凝汽器真空系統(tǒng)影響因素及維護(hù)措施

陳曉玲

（山西天脊煤化工集團(tuán)有限公司，山西 潞城 041606）

引 言

天脊煤化工集團(tuán)熱動(dòng)廠熱電車間現(xiàn)有1臺(tái)雙抽凝汽式汽輪機(jī)，其采用型號(hào)為N-2000-4型的凝汽器。凝汽器系統(tǒng)主要用途是：使汽輪機(jī)盡量膨脹做功，在汽輪機(jī)排汽口上建立并維持所需要的真空；同時(shí)，將汽輪機(jī)的排汽凝結(jié)成水，重新作為鍋爐給水。凝汽器真空系統(tǒng)在正常生產(chǎn)中對(duì)本裝置起著至關(guān)重要的作用。此系統(tǒng)工作失常，不僅影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且關(guān)系到工廠的能源消耗。為了確保裝置的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”，保證凝汽器真空系統(tǒng)正常運(yùn)行是十分必要的。

1 凝汽器主要工藝參數(shù)

1.1 主要設(shè)備參數(shù)

型號(hào)，N-2000-4型；型式，雙路表面回?zé)崾诫p道制；排汽量，75t/h；冷卻面積，2 000m2；冷卻水量，5 400t/h；冷 卻 水 溫，20 ℃；銅 管 規(guī) 格 長(zhǎng) 度，Φ24mm×1L＝6 070；銅管數(shù)量，4 420根；凈重，34.55t。

1.2 主要工藝控制參數(shù)

真空控制，-86kPa～-76kPa；真空低報(bào)警值，-76kPa；真空低聯(lián)鎖值，-67kPa；凝汽器液位控制，250mm～550mm。

2 凝汽器真空建立的原理

在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，凝汽器真空的建立依賴于抽氣器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。

機(jī)組沖轉(zhuǎn)后，有排汽進(jìn)入凝汽器中，排汽受到冷卻介質(zhì)的冷卻而凝結(jié)成水。蒸汽凝結(jié)成水后，體積大大地縮小，原來(lái)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(guò)程能不間斷地進(jìn)行，凝汽器中的真空就建立起來(lái)了。簡(jiǎn)單地說(shuō)，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。

3 凝汽器真空理論

3.1 凝汽器內(nèi)的壓力

凝汽器中蒸汽在密閉容器中近似等壓凝結(jié)，因此，凝汽器的壓力單值取決于蒸汽溫度tn（即汽輪機(jī)排汽溫度）對(duì)應(yīng)的飽和壓力。凝汽器中蒸汽的溫度tn隨凝汽器換熱條件的變化而改變，tn變化引起凝汽器壓力（或真空）隨即發(fā)生變化。

凝汽器結(jié)構(gòu)、冷卻面積及冷凝蒸汽負(fù)荷Dc一定時(shí)，凝汽器中蒸汽溫度tn與冷卻水進(jìn)口溫度tw1、冷卻水出口水溫tw2、冷卻水進(jìn)出口水溫差Δt（一般維持在5℃～7℃）及端差δt（一般應(yīng)在3℃～10℃）有關(guān)系，其關(guān)系式為式（1）。

凝汽器中蒸汽和冷卻水溫度沿冷卻表面分布圖見(jiàn)圖1。

圖1 蒸汽和冷卻水溫度沿冷卻表面分布圖

3.2 凝汽器真空與冷卻水溫度升高值Δt的關(guān)系

冷卻水在凝汽器中的溫度升高值可根據(jù)凝汽器熱平衡方程式（2）得出。

式中：Dc為進(jìn)入凝汽器的蒸汽量，kg/h；Dw為進(jìn)入凝汽器的冷卻水量，kg/h；hc，h＇c為蒸汽和凝結(jié)水的焓，kJ/kg；hw1，hw2為冷卻水進(jìn)、出口焓，kJ/kg。

在實(shí)際應(yīng)用中，冷卻水的焓值hw2-hw1＝4.187×（tw2-tw1），排汽與凝結(jié)水的焓值hc-h＇c＝（510～530）×4.187（kJ/kg）。對(duì)大型汽輪機(jī)而言，hc-h＇c＝520×4.187（kJ/kg）。

由此可知，在汽輪機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，凝汽器冷卻水的溫升也增大，凝汽器中的真空度下降。

3.3 凝汽器真空與端差δt的關(guān)系

根據(jù)凝汽器傳熱方程式可知，凝汽器端差δt的表達(dá)式為式（4）。

式中：Δt為凝汽器冷卻水溫度升高值，℃；AC為凝汽器冷卻面積，m2；K為凝汽器傳熱系數(shù)，kJ/（m2·h·℃）；Dw為凝汽器冷卻水量，kg/h。

由式（3）、式（4）可得式（5）。

式中：假定冷卻水量Dw不變，傳熱系數(shù)K在熱負(fù)荷小范圍內(nèi)變化時(shí)可近似認(rèn)為不變。可見(jiàn)，凝汽器端差δt與機(jī)組熱負(fù)荷Dc成相同方向變化。即，機(jī)組負(fù)荷增加時(shí)，凝汽器端差δt增大，凝汽器真空度下降。其相互關(guān)系凝汽器的特性曲線如圖2所示。

圖2 凝汽器的特性曲線

由圖2看出，端差δt與熱負(fù)荷Dc并不是完全成正比例變化。主要是因?yàn)?，其不僅受Dc的影響，而且受傳熱系數(shù)K的制約（K與冷卻水溫度及流速、蒸汽負(fù)荷、凝汽器銅管表面清潔程度及管束布置方式、真空系統(tǒng)嚴(yán)密等有關(guān)）。1）當(dāng)汽輪機(jī)由大負(fù)荷向小負(fù)荷變化時(shí)（即Dc由大變小），δt是減小的；2）當(dāng)Dc下降到一定程度后，δt將保持為一常數(shù)；3）冷卻水入口溫度tw1較低時(shí)，機(jī)組真空水平較高情況下上述變化更為明顯；4）對(duì)運(yùn)行中的凝汽器來(lái)說(shuō)，減小δt的方法是設(shè)法提高其傳熱系數(shù)K。

綜上所述，在一定的冷卻水量和冷卻水進(jìn)口溫度下，凝汽器中的壓力隨汽輪機(jī)負(fù)荷減小而降低。即，凝汽器的真空度隨汽輪機(jī)負(fù)荷的降低而升高。當(dāng)汽輪機(jī)的負(fù)荷和冷卻水量不變時(shí)，凝汽器的真空度隨冷卻水進(jìn)口溫度的降低而升高。

4 凝汽器工藝流程

凝汽器工藝流程示意圖見(jiàn)第67頁(yè)圖3。

1）主流程：高壓蒸汽經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)膨脹做功后，其排氣進(jìn)入凝汽器。排氣經(jīng)過(guò)凝汽器冷卻后，蒸汽凝結(jié)成水，經(jīng)凝結(jié)水泵進(jìn)入后序系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)各級(jí)處理（軸封加熱、低壓加熱、除氧、高壓加熱等）成為鍋爐給水。

2）射水抽氣器系統(tǒng)：本系統(tǒng)由2臺(tái)型號(hào)為250S39A的射水泵和2臺(tái)型號(hào)為CS-45-25-1的射水抽氣器組成。射水泵將水抽出，水經(jīng)過(guò)射水抽氣器時(shí)節(jié)流膨脹做功形成負(fù)壓，將凝汽器內(nèi)的不凝汽抽出，保證凝汽器內(nèi)維持正常真空度。

3）軸封系統(tǒng)：動(dòng)力氣經(jīng)過(guò)軸封抽氣器時(shí)節(jié)流膨脹做功形成負(fù)壓，將汽輪機(jī)少量軸封漏氣抽出，保證真空。軸封加熱器應(yīng)保持一定液位而起水封作用，以免外界空氣直接進(jìn)入凝汽器影響其真空度。

4）疏水器：汽輪機(jī)本體各疏水經(jīng)疏水?dāng)U空器后，氣體進(jìn)入凝汽器，液體進(jìn)入凝汽器熱水井。

圖3 凝汽器工藝流程示意圖

5 凝汽器真空度異常問(wèn)題分析及措施

5.1 真空度急劇下降的原因及其處理措施

5.1.1 循環(huán)水中斷

5.1.1.1 象征

凝汽器真空度急劇降落；排汽溫度顯著上升；循環(huán)水泵電流到0或只有空載電流；凝汽器的循環(huán)水進(jìn)出汽無(wú)壓差。

5.1.1.2 處理措施

1）首先啟動(dòng)備用循環(huán)水泵（一般為聯(lián)動(dòng)自動(dòng)切換），關(guān)閉事故水泵的出水閥；若2臺(tái)運(yùn)行水泵同時(shí)跳閘且及時(shí)發(fā)現(xiàn)并未反轉(zhuǎn)時(shí)，可強(qiáng)行合閘。強(qiáng)行合閘無(wú)效時(shí)，應(yīng)關(guān)閉2臺(tái)泵的出口閥，啟動(dòng)鄰近機(jī)組的備用泵供水。

2）若循環(huán)水泵電流降至空載數(shù)值時(shí)，表明循環(huán)水泵雖在運(yùn)轉(zhuǎn)，但已斷水。此時(shí)查原因作如下處理：a）若是吸水池水位過(guò)低，應(yīng)立即關(guān)閉循環(huán)水系統(tǒng)排水閥并補(bǔ)充水源，待水位升高后重新啟動(dòng)；b）若是水泵吸水側(cè)漏入空氣，則應(yīng)更換盤根，消除漏氣點(diǎn)，同時(shí)啟動(dòng)真空抽氣系統(tǒng)抽出空氣。c）若是水池水位不低，則應(yīng)檢查入口并清理雜物，然后重新啟動(dòng)。

5.1.2 低壓軸封供汽中斷

5.1.2.1 象征

將有大量空氣從軸封間隙處漏入排汽缸，使真空度急劇降低。

5.1.2.2 處理措施

1）因負(fù)荷降低時(shí)未及時(shí)調(diào)整軸封供汽壓力，致使供汽壓力降低或可能是汽源壓力降低，蒸汽帶水造成軸封供汽中斷；或是因軸封壓力調(diào)整器失靈所致。為此，在機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，要注意及時(shí)調(diào)整軸封供汽壓力為正常值。

2）若是軸封壓力調(diào)整器失靈，應(yīng)切換為手動(dòng)，待修復(fù)后投入。

3）若是因軸封供汽帶水而造成軸封供汽中斷，則應(yīng)及時(shí)消除供汽帶水。

5.1.3 抽氣器的水源中斷

可能是射水泵工作失?；蛩渌贿^(guò)低等原因引起，在查明原因后采取相應(yīng)措施處理。

5.1.4 真空系統(tǒng)管道嚴(yán)重漏氣

可能是膨脹不均，使真空系統(tǒng)管道破裂，或是誤開與真空系統(tǒng)連接的閥門所引起的。若是真空管道破裂漏氣，則應(yīng)通過(guò)找漏查出破裂漏氣點(diǎn)予以解決；若是誤開閥門則應(yīng)及時(shí)關(guān)閉。

5.1.5 凝汽器滿水

當(dāng)凝汽器水位升高淹沒(méi)抽氣口后，空氣就不能被抽出，而引起真空度急劇下降。這可能是凝結(jié)水泵故障，或是因負(fù)荷增加時(shí)未開大主凝結(jié)水閥，或誤開大再循環(huán)水閥、軟化水閥（來(lái)自1500＃的補(bǔ)水）而造成水位猛升。

此時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)備用凝結(jié)水泵，根據(jù)負(fù)荷增加情況相應(yīng)調(diào)開主凝結(jié)水出水閥，關(guān)小再循環(huán)水閥，使凝汽器水位恢復(fù)正常。

5.2 真空度緩慢下降的原因及其處理

5.2.1 循環(huán)水量不足

5.2.1.1 象征

真空度逐漸下降的同時(shí)，循環(huán)水出口溫度升高。

5.2.1.2 原因

1）循環(huán)系統(tǒng)有關(guān)部位故障。

2）當(dāng)真空度下降時(shí)，凝汽器循環(huán)水的進(jìn)出口壓力差增大，循環(huán)水泵出口和凝汽器入口水壓均升高，則可判斷是凝汽器管板部分被堵。

3）若凝汽器循環(huán)水出口虹吸真空降低及凝汽器循環(huán)進(jìn)出口壓差變小時(shí)，表明凝汽器循環(huán)水出水管中聚集了空氣；或虹吸井水位太低，虹吸被破壞。

4）如果循環(huán)水泵進(jìn)口真空度降低，則是循環(huán)水泵進(jìn)口閥門法蘭或盤根等處漏氣。

5.2.1.3 處理措施

1）若是循環(huán)水泵吸入側(cè)漏氣，可調(diào)整水泵盤根、密封水以及擰緊法蘭螺栓等。

2）若是凝汽器管板部分被堵塞，可利用反沖洗，凝汽器半面清洗來(lái)消除。

3）若是虹吸被破壞，則應(yīng)投入抽氣系統(tǒng)，重新恢復(fù)虹吸管的真空度。

5.2.2 抽氣器工作失常

5.2.2.1 象征

凝汽器真空度下降的同時(shí)，射汽抽氣器出現(xiàn)排汽管冒白汽或水滴等現(xiàn)象，射水泵工作水溫過(guò)高、射水泵故障等。

5.2.2.2 處理措施

先檢查射水壓力，若抽氣器噴嘴前壓力升高，可能是噴嘴堵塞，應(yīng)進(jìn)行沖洗或清理。還應(yīng)檢查射水泵的工作情況并作相應(yīng)處理。

5.2.3 凝汽器水位升高

5.2.3.1 原因

可能是由于凝結(jié)水泵入口汽化（凝結(jié)水泵入口汽化的象征是凝結(jié)水泵電流指示數(shù)減小）、軟水閥未關(guān)、備用凝結(jié)水泵的逆止閥損壞以及凝汽器鋼管破裂。

5.2.3.2 處理措施

1）若關(guān)閉備用凝結(jié)水泵出水閥后水位不再升高，則表明備用泵逆止閥損壞，嚴(yán)重漏水。

2）若是凝汽器銅管破裂漏水，可通過(guò)檢查過(guò)冷卻度和化驗(yàn)?zāi)Y(jié)水質(zhì)來(lái)鑒別，若凝結(jié)水硬度和過(guò)冷卻度變大，則表明銅管漏水?？山档拓?fù)荷，停止半面凝汽器查漏堵管。

3）若是凝結(jié)水泵汽化或損壞，應(yīng)迅速啟動(dòng)備用凝結(jié)水泵，停故障泵。

5.2.4 真空系統(tǒng)管道及閥門不嚴(yán)密而漏氣

5.2.4.1 原因

真空下降時(shí)，端差增大，而抽氣器工作正常，說(shuō)明真空系統(tǒng)或閥門不嚴(yán)密漏氣所致。

5.2.4.2 處理措施

1）當(dāng)真空系統(tǒng)漏氣不太嚴(yán)重且漏氣量與最大抽氣量相平衡時(shí)，則真空降至某一數(shù)值后就不再繼續(xù)下降。此時(shí)，應(yīng)查漏消除。

2）若是因低壓抽氣管道或汽缸法蘭結(jié)合不嚴(yán)密而引起的真空度下降，則其真空度下降是隨負(fù)荷變動(dòng)而變化的（即負(fù)荷大，真空度大；負(fù)荷小，真空度?。?。此時(shí)，應(yīng)盡量維持機(jī)組在高負(fù)荷下運(yùn)行，待停機(jī)檢修時(shí)再消除缺陷。

3）若是因停用加熱器時(shí)未關(guān)閉空氣口或疏水閥而導(dǎo)致空氣進(jìn)入真空系統(tǒng)，則應(yīng)立即關(guān)閉上述各閥門，使真空恢復(fù)正常。

5.2.5 凝汽器冷卻表面臟污

5.2.5.1 象征

隨臟污的日益嚴(yán)重，凝汽器端差逐漸增大，抽氣器抽出的空氣混合物溫度也隨之升高。

5.2.5.2 處理措施

經(jīng)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)證明凝汽器漏氣量并未增加而又有以上象征時(shí)，就可確認(rèn)是臟污引起，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清洗。

6 改造效果

6.1 事例1

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有臺(tái)運(yùn)行凝結(jié)水泵（兩開一備運(yùn)行）發(fā)生故障，車間采取啟動(dòng)備用泵、隔離檢修故障泵的措施。在對(duì)故障泵進(jìn)行檢修時(shí)，凝汽器真空度突然下降，查明原因發(fā)現(xiàn)是因?yàn)楣收媳门牌y門泄漏導(dǎo)致的。及時(shí)對(duì)排汽閥進(jìn)行修復(fù)，凝汽器真空系統(tǒng)恢復(fù)正常。

6.2 事例2

軸封加熱器原先存在疏水排不走現(xiàn)象（因其布置在0m，比凝汽器熱水井標(biāo)高低），使真空抽不起來(lái)，只能達(dá)到-0.071MPa。分別采取了如下措施：將其抬高至4.5m，但其多級(jí)水封管未動(dòng)，疏水還是排不走；后又改為其一、二級(jí)疏水各自直接到冷凝器，用1個(gè)三級(jí)U型管排水，但事實(shí)上二級(jí)疏水還是排不走；最后，又將三級(jí)U型管改為一級(jí)U型管，以減少疏水阻力，實(shí)現(xiàn)了軸封疏水通暢、真空達(dá)標(biāo)目標(biāo)。操作中應(yīng)注意避免抽空軸加、軸加氣管內(nèi)積水問(wèn)題。

6.3 事例3

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，曾發(fā)生因軸封加熱裝置液位空，外界空氣通過(guò)軸封加熱裝置進(jìn)入汽輪機(jī)，導(dǎo)致凝汽器真空度下降。認(rèn)真排查發(fā)現(xiàn)是軸封加熱裝置發(fā)生假液位現(xiàn)象（現(xiàn)場(chǎng)就地液位計(jì)因堵塞而失靈），使調(diào)整不及時(shí)所致。后采取關(guān)閉軸加疏水閥積液至正常液位等措施進(jìn)行解決。

6.4 事例4

本系統(tǒng)凝汽器循環(huán)冷卻水管道上原來(lái)沒(méi)有安裝膠球清洗裝置，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，凝汽器內(nèi)循環(huán)冷卻水管道很容易發(fā)生臟污，不僅使凝汽器真空一直提不起來(lái)，而且使凝汽器冷卻水管道的清洗工作變得十分困難，從而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2011 年的系統(tǒng)大修期間，在凝汽器循環(huán)冷卻水管道上安裝了膠球清洗裝置，并規(guī)定每天定時(shí)進(jìn)行清洗，不僅使冷卻水管道清洗工作變得簡(jiǎn)單易行，而且保證了凝汽器真空，系統(tǒng)運(yùn)行效果很好。

6.5 事例5

有段時(shí)間發(fā)現(xiàn)凝汽器真空一直提不起來(lái)。分析其原因，2臺(tái)射水抽氣器空氣吸入閥管段設(shè)有正U型彎管。自投入運(yùn)行以來(lái)，由于抽氣管道存在正U型管的布置，抽氣管道中經(jīng)常會(huì)積液而影響空氣流通面積，進(jìn)而造成凝汽器真空下降。同時(shí)，由于抽氣器備用泵出口閥關(guān)不嚴(yán)或閥存在內(nèi)漏，在切換射水泵時(shí)經(jīng)常引起汽機(jī)真空波動(dòng)。

采取辦法及效果：真空系統(tǒng)保留原射水抽氣器系統(tǒng)的射水泵和射水抽氣器部分，對(duì)汽機(jī)8m平臺(tái)下抽氣器吸入口正U型彎改造處理，即將射水抽氣器空氣吸入口管段整體上移至汽機(jī)8m平臺(tái)，并在抽氣器與空氣閥之間加裝真空表，取消正U型彎管段，改為1條微帶坡度的直管（相接時(shí)要有千分之一的坡度），以消除管段中的積液?jiǎn)栴}；對(duì)空氣吸入閥位置進(jìn)行相應(yīng)位置改變；檢修抽氣器射水泵出口閥等一系列措施，保證凝汽器抽氣管道的嚴(yán)密性。經(jīng)改造后凝汽器真空系統(tǒng)運(yùn)行良好，保證了汽輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。改造前、后對(duì)比圖見(jiàn)圖4。

圖4 改造前、后對(duì)比

7 結(jié)論

天脊集團(tuán)熱動(dòng)廠熱電車間汽輪發(fā)電組在正常生產(chǎn)運(yùn)行中不僅為全廠提供生產(chǎn)用蒸汽，而且可自行發(fā)電，滿足一部分工廠用電需求。維護(hù)汽輪機(jī)凝汽器真空系統(tǒng)，可為本裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。在生產(chǎn)運(yùn)行中必須密切注意真空度變化，準(zhǔn)確記錄各參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式及圖表準(zhǔn)確判斷出引起真空度惡化的原因；真空度大幅下降時(shí)，要根據(jù)規(guī)程及時(shí)準(zhǔn)確處理；注意檢查真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性、冷卻水的含氧量以及對(duì)管道設(shè)備的損害。