淺析汽輪機(jī)組真空下降的原因

【摘要】：汽輪機(jī)的真空下降會(huì)使汽輪機(jī)的可用熱焓降減少，除了經(jīng)濟(jì)性降低，汽輪機(jī)出力也會(huì)降低。排汽缸及軸承座等部件受熱膨脹引起動(dòng)靜中心改變，汽輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。排汽溫度過高，可能會(huì)引起凝汽器的銅管脹口松弛，破壞凝汽器的嚴(yán)密性，同時(shí)軸向推力明顯增加。真空下降使排汽容積流量減小，產(chǎn)生渦流及漩流，同時(shí)產(chǎn)生較大的激振力，易使未級(jí)葉片損壞。凝汽器的真空水平對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有著直接影響，保持凝汽器良好的運(yùn)行工況，保證凝汽器的最有利真空；是發(fā)電廠節(jié)能的重要內(nèi)容。

【關(guān)鍵字】：汽輪機(jī)；凝汽器真空；熱經(jīng)濟(jì)性

1. 凝汽器真空形成的原理

汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器汽側(cè)，大流量的循環(huán)水送入凝結(jié)器銅管內(nèi)側(cè)，通過銅管內(nèi)循環(huán)水與排汽換熱把排汽的熱量帶走使排汽凝結(jié)成水，其比容急劇減小而形成真空。凝汽器的真空形成和維持必須具備三個(gè)條件：

（1） 凝汽器的銅管必須通過一定的冷卻水量。

（2） 凝結(jié)水泵必須不斷的把凝結(jié)水抽走，避免水位升高，影響蒸汽的凝結(jié)。

（3） 真空泵必須把漏入的空氣和排汽中的其它氣體抽走。

2. 凝汽器真空下降的危害

（1） 使排汽壓力升高，可用焓降減小，降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，降低機(jī)組出力。

（2） 排汽溫度升高，可能使凝汽器銅管松弛，破壞凝汽器嚴(yán)密性。

（3） 排汽溫度升高，使排汽缸及軸承座受熱膨脹，引起中心變化產(chǎn)生振動(dòng)。

（4） 汽輪機(jī)軸向位移增加，造成推力軸承過載而磨損。

（5） 真空下降使排汽的容積流量減小，對(duì)末級(jí)葉片的某一部位產(chǎn)生較大的激振力，損壞葉片，造成事故。

3. 凝汽器真空下降的原因

3.1循環(huán)水量中斷或不足

3.1.1 循環(huán)水中斷

循環(huán)水中斷引起真空急劇下降的主要特征是：真空表指示回零；凝汽器前循環(huán)水泵出口側(cè)壓力急劇下降；冷卻塔無水噴出。循環(huán)水中斷的原因可能是：循環(huán)水泵或其驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障；循環(huán)水吸入水位過低；循環(huán)水泵軸封或吸水管不嚴(yán)密或破裂，使空氣漏人泵內(nèi)等。循環(huán)水中斷時(shí)，應(yīng)迅速降汽輪機(jī)負(fù)荷，并注意真空降到允許低限值時(shí)進(jìn)行故障停機(jī)。

3.1.2 循環(huán)水量不足

循環(huán)水量不足的主要特征是：真空逐步下降；循環(huán)水出口和人口溫差增大。由于引起循環(huán)水量不足的原因不同，因此有其不同的特點(diǎn)，所以可根據(jù)這些特征去分析判斷故障所在，并加以解決：

（1） 若此時(shí)凝汽器中流體阻力增大，表現(xiàn)為循環(huán)水進(jìn)出口壓差增大，循環(huán)水泵出口和凝汽器進(jìn)口的循環(huán)水壓均增高，冷卻塔布水量減少，可斷定是凝汽器內(nèi)管板堵塞，此時(shí)可采用反沖洗、凝汽器半面清洗或停機(jī)清理的辦法進(jìn)行處理。

（2） 若此時(shí)凝汽器中流體阻力減小，表現(xiàn)為循環(huán)水進(jìn)出口壓差減小，循環(huán)水泵出口和凝汽器出口循環(huán)水壓均增高，冷卻塔布水量減少，可斷定是凝汽器循環(huán)水出水管部分堵塞，例如出口閘門未全開等等。

（3） 循環(huán)水泵供水量減少，一般循環(huán)水泵出力下降、閥門誤關(guān)小等原因造成，此時(shí)應(yīng)根據(jù)真空降低情況降低負(fù)荷，并迅速排除故障。

3.2循環(huán)水溫升高

我廠采用冷卻塔的閉式循環(huán)供水系統(tǒng)，水溫冷卻主要取決于冷卻水塔的工作狀況。由于飛散及蒸發(fā)損失，循環(huán)補(bǔ)充用水是較大的，及時(shí)補(bǔ)充冷水是保持冷卻水塔有效降溫的重要方面，應(yīng)定期檢查冷卻塔內(nèi)的分配管是否正常，出水是否完好，這些因素都直接影響水的分布均勻性，影響其散熱性能，通過每年清洗或更換填料，真空可恢復(fù)2%-3%，這樣降低凝汽器進(jìn)口水溫是提高真空的有效途徑，這比提高循環(huán)水量更為有效。可見，循環(huán)水溫度對(duì)真空影響是很重要的。我廠改造冷卻塔補(bǔ)水方式來降低凝汽器進(jìn)水溫度。

3.3軸封供汽不足或中斷

軸封供汽不足或中斷，將導(dǎo)致不凝結(jié)氣體從外部漏入處于真空狀態(tài)的部位，最后泄漏到凝汽器中，過多的不凝結(jié)的氣體滯留在凝汽器中影響傳熱，凝結(jié)水過冷度增大，不但會(huì)使真空迅速下降，同時(shí)還會(huì)因空氣冷卻軸頸，嚴(yán)重時(shí)使轉(zhuǎn)子收縮，脹差向負(fù)方向變動(dòng)，軸封失汽，常由軸封汽壓自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈或手動(dòng)調(diào)節(jié)不當(dāng)引起，都應(yīng)開大調(diào)門，使軸封汽壓力恢復(fù)正常，當(dāng)軸封汽量分配不均引起個(gè)別軸封漏人空氣時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)軸封汽分門，重新分配各軸封汽量，汽源本身壓力不足，應(yīng)設(shè)法恢復(fù)汽源。

3.4真空泵故障

真空泵工作不正常引起真空下降的特征有：循環(huán)水出口水溫與排汽溫度的差值增大；真空泵排氣管向外冒水或冒蒸汽；引起真空泵工作不正常的原因和處理原則如下：

（1） 真空泵轉(zhuǎn)子部分葉片斷裂，我廠發(fā)生多次該類異常情況，現(xiàn)改造為增設(shè)射汽器來降低真空泵的汽蝕情況。

（2） 冷卻器臟污，換熱效果差，應(yīng)隔絕冷卻器交檢修清洗。

（3） 汽水分離器水位低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水。

（4） 冷卻器的冷卻水量不足，使真空泵內(nèi)同時(shí)充滿沒有凝結(jié)的蒸汽；降低了真空泵的工作效率。

3.5凝汽器滿水

凝汽器汽側(cè)空間水位過高引起真空下降的原因是：

（1） 凝汽器汽側(cè)空間水位升高后，淹沒了下邊一部分銅管，減少了凝汽器的冷卻面積，使汽輪機(jī)排汽壓力升高即真空降低。

（2） 如凝汽器水位升高到抽空氣管口高度，則凝汽器真空便開始下降。根據(jù)凝結(jié)水淹沒抽氣口的程度，開始時(shí)真空降低緩慢，以后便迅速加快，這時(shí)連接在凝汽器喉部的真空表指示下降。如果不及時(shí)采取必要的措施，將有水由真空泵的排氣管中冒出。

造成凝汽器滿水的可能原因如下：

① 凝結(jié)水泵故障。

② 凝汽器銅管破裂，此時(shí)凝結(jié)水水質(zhì)惡化。

③ 備用凝結(jié)水泵的出口閥門關(guān)閉不嚴(yán)或逆止閥損壞，水從備用泵倒流回凝汽器。

④ 凝結(jié)水系統(tǒng)閥門誤操作。

3.6凝汽器冷卻面結(jié)垢或腐蝕，傳熱惡化

當(dāng)凝汽器內(nèi)銅管臟污結(jié)垢時(shí)，將影響凝汽器的熱交換，使凝汽器端差增大，排汽溫度上升，此時(shí)凝汽器內(nèi)水阻增大，冷卻水流量減小，冷卻水出入口溫差也隨之增加，造成真空下降。凝汽器冷卻面結(jié)垢的主要原因是循環(huán)水水質(zhì)不良，在銅管內(nèi)壁沉積了一層軟質(zhì)的有機(jī)垢或結(jié)成硬質(zhì)的無機(jī)垢，嚴(yán)重地降低了銅管的傳熱能力，并減少了銅管的通流面積。

3.7凝汽器水側(cè)泄漏

凝汽器銅管泄漏，將使硬度很高的冷卻水進(jìn)入凝汽器汽側(cè)，凝汽器水位升高，真空下降，一旦確認(rèn)凝汽器銅管泄漏，應(yīng)立即對(duì)銅管做堵管處理。

3.8凝汽器真空系統(tǒng)不嚴(yán)密，汽側(cè)泄漏導(dǎo)致空氣涌入

真空系統(tǒng)不嚴(yán)密，存在較小漏點(diǎn)時(shí)，不凝結(jié)的汽體從外部漏人處于真空狀態(tài)的部位，最后泄漏到凝汽器中，過多的不凝結(jié)氣體滯留在凝汽器中影響傳熱，使真空異常下降。一般容易發(fā)生漏氣的地點(diǎn)如下。

（1）軸封蒸汽未及時(shí)調(diào)整好造成軸封斷汽，使空氣從軸封處漏入。

（2）汽輪機(jī)排汽室與凝汽器的連接管段由于熱變形或腐蝕穿孔引起漏氣。

（3）給泵密封水或軸加U型水封進(jìn)空氣到凝汽器。

（4）真空破壞門水封斷水。

（5） 凝汽器水位計(jì)接頭不嚴(yán)密，或其它與真空系統(tǒng)連接的設(shè)備或管道上的計(jì)量表連接管有缺陷。

（6） 真空系統(tǒng)的管道法蘭接合面、閥門盤根等不嚴(yán)密。

4. 凝汽器真空下降的預(yù)防措施

4.1 加強(qiáng)循環(huán)水冷卻塔的運(yùn)行維護(hù)

發(fā)現(xiàn)填料和配水管損壞時(shí)處理。利用小修時(shí)及時(shí)進(jìn)行水塔損壞填料的更換和配水管斷裂處的修補(bǔ)，消除部分區(qū)域淋水密度過大造成的效率降低，從而提高冷卻塔的效率。

4.2 合理進(jìn)行循環(huán)水泵的調(diào)度

根據(jù)氣候變化適時(shí)調(diào)整循環(huán)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，保證正常循環(huán)水量。

4.3 相關(guān)系統(tǒng)自動(dòng)可靠投用

軸封供汽壓力自動(dòng)、凝汽器水位自動(dòng)要可靠投用，調(diào)整門動(dòng)作要可靠，并加強(qiáng)對(duì)凝汽器水位和軸封汽壓力的監(jiān)視。維持軸封系統(tǒng)及水封的正常工作；維持好軸封加熱器的正常水位；調(diào)整汽輪機(jī)軸端汽封間隙，減小軸端漏汽量。

4.4 定期進(jìn)行汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)

監(jiān)視真空系統(tǒng)嚴(yán)密程度，若結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)進(jìn)行查漏，堵漏。

4.5 相關(guān)保護(hù)可靠投入

保護(hù)邏輯整定值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，不得任意改變。

4.6保持凝汽器管壁和水側(cè)清潔

減輕汽器銅管結(jié)垢，定期膠球清洗。

4.7保證循環(huán)水水質(zhì)

防止凝汽器管束結(jié)垢，根據(jù)化學(xué)監(jiān)督的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行循環(huán)水濃縮倍率的調(diào)整。

4.8 加強(qiáng)運(yùn)行管理

對(duì)凝汽器真空，排汽溫度，凝結(jié)水水質(zhì)、溫度，循環(huán)水進(jìn)出口水溫、壓力，凝汽器熱井水位，循環(huán)水泵電流各參數(shù)定時(shí)記錄、分析、比較、處理。

5. 結(jié)語

汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)龐大，與真空有關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)分散復(fù)雜，真空下降事故至今仍在汽輪機(jī)事故中占相當(dāng)大比重，而凝汽器內(nèi)所形成的真空受凝汽器傳熱情況、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性狀況、冷卻水的溫度、流量、機(jī)組的排汽量及真空泵的工作狀況等因素制約。分析機(jī)組凝汽器真空度下降的原因，找出應(yīng)對(duì)措施，維持機(jī)組經(jīng)濟(jì)真空運(yùn)行，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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作者簡介：杜學(xué)畢，男，技師，學(xué)士學(xué)位，主要研究大型汽輪機(jī)運(yùn)行。