凝結(jié)水過冷度的產(chǎn)生原因及運行控制

沈珊

摘要：汽輪機做完功的蒸汽在凝汽器中冷卻形成凝結(jié)水是發(fā)電廠工質(zhì)循環(huán)利用的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此凝汽器的工作性能直接影響整個凝汽式汽輪機組的經(jīng)濟性和安全性。文章結(jié)合某核電機組分析了凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的各種原因，預想其會產(chǎn)生的影響，并從凝汽器運行維護的角度，提出減小凝結(jié)水過冷度的措施，以此來提高機組的經(jīng)濟性和安全性。

關(guān)鍵詞：凝汽器；過冷度；經(jīng)濟性；安全性

一、前言

凝汽器將汽輪機低壓缸內(nèi)膨脹作過功的蒸汽排至冷凝成水，乏汽凝結(jié)過程中放出汽化潛熱并被循環(huán)冷卻水帶走。最理想的運行工況是凝結(jié)水溫度等于排汽壓力下的飽和溫度。但是，由于設(shè)備本身的質(zhì)量或運行維護不當，經(jīng)常使凝結(jié)水溫度低于排汽壓力下的飽和溫度，造成凝結(jié)水過度冷卻，凝結(jié)水的過冷度越大，說明被冷卻水額外帶走的熱量越多，而這部分熱損失需要反應(yīng)堆額外提供熱量來彌補，從而凝結(jié)水過冷現(xiàn)象產(chǎn)生了不可逆損失，導致系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的降低，而且過冷度越大，凝結(jié)水中的含氧量也越多，從而加速了相關(guān)管道、設(shè)備的腐蝕速度。因此需從各個方面對凝結(jié)水過冷度加以重視并采取措施使其最小，以提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。

二、凝汽器功能及工作原理

某核電凝汽器由俄羅斯列寧格勒金屬工廠設(shè)計制造，單臺機組共4臺凝汽器，雙流冷卻水單流程，分別布置在高壓缸兩側(cè)，每組凝汽器分高壓、低壓凝汽器，每臺凝汽器由殼體、管束、水室等組成，管板為鈦復合板，用碳鋼做犧牲陽極，凝汽器冷卻管采用鈦管，脹焊在管板上，每臺凝汽器內(nèi)布置一臺內(nèi)置式低壓加熱器（1低加）。凝汽器安裝在彈簧支架上，可以吸收氣缸及設(shè)備的熱膨脹，與低壓缸為剛性連接。

（一）凝汽器功能

凝汽器是動力循環(huán)的冷源，在汽輪機低壓缸內(nèi)膨脹作過功的蒸汽排至凝汽器中冷凝成水，乏汽凝結(jié)過程中放出汽化潛熱并被循環(huán)冷卻水帶走。核電凝汽器具體功能有：

（1）與抽汽系統(tǒng)一起為汽輪機建立和維持真空：

（2）把在低壓缸內(nèi)做完功的蒸汽冷凝成水；

（3）接收各疏水箱來的疏水和不凝結(jié)氣體，回收和貯存潔凈的凝結(jié)水，對凝結(jié)水進行初步除氧，以減少對設(shè)備的氧化腐蝕，為動力循環(huán)提供給水。

（二）凝汽器工作原理

乏汽從低壓缸排入凝汽器，通過四臺海水循環(huán)泵向凝汽器蛇形管唧送的冷卻水來不斷得以冷卻。乏汽在凝汽器底部冷凝成水，由于水的比容比蒸汽的比容小許多倍，隨著蒸汽冷凝，凝汽器中形成高度真空。然而，客觀情況是，外界空氣總要漏入低于大氣壓的地方，使蒸汽中總是含有空氣和其它不凝結(jié)氣體，如果不將這些氣體不斷地從凝汽器中排除掉，盡管對應(yīng)于飽和溫度的壓力可以比大氣壓力低得多，但是由于凝汽器內(nèi)總的壓力等于混合物各個分壓力之和，隨著不凝結(jié)氣體的累，其不凝結(jié)氣體的分壓力會不斷升高，經(jīng)過一段時間之后，容器的壓力會上升到被冷凝蒸汽壓力，蒸汽將不再流動，冷凝過程就停止了。因此，因此要保持凝汽器的真空度使冷凝器正常工作，除了要不斷地冷卻進入的蒸汽，并抽出凝結(jié)的水外，還必須不斷地從冷凝器中除去不凝結(jié)氣體。

三、凝結(jié)水過冷度定義

過冷度定義：

凝結(jié)水過冷度表征了凝汽器熱井中凝結(jié)水的過度冷卻程度，可定義為在凝汽器殼體中的絕對靜壓力下，離開熱井時的凝結(jié)水溫度與凝汽器中蒸汽的飽和溫度之差。凝汽器對凝結(jié)水應(yīng)具有良好的回熱作用，以使凝結(jié)水出口溫度盡可能不低于凝汽器壓力所對應(yīng)的飽和溫度，以減小汽輪機回熱抽汽，降低熱耗。

四、凝結(jié)水過度冷卻對機組的影響

（一）設(shè)備可靠性降低

凝結(jié)水過冷度的存在會威脅機組運行的安全性和可靠性。凝結(jié)水溫度過低，即凝結(jié)水水面上的蒸汽分壓力的降低和不凝結(jié)氣體分壓力的增高，使得溶解于水中的氣體含量增加。因為溶于凝結(jié)水的氣體量和熱井水面上氣體的分壓力成正比，因此若凝結(jié)水出現(xiàn)過冷度，則其含氧量將會增加，這將導致凝汽器內(nèi)換熱管、低加及相關(guān)管道閥門腐蝕加劇，以致降低設(shè)備的使用壽命，不利于機組的安全運行，同時也加重了除氧器的工作負擔，使除氧器的除氧效果變差。

（二）機組熱經(jīng)濟性下降

凝結(jié)水過冷使凝結(jié)水溫度降低，根據(jù)傳熱學原理，必然導致循環(huán)水帶走過多的熱量，同時要在低壓高壓加熱器、除氧器加熱時吸收更多的熱量，多消耗抽汽量。

五、結(jié)論

凝汽器凝結(jié)水過冷度的大小與凝汽器設(shè)計、安裝、運行等因素均有關(guān)。對于凝汽器內(nèi)凝結(jié)水過冷度的問題，文中從不同方面分析了凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因，詳細闡述了其對機組運行經(jīng)濟性和安全性的影響，并提出了減少凝結(jié)水過冷度的對策。在凝汽設(shè)備的運行監(jiān)測過程中，凝結(jié)水過冷度是一個不容忽視的性能指標，因此應(yīng)在檢修以及運行維護等各個環(huán)節(jié)采取措施控制和消除凝結(jié)水過冷現(xiàn)象，以提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性，進一步提高機組的效率。endprint