影響汽輪機真空的因素分析

朱 磊

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

影響汽輪機真空的因素分析

朱 磊

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

介紹汽輪機運行時凝汽器的傳熱過程，分析真空降低原因，提出了改善機組真空的主要措施，提高了真空系統(tǒng)正常運行效率，提升了汽輪機的經(jīng)濟性和安全性。

汽輪機；凝汽器；真空

一、凝汽器的傳熱分析

1.由于凝汽式汽輪機的排汽處于飽和狀態(tài)，因此，凝汽器內(nèi)蒸汽的飽和壓力和飽和溫度是對應的，為使凝汽器內(nèi)獲得較高真空，就要使凝汽器內(nèi)蒸汽的飽和溫度盡量接近冷卻水溫度。而冷卻水量和冷卻面積是有限的，因此當蒸汽凝結(jié)放出的汽化潛熱通過管壁傳給冷卻水時，必然存在傳熱溫差。為了能夠在凝汽器內(nèi)形成較高的真空，減少凝汽器的傳熱端差，通常凝汽器的冷卻水管一般都采用傳熱系數(shù)較高的銅材制作，從而使進入凝汽器的排汽與冷卻水之間形成較好的傳熱效果。

2.凝汽器內(nèi)存在3種換熱：蒸汽在循環(huán)水管外壁進行凝結(jié)放熱；循環(huán)水管內(nèi)壁與外壁之間發(fā)生金屬導熱交換；循環(huán)水管內(nèi)部進行介質(zhì)的流動換熱。將它們的換熱系數(shù)設(shè)定為a1、a2、a3，則：1/a1、1/a2、1/a3分別為3個換熱的熱阻，通過對凝汽器換熱系統(tǒng)的理論計算得出3個熱阻：1/a1＜1/a2＜1/a3，傳熱系數(shù)表明了傳熱過程的強烈程度，傳熱系數(shù)越大，傳熱過程越強，熱阻越小，凝汽器內(nèi)傳熱性越好，由此可知，凝汽器的真空下降也會相應使得過冷度增加、汽阻增大。

凝汽器里水平排列著很多根銅管，當在上部銅管凝聚水珠下落時，大部分水珠要落在下面銅管上，被冷卻水冷卻，因此，凝結(jié)水溫度低于凝汽器排汽壓力下的飽和溫度，他們的差值即為過冷度，凝汽式機組的過冷度一般在為0.5～1℃范圍內(nèi)。循環(huán)水帶走的熱量越多，造成過冷度越大，其溫差損失需要靠鍋爐燃燒更多的燃料來提高。并且過冷度的數(shù)值提高會造成凝結(jié)水系統(tǒng)中的含氧量增加，從而加快管道和設(shè)備腐蝕。此外，循環(huán)水帶走凝汽器排汽的汽化潛熱受到排擠并減少，造成凝汽器的真空下降，使得凝汽器的熱經(jīng)濟性下降。凝汽器內(nèi)汽阻也受到過冷度的影響，凝汽器抽汽口處壓力相對最低，排汽與漏入空氣的混合物就從凝汽器的喉部向抽汽口流動，流過管束時產(chǎn)生一定動阻力，從喉部到抽汽口一段的壓力降稱之為汽阻，汽阻一般為260 ～400Pa，運行過程中要求汽阻要小一些，因為當抽汽口壓力一定時，汽阻越大，汽輪機的背壓越高，而且當汽阻增加時，過冷度也會隨之增大，從而影響汽輪機的真空。

二、真空度降低原因分析

1.軸封系統(tǒng)。機組軸封設(shè)計為0.02～0.06MPa，實際運行中軸封的壓力為0.05MPa。為了確定軸封系統(tǒng)是否漏氣，將軸封壓力從0.05MPa緩慢升高到0.1MPa，并將軸封調(diào)節(jié)閥的旁路閥門打開，雖然機組現(xiàn)場高點軸封放空處有蒸汽不斷的溢出，但機組的真空度沒有改變。可以確認軸封系統(tǒng)運行正常。

2.凝汽系統(tǒng)。凝汽器系統(tǒng)滿水是汽輪機日常真空度下降的一個主要原因。當汽側(cè)空間水位升高后，淹沒了一部分冷凝管，減少了凝汽器的冷卻面積，使汽輪機的排汽壓力升高。如凝汽器水位升高至抽汽口的高度，則凝汽器的真空度下降，根據(jù)凝結(jié)水淹沒抽汽口的程度，開始真空度降低緩慢，隨后便迅速加快，這時連接在凝汽器喉部的真空表指示下降，而連接在抽空器上的真空表指示上升。此時如果不及時采取必要的措施，將有水由抽氣器的排氣管冒出?，F(xiàn)場檢查并重新校驗業(yè)務表的結(jié)果表明液位顯示正常。

現(xiàn)場兩級射汽抽氣器的抽氣口離熱井液位的距離較長，為分析該液位對系統(tǒng)的影響情況，將熱井的液位控制高度從70%調(diào)低到60%，結(jié)果表明真空度沒有變化。因此可以確定凝汽系統(tǒng)的液位設(shè)置不會影響射汽抽氣器的正常使用。

3.循環(huán)冷卻水。在正常情況下，如果沒有操作，機組的循環(huán)水不會中斷。檢查發(fā)現(xiàn)凝汽器的實際循環(huán)水質(zhì)量流量為660t/h，遠小于設(shè)計值1550t/h。

一般凝汽器的循環(huán)水冷卻倍率為40～60，按照進汽的質(zhì)量流量31.5t/h和實際循環(huán)水質(zhì)量流量660t/ h來計算，該機組的冷卻倍率只有21，遠小于正常設(shè)計值。

凝汽器管程短路也是影響冷卻效果的重要因素，經(jīng)過長時間的使用，凝汽器管程隔板有可能在循環(huán)水的沖擊下發(fā)生變形或產(chǎn)生移位，導致循環(huán)水的進水不經(jīng)過凝汽器的管束而直接形成短路返回回水管線中。但現(xiàn)場測得進水和回水的壓力分別為0.4MPa 和0.3MPa，與系統(tǒng)主管中的循環(huán)水進、回水壓力一致，同時測得進、回水的溫差＞15℃，說明凝汽器沒有短路，只是循環(huán)水質(zhì)量流量與實際設(shè)計值偏差很大。

4.凝汽器冷卻面積垢。凝汽器冷卻面積垢是日常生產(chǎn)中引起機組真空度下降的常見因素。由于循環(huán)水水質(zhì)差，其中很多雜質(zhì)可引起凝汽器積垢，影響冷卻效果。檢查說明，導凝口排放的循環(huán)水比較渾濁，有時還有泥沙顆粒。這說明經(jīng)過長時間運行后，凝汽器積垢嚴重，不僅使流體的阻力增大，而且降低了凝汽器的冷卻效果，導致中壓蒸汽做功后不能完全被冷卻，抽空器的負荷過大，凝汽系統(tǒng)達不到所要求的真空度。

5.抽氣器系統(tǒng)故障。機組選用的抽空器為啟動抽氣器，并配有兩級射汽抽氣器，根據(jù)設(shè)計，開機時先使用啟動抽氣器，而兩組兩級射汽器1開1備，但是正常使用時由于真空度過低，啟動抽氣器和兩級射汽器已經(jīng)全部投用，系統(tǒng)的真空度仍然達不到正常使用要求。為了確定抽空器工作噴嘴是否堵塞，在降低負荷的情況下進行檢查，發(fā)現(xiàn)噴嘴工作正常。但第一級射汽抽氣器的疏水回水管線缺少設(shè)計中的U型管水封，只是通過直線管路連接到凝汽器上，與設(shè)計不符，造成抽氣器第一段排汽冷卻后，空氣返回凝汽器，使第一級射汽抽氣器失去作用。

三、改造措施

1.按規(guī)程規(guī)定進行真空嚴密性測試，加強凝汽器進、出口水溫、端差、真空、過冷度等運行參數(shù)的綜合分析，找出影響機組真空的主要原因。

2.容易漏入空氣的設(shè)備系統(tǒng)，如低壓缸、給水1、2、3號加熱器、軸封系統(tǒng)、對空排汽的管道以及高加疏水擴容器、凝泵、低壓加熱器的抽空氣管等與凝汽器連接的管道和疏水管，特別是凝汽器喉部連接的管道一旦出現(xiàn)裂縫或斷裂將嚴重影響機組的正常運行，因此要在設(shè)備檢修時加強查漏堵漏工作，對影響真空的問題制定整改計劃徹底解決。

3.加強凝汽器膠球清洗系統(tǒng)的運行與檢修管理，提高清洗質(zhì)量。選擇膠球的濕態(tài)比重與循環(huán)水相近、直徑較銅管內(nèi)徑大1～2mm的圓形橡膠球，經(jīng)常檢查膠球的收球率與磨損情況，當膠球磨損減小時，及時更換新球。當回水管收球網(wǎng)前后循環(huán)水壓差增大時，立即進行膠球系統(tǒng)反沖洗，一定保證膠球正常有效工作。

4.對于凝汽器系統(tǒng)的射水抽氣器，正常時主要對抽氣器工作水溫的變化進行監(jiān)視，連續(xù)或定期補充冷水，排出內(nèi)部高溫水，避免工作水溫度太高降低抽氣效率。恰當?shù)倪x擇出水口的位置和布置高度，當射水抽氣器出水口處于射水池水面下部時，如果出水口淹沒的太深，因為射水管中的水溫比水池的水溫高、比重低，排水管外的壓力過大將抑制抽氣器工作水的排出，從而導致射水抽氣器的抽氣能力下降。

四、結(jié)語

影響汽輪機真空下降的原因是多方面的，它與設(shè)備的檢修與運行維護都有關(guān)系。提高汽輪機的真空對機組的經(jīng)濟高效運行和提高整個電廠的經(jīng)濟效益有著現(xiàn)實意義。

［1］周振起,時巖,孫良.空氣凝汽器水環(huán)式真空泵優(yōu)化運行研究［J］.熱力發(fā)電,2011,（01）：58-61.

［2］朱信義.真空泵密封水和抽入氣體溫度對機組真空的影響［J］.熱力發(fā)電,2010,（08）：93-95.

［3］陳志峰,肖梁,權(quán)成剛.600MW直接空冷機組空冷風機加裝空氣導流裝置改造［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù),2015,33（01）：68-71,75.

［4］王凱,焦曉峰,王志麗.直接空冷機組凝汽器管束表面溫差產(chǎn)生原因分析與處理［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù),2014,32（06）：71-74.

［5］胡乃進.機組真空降低的原因分析及處理［J］.東北電力技術(shù).2011,32（10）.

［6］吳貴忠.某電廠汽輪機凝汽器真空變化原因及對策［J］.東北電力技術(shù).2011,32（6）：10.

［7］劉剛,許敏,鄧海濤.200MW凝汽式汽輪機組真空低原因及治理［J］.東北電力技術(shù).2010,31（11）.

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