電廠汽輪機(jī)真空降低的原因分析及處理

李 洋

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古托克托 010206）

0 引言

真空泵主要用于蒸汽輪機(jī)中的真空系統(tǒng)，在設(shè)備運(yùn)行期間建立一定的真空度，并在設(shè)備運(yùn)行期間維持真空狀態(tài)。如果真空泵的性能低下，將直接影響凝汽器真空。因此，真空泵工作的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。

1 水環(huán)真空泵工作原理

水環(huán)式真空泵葉輪安裝在泵筒內(nèi)。向恒定高度的水泵內(nèi)注入水作為工作液，隨著葉輪旋轉(zhuǎn)，水會(huì)受到離心力的作用，當(dāng)水進(jìn)入泵壁時(shí)形成一個(gè)閉合的偏心環(huán)。水環(huán)上內(nèi)表面與葉輪接觸，下內(nèi)表面與葉片的尖端接觸。此時(shí)，在葉輪與水環(huán)之間形成了一個(gè)空間，該空間被驅(qū)動(dòng)器分成了幾個(gè)對(duì)應(yīng)于葉片數(shù)量的小孔。以葉輪的頂部0°為起點(diǎn)，則當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，小孔的體積逐漸縮小，最后與端蓋上吸氣口連通，空間中的氣壓降低，氣體被吸入，小孔與吸氣口分離。當(dāng)葉輪從180°旋轉(zhuǎn)到360°時(shí)，水環(huán)的內(nèi)表面與葉輪分離，空間中的氣壓也隨之變化。如果其壓力超過(guò)吸入壓力，則當(dāng)小孔與出口連通時(shí)，氣體被釋放。每次葉輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，空間（小孔）都會(huì)吸氣排氣一次，各小孔連續(xù)工作。以這種方式，泵連續(xù)地吸收或迫使氣體離開(kāi)渦輪真空系統(tǒng)。這樣，真空系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)建立真空或在運(yùn)行中維持真空。

2 真空泵系統(tǒng)工作流程

圖1 真空泵系統(tǒng)工作流程

真空泵系統(tǒng)的正常運(yùn)行如圖1 所示。將冷凝器的空氣和非冷凝氣體抽出后，由閥門(mén)抽出進(jìn)入真空泵，然后氣流和工作液體（水）蒸汽通過(guò)導(dǎo)管流入水箱中，空氣和非冷凝氣體通過(guò)汽水分離器中的排氣管，使汽水分離器保持在水中并在冷卻器中排空冷卻，以完成循環(huán)。為了將汽水分離器中的水位保持在恒定高度，水箱配備了溢流管冷凝水。如果水箱中的水位高于要求的水位，則會(huì)從溢流管中排出水；如果水箱中的水位低于所需水位，則液位控制閥自動(dòng)打開(kāi)，冷凝水與工作液一起流入水箱中，使水位上升，達(dá)到要求水位時(shí)，液位控制閥自動(dòng)關(guān)閉。冷卻器冷卻水進(jìn)出口管線連接到反沖洗水出入口閥，該反沖洗水出入口閥用于在相應(yīng)的工作位置進(jìn)行反沖洗工作。

3 水環(huán)式真空泵真空度降低的因素及采取措施

3.1 工作循環(huán)水水面高度

需要在工作循環(huán)液面設(shè)置一定液面高度，如果液位太高，汽水分離會(huì)變得困難，排氣會(huì)變得不暢通。當(dāng)真空泵的真空度降低且真空泵電機(jī)負(fù)荷過(guò)高，甚至?xí)l(fā)生自燃。為了避免液位過(guò)高，在真空泵到泵出口處設(shè)置有溢流管。汽輪機(jī)系統(tǒng)中使用的真空泵在正常運(yùn)行期間吸入氣體和蒸汽的混合物，水蒸汽被泵中的冷凝液吸收，當(dāng)循環(huán)工作泵的流量增加時(shí)，水蒸汽超過(guò)溢流并從溢流管排出。在正常工作期間監(jiān)視真空環(huán)的流量，通過(guò)溢流管檢查排水情況，確認(rèn)多余的水已從排水管中排出。此時(shí)，真空泵的流量增加，表明工作期間真空泵的液位很高。通過(guò)操作蒸汽分離點(diǎn)入口管的出水管或通過(guò)電磁閥的控制，可以適當(dāng)?shù)嘏懦鏊?。需要調(diào)節(jié)汽水分離的程度時(shí)，可以打開(kāi)和關(guān)閉液位控制閥前面的手動(dòng)門(mén)。汽輪機(jī)的真空系統(tǒng)真空泵運(yùn)行時(shí)，工作液是在排水運(yùn)行方式。尤其在冬季，真空泵會(huì)吸引混合物中不包含的許多氣體，排氣中會(huì)攜帶更多的水，并且使排氣管變干，從而使真空泵處于真空狀態(tài)。此時(shí)，通過(guò)放水來(lái)調(diào)節(jié)工作液的液位。

3.2 工作循環(huán)水溫度

真空泵工作時(shí)，吸入?yún)^(qū)處于真空狀態(tài)。如果水循環(huán)溫度超過(guò)與抽水泵的抽水區(qū)相對(duì)應(yīng)的溫度，抽水區(qū)中的水將蒸發(fā)，抽水機(jī)的真空度將下降并造成損壞。因此，循環(huán)水溫度越低、泵容量越大，真空度越高。循環(huán)水的溫度是監(jiān)測(cè)真空環(huán)水泵正常運(yùn)行的重要參數(shù)，影響工作水溫的因素有以下6 項(xiàng)。

（1）運(yùn)行中的冷卻水的溫度。在夏季，環(huán)境溫度的長(zhǎng)期升高會(huì)降低冷卻液的冷卻能力，進(jìn)而增加水溫度。

（2）工作循環(huán)冷卻液中包含的冷水量。如果真空泵運(yùn)行中的冷水量減少，則冷卻水的冷卻效率降低，循環(huán)水溫度升高。真空泵的冷卻器通常由汽輪發(fā)電機(jī)中的開(kāi)式循環(huán)水驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行中監(jiān)視由冷卻液引起的冷卻水壓力變化，并確認(rèn)冷卻液量減少。

（3）清潔冷卻系統(tǒng)。電廠中的冷卻泵是冷板式冷卻泵，冷卻水由開(kāi)式水供應(yīng)。由于開(kāi)式水質(zhì)的影響，冷卻器容易臟污，冷卻效率降低，工作溫度升高。通常，冷卻器每年在電廠中清洗2 次，清洗后的水溫可降低至5～15 ℃，從而提高了真空泵的效率。在運(yùn)行期間監(jiān)視循環(huán)水的溫度，并將其與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，以確定冷卻器是否需要清潔。

（4）水環(huán)真空泵的補(bǔ)水溫度。電廠的真空泵的補(bǔ)水來(lái)自汽輪機(jī)凝結(jié)水。在夏季，凝結(jié)水的溫度達(dá)到50 ℃，補(bǔ)充水后，真空泵中循環(huán)水的溫度會(huì)升高。在夏季，真空泵工作狀態(tài)下循環(huán)水溫度升高。

（5）汽輪機(jī)排汽溫度過(guò)高。在夏季，由于環(huán)境溫度高，汽輪機(jī)的背壓約為40 kPa 時(shí)，汽輪機(jī)的排汽溫度為75 ℃，造成水環(huán)真空泵吸入的混合物溫度升高。當(dāng)工作液的溫度升高時(shí)，汽輪機(jī)的排汽溫度越高，水環(huán)真空泵的循環(huán)水溫度越高；環(huán)境水溫越高，泵的真空度越低，汽輪機(jī)壓力越高，汽輪機(jī)排汽溫度更高，形成周期性循環(huán)。真空泵的工作溫度甚至可以達(dá)到55 ℃，這是安全的工作溫度。此時(shí)，操作員將汽輪機(jī)降低壓力以降低排汽溫度，或降低汽輪機(jī)的負(fù)荷以降低汽輪機(jī)的排汽溫度，或暫時(shí)啟用備用真空泵、停止正在運(yùn)行的泵，然后等到水溫下降。

（6）循環(huán)水位低。循環(huán)水的液位低，真空泵的真空質(zhì)量下降，水循環(huán)溫度高。

3.3 水環(huán)真空泵組機(jī)械故障

（1）軸端密封效果。在真空泵內(nèi)部通過(guò)軸端盤(pán)根達(dá)到密封效果，以確保真空泵的抽吸效率，從而實(shí)現(xiàn)密封效果。如果軸端的墊片數(shù)量少或填料壓力不足，則會(huì)在軸端發(fā)生漏氣，從而影響真空泵的吸力并降低功率。從盤(pán)根壓蘭外露余量可以看出盤(pán)根數(shù)量是否足夠。檢查真空泵兩側(cè)的壓力螺栓，強(qiáng)度是否足夠且相同，可以確定是否因軸端密封效果的影響導(dǎo)致功率下降。

（2）閥門(mén)的密封效果。真空泵的兩側(cè)各有1 個(gè)柔性排氣孔的閥盤(pán)，其作用是消除真空泵運(yùn)行期間可能發(fā)生的過(guò)度壓縮或壓縮不足，從而避免泵的消耗增加和效率下降。閥盤(pán)以“S”形扭曲，與真空泵端面緊貼，如果扭曲時(shí)間較長(zhǎng)，由于中間應(yīng)力集中，閥中央的閥片會(huì)損壞。如果1 個(gè)閥盤(pán)損壞，該進(jìn)氣管的溫度將低于另一根進(jìn)氣管的溫度，泵體的振動(dòng)將增加，軸強(qiáng)度也將增加。如果閥片的兩側(cè)都損壞，則真空系統(tǒng)真空度將迅速減小，增加振動(dòng)和噪音，增加功耗。因此，閥片斷裂后必須及時(shí)更換閥盤(pán)。如果沒(méi)有檢測(cè)到真空泵的振動(dòng)和異常聲音，且對(duì)真空泵的兩側(cè)進(jìn)行了檢查未發(fā)現(xiàn)損壞，維修后的真空度卻未得到改善，可以確定不是由于閥片的損壞而使真空泵的出力降低。

3.4 循環(huán)水系統(tǒng)處理

由于開(kāi)式循環(huán)水所取的循環(huán)水系統(tǒng)中含有很多漂浮物，需要將過(guò)濾器安裝在循環(huán)泵的入口處、集水槽和循環(huán)泵池的入口處以及各循環(huán)泵的入口位置。通過(guò)對(duì)水生植物、小型水生動(dòng)物如魚(yú)蝦、沉積物、蠕蟲(chóng)等進(jìn)行攔截，能夠有效消除由于水質(zhì)導(dǎo)致的銅管堵塞，并在處理后獲得預(yù)期的結(jié)果。除此之外，為了解決夏季水溫過(guò)高的問(wèn)題，主要是采用強(qiáng)流量換熱處理方法，并將循環(huán)水流量從1500 m3/h 增加到3000 m3/h。

3.5 主機(jī)與小汽機(jī)軸封系統(tǒng)異常

如果主軸密封系統(tǒng)工作不正常，就會(huì)導(dǎo)致供給汽輪機(jī)的軸封蒸汽壓力不夠，或者在真空狀態(tài)下從外部逸出不可冷凝氣體。而冷凝的氣體保留在冷凝器中會(huì)影響熱傳遞，從而導(dǎo)致真空度下降。與此同時(shí)，由于真空迅速下降，導(dǎo)致運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子嚴(yán)重收縮，且脹差向負(fù)方向變動(dòng)，這類問(wèn)題通常都是由軸封蒸汽壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)設(shè)置不當(dāng)造成的。此時(shí)，要對(duì)所有的調(diào)門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便軸封的蒸汽壓力恢復(fù)正常。如果軸密封是隨機(jī)分布的，則單獨(dú)的軸密封允許空氣穿透。應(yīng)調(diào)整軸封蒸汽疏水閥門(mén)，使蒸汽平均分配到每個(gè)軸的墊圈上。這樣就能有效避免軸封漏氣和系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

分析水環(huán)真空泵工作原理和真空泵系統(tǒng)工作流程，從工作循環(huán)水水面高度、工作循環(huán)水溫度、水環(huán)真空泵組機(jī)械故障、循環(huán)水系統(tǒng)處理以及主機(jī)軸封系統(tǒng)工作不正常、小汽機(jī)軸封系統(tǒng)異常等方面，提出了水環(huán)式真空泵真空度降低的因素及應(yīng)對(duì)措施。