹能力的限制,凝汽器真空達(dá)到一定值時(shí)，隨著真空增加，機(jī)組的發(fā)電量不再增加，而且隨真空增加，汽輪機(jī)末級(jí)的蒸汽濕度增加，增加了蒸汽對(duì)末級(jí)葉片的水蝕作用，使末級(jí)葉片處于不利的工作環(huán)境下，降低了末級(jí)葉片的使用壽命。即凝汽器的真空超過最有利真空時(shí)不僅經(jīng)濟(jì)性下降，而且對(duì)汽輪機(jī)的安全也是不利的。

汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，若真空出現(xiàn)異常，必須及時(shí)分析原因，并采取相應(yīng)的措施。一般情況下可以使用下圖來簡單地判斷真空是否正常以及分析因循環(huán)水進(jìn)口溫度、循環(huán)水出口溫度、汽輪機(jī)排汽溫度及凝結(jié)水溫度異常而導(dǎo)致的真空下降。圖中實(shí)線表示真空系統(tǒng)正常時(shí)的工作情況，虛線則代表異常工況。通過對(duì)比虛線與實(shí)線的斜率可以簡單判斷引起凝汽器真空異常的原因：

圖1 真空變化因素示意圖

若1～2間的虛線斜率大于實(shí)線，則表示冷卻水量變少；若2～3間的虛線斜率大于實(shí)線，則表明傳熱情況惡化，如凝汽器鈦管臟污、結(jié)垢等；若3～4間的虛線斜率大于實(shí)線，則表明過冷度增加，如漏入空氣等；若各虛線的斜率不變，則主要是由于冷卻水進(jìn)口水溫不同引起的。

1.2 真空下降

當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，凝汽器真空降低，蒸汽總焓降減少，即蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功減少，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走的熱量損失增加，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性有較大的影響，主要表現(xiàn)為：

1)真空降低、排汽溫度升高，循環(huán)冷卻導(dǎo)出到最終熱阱的熱量增加，蒸汽做功后的冷源損失增大，機(jī)組的熱效率下降，經(jīng)濟(jì)性降低。

2)當(dāng)凝汽器真空降低，保持機(jī)組負(fù)荷不變時(shí)，蒸汽流量增加，這時(shí)末級(jí)葉片可能超負(fù)荷。

3)當(dāng)凝汽器真空降低，汽輪機(jī)排汽溫度升高：使汽輪機(jī)低壓缸及其軸承等部件受熱發(fā)生形變不均勻膨脹，引起機(jī)組中心偏移，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)增大；可能引起凝汽器傳熱管脹接部位松弛，破壞凝汽器的嚴(yán)密性。

2 真空系統(tǒng)泄漏途徑及影響因素

空氣可通過兩個(gè)渠道漏入凝汽器，一是通過蒸汽流動(dòng)經(jīng)排汽進(jìn)入凝汽器，另一個(gè)也是主要的途徑則是因真空系統(tǒng)本身的密封性不足而導(dǎo)致空氣漏入。其中第一個(gè)途徑進(jìn)入凝汽器的不溶性氣體，數(shù)量較少。因而空氣主要是通過第二個(gè)途徑漏入凝汽器，一般可能漏入空氣的部位大概如下：閥門閥桿、法蘭連接處、水位計(jì)接頭以及其密封性較差的連接部件。除此之外，處于真空狀態(tài)的汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)、軸封加熱器、抽氣器排氣管道等的嚴(yán)密性也直接影響凝汽器的真空。

3 真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的影響及泄漏部位查找

凝汽器漏入空氣時(shí)會(huì)明顯地降低凝汽器管壁的傳熱系數(shù)，由于我廠使用的是射汽式抽氣器，大量的空氣漏入會(huì)導(dǎo)致抽氣器過負(fù)荷，進(jìn)一步使真空惡化。由于蒸汽、空氣混合物在凝結(jié)時(shí)，將導(dǎo)致凝結(jié)水過冷度增大，水中含氧量增加，造成給水含氧量的增加，增加凝結(jié)水、給水管道、蒸汽發(fā)生器等設(shè)備氧化腐蝕的可能性，甚至引起蒸發(fā)器二次側(cè)及汽輪機(jī)通流部分氧化物結(jié)垢，使設(shè)備的運(yùn)行工況惡化。因此凝汽器真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性應(yīng)維持在較高水平，一般來說真空下降的速度與漏入的空氣量成線性關(guān)系。在我廠真空嚴(yán)密性試驗(yàn)中其驗(yàn)收準(zhǔn)則為：平均每分鐘真空下降3mmHg合格；2mmHg為良好；1mmHg為優(yōu)秀。而我國制定的凝汽器真空系統(tǒng)嚴(yán)密性標(biāo)準(zhǔn)為：真空值下降率400Pa／min(約為3mmHg)為優(yōu)良，下降率667Pa／min為合格。可見我廠的標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格。真空嚴(yán)密性實(shí)際上代表了凝汽器真空下降的快慢，也是機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)，在真空嚴(yán)密性下降時(shí)，應(yīng)盡快查找并消除漏點(diǎn)，一般步驟如下：

3.l 記錄異常時(shí)的參數(shù)

系統(tǒng)發(fā)生異常，往往會(huì)表現(xiàn)在某些參數(shù)的異常變化上，所以凝汽器真空系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，也需要及時(shí)記錄相關(guān)參數(shù)，以便進(jìn)行查找漏點(diǎn)時(shí)進(jìn)行分析驗(yàn)證，一般來說需要記錄的參數(shù)主要有：凝汽器真空，排汽溫度，凝結(jié)水溫、氧含量，循環(huán)冷卻水入口溫度、出口溫度等。

3.2 參數(shù)分析

通過與正常值對(duì)比、分析，查找關(guān)鍵項(xiàng)目1)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果是否正常；2)凝汽器端差正常時(shí)為2～6℃，我廠正常運(yùn)行時(shí)約3～4℃，若其達(dá)l0℃以上，則說明該泄漏點(diǎn)較大；3)凝結(jié)水溶氧一般在5ug/kg以下，若系統(tǒng)漏空，該值將大幅度地增大；4)若漏點(diǎn)較大，漏入的空氣在凝汽器傳熱管外壁形成一層空氣薄膜，使得傳熱效果大大減弱，因而循環(huán)冷卻水溫升將大大降低。

由于凝汽器傳熱系數(shù)基本相同，正常運(yùn)行時(shí)我廠兩臺(tái)凝汽器兩側(cè)因循環(huán)水量相同，兩側(cè)循環(huán)水溫升也基本相同，所以，當(dāng)某臺(tái)凝汽器某側(cè)出現(xiàn)漏空點(diǎn)時(shí)，該側(cè)蒸汽凝汽傳熱系數(shù)將下降，傳熱量減少，循環(huán)水溫升降低，而另一側(cè)循環(huán)水溫升則增大，這也可為確定凝汽器漏空氣點(diǎn)、查找漏氣點(diǎn)提供新的依據(jù)。

3.3 漏空點(diǎn)分析

一般來說，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)影響的不同，漏空點(diǎn)可以分為兩類：若泄漏點(diǎn)在凝汽器熱阱水位以下，則其對(duì)真空影響較小，對(duì)凝結(jié)水溶氧含量影響較大；若泄漏點(diǎn)在凝汽器熱阱水位以上，則其對(duì)真空影響較大，對(duì)凝結(jié)水溶氧影響較小。這是因?yàn)樗嫦碌穆┛拯c(diǎn)漏入的空氣首先進(jìn)入凝結(jié)水中，在其中經(jīng)過溶解部分氧氣后進(jìn)入凝汽器，被抽氣器抽出，故凝結(jié)水含氧量會(huì)較高；而在水面以上的漏空點(diǎn)，漏入的空氣，在漏入量不超過抽氣器負(fù)荷時(shí)，大部分空氣首先就會(huì)被抽氣器抽出，只有微量氧氣溶于凝結(jié)水中。一般漏空點(diǎn)都是在負(fù)壓區(qū)，隨機(jī)組負(fù)荷升高，凝汽器背壓提高，因壓差減小，漏入空氣量相對(duì)降低。如果漏入量較小，沒有超過兩臺(tái)主抽的抽吸能力，凝汽器內(nèi)真空在負(fù)荷升高時(shí)，真空升高，凝結(jié)水溶氧降低；負(fù)荷降低時(shí)，與此相反。如果漏入量非常大，則真空會(huì)迅速降低，應(yīng)立即按規(guī)程降負(fù)荷停機(jī)。

4 查找、分析漏空點(diǎn)方法總結(jié)

4.1 機(jī)組工況

在真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格或出現(xiàn)漏入空氣的現(xiàn)象時(shí)，首先考慮當(dāng)前機(jī)組狀態(tài)，判斷機(jī)組是一直保持運(yùn)行，還是剛剛啟動(dòng)不久，系統(tǒng)狀態(tài)未回復(fù)正常。若機(jī)組啟動(dòng)不久或者機(jī)組工況發(fā)生過變動(dòng)，則應(yīng)檢查是否有真空系統(tǒng)的疏水門沒有關(guān)閉，或者是因機(jī)組啟、停導(dǎo)致某些真空系統(tǒng)管道焊口裂縫漏空等。

4.2 運(yùn)行操作

機(jī)組在長期穩(wěn)定運(yùn)行中若發(fā)現(xiàn)凝汽器真空異常下降，則首先應(yīng)檢查近期的相關(guān)運(yùn)行操作是否影響真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，操作過程中涉及真空系統(tǒng)的設(shè)備、閥門狀態(tài)是否恢復(fù)正常狀態(tài)，尤其是疏水閥、放氣閥等。

4.3 其他異常情況

當(dāng)機(jī)組因故障、瞬態(tài)等原因發(fā)生過甩負(fù)荷、負(fù)荷突變、重要閥門狀態(tài)突變等異常情況時(shí)，很容易因溫度、壓力波動(dòng)較大造成一些薄弱環(huán)節(jié)的焊接部位、伸縮節(jié)等位置產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生漏空點(diǎn)。這些漏空點(diǎn)一般在管道的保溫層內(nèi)，不易發(fā)現(xiàn)。

上面給出的一些分析的方法，希望能夠?qū)焖?、有效地查出漏空點(diǎn)起到一點(diǎn)借鑒。綜上所述可知凝汽器的真空并不是越高越好，應(yīng)當(dāng)盡量保證在最有利真空條件下運(yùn)行，及經(jīng)濟(jì)真空下運(yùn)行。與此同時(shí)，凝汽器的汽側(cè)嚴(yán)密性對(duì)真空的維持又是至關(guān)重要的，在實(shí)際運(yùn)行中真空的異常下降是一個(gè)不容忽視的大問題，原因很多，但主要是真空系統(tǒng)嚴(yán)密性下降或抽氣系統(tǒng)故障所致。由于凝汽器的真空對(duì)機(jī)組的運(yùn)行至關(guān)重要，所以應(yīng)做到防患于未然，定期檢查相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)的狀態(tài)，才能保證機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]姜彩生，劉春風(fēng)，程強(qiáng).凝汽器真空系統(tǒng)查找漏空點(diǎn)之探討[J].華東電力，2002(10)：55-56.

[2]閆桂煥，顧昌，鄭李坤.300MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2002(06).