空冷島抽真空過冷原因分析及處理措施

馬云輝

摘 要 某電廠100MW直接空冷機組在冬季運行中長期間斷性存在抽真空過冷現(xiàn)象。本文從運行方式、參數(shù)調(diào)整等方面，對其產(chǎn)生的原因進行分析，并提出了相應(yīng)的處理措施，為其他直接空冷機組出現(xiàn)同類現(xiàn)象提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 直接空冷；抽真空過冷；原因分析；處理措施

中圖分類號 TM6 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）162-0142-02

1 設(shè)備簡介

某電廠擁有3臺UG-440/10-M高溫高壓、單汽包橫置式、單爐膛、自然循環(huán)CFB鍋爐和2臺NZK100—9.32/535單軸、雙缸、高壓、軸流、直接空冷、凝汽式汽輪機的母管制機組。

汽輪機直接空冷系統(tǒng)：汽輪機低壓缸排出的乏汽，經(jīng)過排汽管道進入空冷系統(tǒng)的順流凝汽器，在管束外空氣的冷卻作用下，蒸汽開始凝結(jié)。冷卻所需的冷空氣由空冷風(fēng)機吸入周圍空氣供給。不凝結(jié)的氣體和蒸汽進入順流凝汽器進一步凝結(jié)，在順流凝汽器里不凝結(jié)氣體被水環(huán)式真空泵抽吸排入大氣。形成的凝結(jié)水進入汽輪機排汽裝置，凝結(jié)水再經(jīng)凝結(jié)水泵打至汽輪機凝結(jié)水系統(tǒng)。

2 提出問題

2014年12月31日#1機啟動后，真空系統(tǒng)間斷性的發(fā)抽真空過冷保護動作信號，伴隨著10、20、30、40排凝結(jié)水溫度有過冷現(xiàn)象，抽真空溫度嚴重偏低。

針對這一情況，技術(shù)人員通過分析并采取相應(yīng)的措施，使抽真空過冷問題得到解決，確保了真空系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，為機組的安全經(jīng)濟運行奠定了基礎(chǔ)。

3 空冷島抽真空過冷原因分析

機組真空系統(tǒng)嚴密性不良，將會導(dǎo)致空冷島散熱面內(nèi)部積聚大量不凝結(jié)氣體，根據(jù)道爾頓定律：混合氣體的全壓力等于各組成氣體的分壓力之和?？绽鋶u內(nèi)的總壓力（即背壓）等于不凝結(jié)氣體的分壓力與水蒸氣的分壓力之和。不凝結(jié)氣體的積聚使水蒸氣的分壓力減小，其對應(yīng)的飽和溫度降低，造成空冷島凝結(jié)水溫度降低，形成抽真空過冷，具體原因分析如下。

3.1 真空泵出力不足

2015-1-10，負荷72MW，背壓突然由20kPa升高至22kPa，升高2kPa，調(diào)整空冷風(fēng)機頻率，將背壓調(diào)整至20kPa，發(fā)現(xiàn)抽真空溫度由原來的55℃降至51℃，降低了4℃。立即派人檢查真空泵運行情況，發(fā)現(xiàn)真空泵汽水分離器溢流管冒汽，立即切換備用真空泵運行。隨后，背壓和抽真空溫度恢復(fù)正常值。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)真空泵冷卻器臟堵，嚴重影響換熱效果，從而影響真空泵效率。清理冷卻器后，真空泵運行正常并采取定期切換真空泵運行的方法，切換后及時清理冷卻器，保證真空泵達到較好的工作條件。

為了進一步提高真空泵的出力，我們又從2方面進行了改進。

第一，我們將凝結(jié)水供真空泵密封水改為冷卻水供密封水。凝結(jié)水供真空泵密封水溫度較高，會造成密封水部分汽化，產(chǎn)生的氣體排擠真空泵抽汽量，造成真空泵出力不足，從而引起抽真空溫度降低。

第二，通過觀察與比較，我們將真空泵補水連鎖進行了調(diào)整：當汽水分離器水位不大于35%時，自動開啟補水電磁閥；當汽水分離器水位不小于50%時，自動關(guān)閉補水電磁閥。實際運行表明，調(diào)整真空泵補水連鎖后，汽水分離器能夠保持正常的水位，保證了真空泵在較好的條件下工作，從而將抽真空溫度提高。

3.2 真空系統(tǒng)泄漏

為了防止由于真空系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)和凝結(jié)水系統(tǒng)的閥門法蘭漏入空氣，而導(dǎo)致空冷島抽真空過冷，檢修人員應(yīng)用火焰查找法，對這些閥門法蘭進行檢查，對泄漏的閥門法蘭進行重新緊固或抹黃油、密封膠等方法處理。對內(nèi)漏嚴重的閥門法蘭進行全部更換。工作結(jié)束后，抽真空過冷未見減輕，排除閥門法蘭漏入空氣而導(dǎo)致抽真空過冷的原因。

當檢查到低壓缸前后軸封時發(fā)現(xiàn)：1號機低壓缸前后軸封嚴重漏汽，于是對低壓缸前后軸封供汽調(diào)門進行手動控制調(diào)節(jié)。

2015-1-1，#1機負荷18MW，背壓27.1kPa，低壓軸封壓力0.020MPa、溫度120℃，真空泵電流107A，抽汽溫度61℃～55℃。此時是因為負荷低，環(huán)境溫度-5℃，一直保持高背壓運行。

而在2015年1月4日負荷帶至81MW時，背壓20.2Kpa，低壓軸封壓力0.023MPa、溫度131℃，真空泵電流107A，抽汽溫度61℃～45℃，凝結(jié)水溫度58℃～43℃，電流101A。此工況下，背壓降低了將近7kPa，而軸封壓力只提高了0.003MPa，真空泵電流降了6A。

在2015年1月10日，負荷73MW，背壓17.8kPa，將低壓軸封壓力有意調(diào)至0.029MPa、溫度140℃，真空泵電流95A，抽汽溫度55℃～53℃，凝結(jié)水溫度55℃～54℃。此工況下，背壓降低了將近3kPa，而軸封壓力只提高了0.006MPa，真空泵電流又降了6A。

經(jīng)過多次調(diào)整試驗，發(fā)現(xiàn)#1機真空系統(tǒng)過冷、抽真空溫度偏低、凝結(jié)水溫度過冷，是由于背壓變化后，低壓軸封壓力未能及時調(diào)整跟進，導(dǎo)致環(huán)境空氣被吸入真空系統(tǒng)，空氣占據(jù)了汽空間，反應(yīng)出抽真空溫度過冷、真空泵電流大等現(xiàn)象。

在背壓變化過程中，大氣壓力不變，為了維持背壓設(shè)定值，空冷風(fēng)機轉(zhuǎn)速增大導(dǎo)致過冷現(xiàn)象發(fā)生。而低壓軸封這個負壓區(qū)的壓力未能對應(yīng)提高，導(dǎo)致空氣被吸入排汽裝置，進而導(dǎo)致真空泵電流增大。

通過提高低壓軸封壓力后，所有問題全部消除。所以在背壓低于20kPa以下時，必須將#1機低壓軸封壓力保持在0.028MPa～0.030MPa之間，才可以保證低壓軸封密封的可靠性。經(jīng)過對比#2機，也可以得知#1機低壓軸封間隙過大。總之應(yīng)該以就地低壓軸封不吸氣為原則，參數(shù)變化，相應(yīng)調(diào)整也進行跟進。

3.3 空冷風(fēng)機運行方式調(diào)節(jié)不當

2016-1-15，負荷70MW，背壓20kPa，環(huán)境溫度為-8℃，#1機低壓軸封壓力0.03MPa，就地低壓軸封不吸氣，40排仍然出現(xiàn)抽真空過冷，這時我們開始著手調(diào)節(jié)空冷風(fēng)機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)抽真空溫度。我們將40排逆流風(fēng)機手動停下并開始回暖，回暖5min后，開始停止回暖并恢復(fù)該風(fēng)機自動。此措施暫時將抽真空溫度升高了起來，但是不到幾分鐘，溫度又開始下降并降至回暖前溫度。這說明逆流風(fēng)機的回暖只是解決了一時的抽真空過冷，未能徹底解決問題。

我們開始逐漸降低逆流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，抽真空溫度有了些許回升，當降至最低轉(zhuǎn)速時抽真空溫度回升了5℃不再變化，之后開始降30排轉(zhuǎn)速，降得過程中在背壓未變的情況下抽真空溫度竟然下降了2℃，經(jīng)分析是由于同組之間運行的兩列順流風(fēng)機頻率差距過大，導(dǎo)致順流散熱片進汽量、熱負荷不均勻，發(fā)生了局部過冷卻的現(xiàn)象，于是我們在調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速時，順流風(fēng)機應(yīng)同時進行調(diào)節(jié)。抽真空溫度逐漸上升至正常值。

2016-1-16，負荷低至32MW，背壓20kPa，環(huán)境溫度降至-14℃。40排又出現(xiàn)了輕微的過冷現(xiàn)象，此時逆流風(fēng)機和順流風(fēng)機運行頻率已達至最低，我們采取了兩種措施，第一種措施：將40排順流風(fēng)機停運，并將風(fēng)機風(fēng)筒蓋上帆布，逆流風(fēng)機頻率降至最低；此時抽真空溫度升高了5℃。第二種：將逆流風(fēng)機停運，順流風(fēng)機最低頻率運行，抽真空溫度逐漸上升了10℃。如果溫度繼續(xù)降低，我們將停運該排所有風(fēng)機，切除該排運行，關(guān)閉進汽門和凝結(jié)水回水門。雖然停運逆流風(fēng)機實踐中效果較好，但也有一定風(fēng)險：可能在逆流區(qū)產(chǎn)生較大的汽阻，集聚大量不凝結(jié)汽體，影響機組的安全穩(wěn)定運行，可是只要我們嚴密監(jiān)視機組背壓和真空泵電流變化情況，當機組背壓和真空泵電流升高時，立即啟動逆流排風(fēng)機，或是啟動備用真空泵這種風(fēng)險是完全可控的。

總之，以上操作說明：在調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速時，逆流風(fēng)機和順流風(fēng)機應(yīng)共同進行調(diào)節(jié)。調(diào)整原則是盡量保證各組之間、同組之間運行的順流散熱片進汽量、熱負荷均勻，盡可能保持各排中風(fēng)機多投、低頻運行。環(huán)境溫度較低時，可以停運逆流排風(fēng)機，做好風(fēng)險預(yù)控。

3.4 啟動一臺備用的真空泵

2016-2-1，負荷80MW，背壓20kPa，環(huán)境溫度降至-16℃，抽真空和凝結(jié)水溫度同時降低，調(diào)節(jié)低壓軸封壓力和調(diào)節(jié)空冷風(fēng)機運行方式依然不見回升，因為負荷較高，不能一味地降低風(fēng)機頻率，因為機組背壓不變的情況下，降低某排風(fēng)機的頻率其他風(fēng)機的頻率將升高，可能影響到其他排的過冷度，此時如果排汽溫度與相應(yīng)排的抽真空的平均溫度之差超出15℃，并持續(xù)時間600s，聯(lián)投一臺備用真空泵，增加空冷島的抽吸能力，抽真空溫度和凝結(jié)水溫度開始回升。

3.5 背壓設(shè)定值不當

2016-2-18，負荷80MW，背壓20kPa，環(huán)境溫度降至-24℃，有兩臺真空泵運行，抽真空和凝結(jié)水溫降低，這時將機組背壓值設(shè)高3kPa，直至抽真空和凝結(jié)水溫度恢復(fù)正常值。

4 問題解決

當發(fā)生抽真空過冷時，我們應(yīng)先判斷檢查真空泵出力情況：檢查真空泵冷卻器出口水溫是否正常；真空泵汽水分離罐液位是否正常，之后根據(jù)背壓值調(diào)節(jié)低壓缸軸封壓力，以就地低壓軸封不吸氣為原則進行調(diào)整。

通過上述2種措施，如果過冷現(xiàn)象未消失，再通過調(diào)節(jié)空冷風(fēng)機運行方式，重新分配各冷卻單元的熱負荷，用熱蒸汽將空冷管束內(nèi)積聚的不凝結(jié)氣體排擠出去。

如果前3種措施仍不能消除抽真空過冷現(xiàn)象，通過啟動備用真空泵的方法，進一步將散熱面內(nèi)積聚的不凝結(jié)氣體排出。當然，當環(huán)境溫度很低時，即使啟動備用真空泵，依然會出現(xiàn)抽真空過冷的現(xiàn)象，此時我們應(yīng)該提高機組背壓設(shè)定值，直至抽真空過冷現(xiàn)象消失。

5 結(jié)論

在空冷系統(tǒng)運行監(jiān)測中，一定要加強對抽真空過冷問題的處理，通過分析抽真空過冷產(chǎn)生的原因，逐一進行解決。保證機組凝結(jié)水的品質(zhì)和空冷島的防凍工作順利進行。從而，提高機組換熱效率及經(jīng)濟性，保證機組安全穩(wěn)定運行。