300MW汽輪機(jī)出現(xiàn)真空低現(xiàn)象的分析與對(duì)策

四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司 黃遠(yuǎn)東

我廠二期機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)為N300－16.7/537/537-8，為亞的臨界中間再熱，單軸雙缸雙排汽冷凝式機(jī)組。機(jī)組已安全運(yùn)行17年。汽輪機(jī)作為火電廠的關(guān)鍵組成部分，亦是三大主機(jī)的構(gòu)成，在火電廠運(yùn)轉(zhuǎn)中以及運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性均起到了一定作用。但汽輪機(jī)真空低現(xiàn)象已經(jīng)普遍發(fā)生的情況，對(duì)汽缸、凝結(jié)水系統(tǒng)和運(yùn)行功率均造成了一定程度的干擾，因此在實(shí)際工作中，應(yīng)當(dāng)對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行排查，制定針對(duì)性措施，保證汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行，保障火電廠的穩(wěn)定。

若要加強(qiáng)蒸汽輪機(jī)的真空度，就應(yīng)先明確建立和形成的過程。在經(jīng)過啟動(dòng)后設(shè)備可以順利運(yùn)轉(zhuǎn)，從而創(chuàng)建凝汽器真空，在該階段中真空泵將會(huì)攝取凝汽器內(nèi)的空氣。需明確的是，真空的啟動(dòng)速度是由真空泵的性能、容積或密封性決定的。當(dāng)汽輪機(jī)啟動(dòng)后，因冷卻介質(zhì)的熱交換，通過排汽冷卻形成水，體積大幅縮小，在蒸汽的位置將會(huì)形成過真空。在正常運(yùn)行情況下，凝汽器排汽壓力和排汽溫度間具有密切聯(lián)系。飽和壓力由泄露到凝汽器中的空氣分壓和蒸汽排除的分壓組成。蒸汽排出蒸汽的分壓是由飽和蒸汽溫度決定的，凝汽器排汽溫度則是經(jīng)過溫度的變化、終點(diǎn)差以及冷卻水的溫度來決定的。由此可知，冷凝蒸汽輪機(jī)真空度的影響原因包括了凝汽器循環(huán)水的入口溫度、凝汽器的密封是否良好、凝汽器熱交換的區(qū)別和凝汽器的工作效能。

1 汽輪機(jī)真空低情況的因素

凝汽器真空密封性較差。正常情況下真空系統(tǒng)多數(shù)存在密封性較差的情況，主要是由于真空系統(tǒng)的內(nèi)壓力較之外壓明顯較低，若蒸汽輪機(jī)的封閉度無法保證其平衡時(shí)，將會(huì)存在空氣傳遞至冷凝式蒸汽輪機(jī)當(dāng)中。如空氣經(jīng)過凝汽器壁，與凝汽器的排汽管進(jìn)行連接低壓缸和軸外殼的結(jié)合面，高壓與中壓蒸汽加熱系統(tǒng)等進(jìn)入凝汽器。因空氣難以冷凝，當(dāng)大量空氣滲透至凝汽器中時(shí)會(huì)影響真空度，促使其逐漸降低，空氣混合蒸汽一同傳遞至凝汽器，真空泵不能及時(shí)抽出時(shí)真空下降。

凝汽器端差過大。在水中的微生物與污泥及碳酸鹽共同發(fā)生沉淀時(shí)，其將附著于凝汽器銅管的側(cè)端，長(zhǎng)此以往逐漸形成水垢。又因?yàn)樗傅臒嶙铇O高，當(dāng)同量的熱量傳遞過程中熱量傳遞終點(diǎn)差更為明顯，提升了凝汽器排汽溫度，最終引發(fā)真空度降低的情況。

循環(huán)冷卻水入口溫度過高。在操作過程中，若冷卻塔的異常操作使水塔溫度變化時(shí)，真空度也會(huì)隨之變化。且因空氣濕度上升或環(huán)境溫度增加時(shí)，冷卻塔內(nèi)循環(huán)水溫度開始下降，從而導(dǎo)致凝汽器循環(huán)水的入口溫度顯著上升，最終引發(fā)真空情況。同時(shí)循環(huán)冷卻水的缺乏也會(huì)對(duì)真空度造成影響。循環(huán)冷卻水量小于設(shè)置極限時(shí)排汽壓力將會(huì)上升，隨之變化的還有凝汽器排汽溫度，大大影響了汽輪機(jī)的真空度。若凝汽器雙側(cè)的水流分布失衡時(shí)也會(huì)影響真空度的變化[1]。總體來說，影響凝汽器真空度變化的因素繁多，需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估，需深入明確導(dǎo)致真空度降低的原因方可針對(duì)性制定對(duì)策。

2 火電廠汽輪機(jī)低真空運(yùn)行的危害及因素

對(duì)汽缸膨脹的影響。汽輪機(jī)組在低真空狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)將會(huì)提升排汽溫度，從而提高了汽缸膨脹量，該情況的發(fā)生將會(huì)對(duì)動(dòng)靜間隙的通流位置造成影響。多數(shù)體現(xiàn)在若是靜子膨脹與轉(zhuǎn)子的拉伸，溫度變化不明顯時(shí)，間隙改變所引起的摩擦或震動(dòng)是可以控制的，若排汽溫度繼續(xù)變化，動(dòng)靜間隙發(fā)生變形促使結(jié)合面螺栓發(fā)生松動(dòng)，會(huì)進(jìn)一步加重機(jī)組的振動(dòng)，嚴(yán)重者將會(huì)損害結(jié)合面的壓密性。凝汽器發(fā)生膨脹時(shí)將會(huì)促使軸承升高，影響機(jī)組的軸向中心，軸承方面會(huì)承受更大的壓力。

對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)的影響。在低真空下運(yùn)行會(huì)增加排汽溫度與凝汽器的膨脹量，同時(shí)結(jié)合管束和管板接口膨脹量，將會(huì)對(duì)密封性造成嚴(yán)重程度不一的影響，大大限制了凝汽器的工作效率，增加了汽輪機(jī)后軸承及提高振動(dòng)頻率，大大降低機(jī)組的整體穩(wěn)定性。

對(duì)功率的影響。低真空狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)將會(huì)提升背壓，是因?yàn)閷?duì)中間各級(jí)的級(jí)前壓力及復(fù)速級(jí)級(jí)后壓力提升，此級(jí)的焓降受到影響從而降低功率。也會(huì)降低機(jī)組末級(jí)和次末級(jí)的焓降，從而發(fā)生負(fù)值，加快蒸汽流速的降低頻率，會(huì)出現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的阻力，限制了發(fā)電機(jī)的功率。并且低真空狀態(tài)下運(yùn)行蒸汽難以膨脹，降低了內(nèi)效率的同時(shí)降低運(yùn)行功率。

凝汽器真空壓密性缺乏。因?yàn)槠啓C(jī)運(yùn)行環(huán)境不理想，一般情況下凝汽器的真空系統(tǒng)多數(shù)存在壓密性缺乏的情況，主要因素是因真空系統(tǒng)內(nèi)壓力和大氣壓存在明顯差異，將會(huì)發(fā)生外部空氣進(jìn)入內(nèi)部時(shí)發(fā)生液化等情況，該現(xiàn)象發(fā)生會(huì)進(jìn)一步對(duì)真空狀態(tài)進(jìn)行影響，在凝汽器的運(yùn)動(dòng)過程中少量空氣滲透至蒸汽內(nèi)的凝汽器，從而引發(fā)真空降低的情況。

凝汽器的端差較大。因循環(huán)水中具有多樣微生物、碳酸鹽及其他雜質(zhì)，附著于單側(cè)管壁從而凝成水垢，提高了管道的熱阻力，在熱量傳遞的過程中發(fā)生傳熱端差明顯的情況，提高了凝汽器的排汽溫度，從而大大降低了真空度。

循環(huán)冷卻水進(jìn)水溫度過高。汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，冷卻塔發(fā)生障礙時(shí)存在排放水溫過高的情況，對(duì)真空狀態(tài)造成不利影響。并會(huì)改變空氣中的濕度和溫度，在進(jìn)入凝汽器中對(duì)真空狀態(tài)進(jìn)行影響。若循環(huán)冷卻水的水量降低依舊會(huì)影響真空度。通水量失衡也會(huì)影響真空度，因此需根據(jù)實(shí)際要求把控循環(huán)水的水量。

收球網(wǎng)收球率較低。在收球區(qū)域中，需保證網(wǎng)的上沿和循環(huán)水管壁進(jìn)行貼合，且上沿和下方箱的間隙應(yīng)當(dāng)把控好，避免跑球或卡球的情況。同時(shí)，水垢發(fā)生與否和收球網(wǎng)的工作效率具有密切聯(lián)系。這就需要利用大收球網(wǎng)和小圓鋼焊合并的工作模式來改善工作效率，及時(shí)清理小收球網(wǎng)上的異物，保證工作的正常運(yùn)行[2]。我廠原來的膠球清洗裝置收球效率低，每投入1000個(gè)膠球，循環(huán)幾次后只能回收一半回來。于是2018年投入巨資更換為全新的國(guó)外進(jìn)口全自動(dòng)膠球回收裝置，3年多來運(yùn)行良好。

3 提高真空性的方法以及對(duì)策

3.1 提高真空泵的抽吸能力

我廠凝汽器的抽汽系統(tǒng)使用的是兩套水環(huán)式真空泵。水環(huán)式真空泵是帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)把水拋向泵殼并形成與泵殼同心的水環(huán)，水環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡谩Ｆ湫纬傻恼婵帐芄ぷ魉疁氐南拗疲ㄕ婵詹粫?huì)高于工作水溫對(duì)應(yīng)的凝汽器真空）。故廠里前幾年通過技改增加真空提升裝置，其原理是利用除氧器余熱制冷冷卻真空泵的工作水，使其溫度下降10℃以上，真空泵的極限真空上升約1kPa，在夏季運(yùn)行時(shí)取得較好經(jīng)濟(jì)效益。冬天因環(huán)境溫度低該裝置一般不投。

3.2 降低冷卻水水溫

冷卻水的溫度越低冷卻水量從凝汽器中帶走的熱量越多，可顯著加強(qiáng)凝汽器的真空。冷卻塔的工作情況決定了冷卻水的溫度。正常情況下冬天的冷卻水溫度低于夏天，凝汽器的真空越高。且冷卻塔的工作情況大大影響了冷卻水的溫度變化，因此在對(duì)冷卻塔設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)滿足凝汽器對(duì)冷卻水量的要求，若冷卻水量高于冷卻塔的處理水量，其淋水密度將會(huì)上升，降低了風(fēng)量，經(jīng)過冷卻處理的水溫降低高于冷卻塔的設(shè)計(jì)參數(shù)，最終降低真空。

同時(shí)冷卻塔的日常維護(hù)十分關(guān)鍵，在運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)明確塔中的布水管是否存在雜物或水垢、噴水頭噴水是否正常、填料層中是否有污垢等。因水和空氣的換熱均在填料中進(jìn)行，故填料的工作直接影響了冷卻的冷卻質(zhì)量，所以重點(diǎn)應(yīng)檢查填料是否存在阻塞情況，避免因阻塞導(dǎo)致的風(fēng)阻上升，降低了冷卻風(fēng)量，影響冷卻質(zhì)量。單機(jī)運(yùn)行時(shí)我廠一般要求開啟兩臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水回水門和涼水塔水池聯(lián)絡(luò)門，投入停運(yùn)機(jī)組的涼水塔，讓其與運(yùn)行機(jī)組并列運(yùn)行，冷卻效果大幅提高，可顯著降低冷卻水溫度。

3.3 增加冷卻水量

更改冷卻水量能改變吸熱量，隨著水量的變化真空隨之提升，同時(shí)也提高了水泵的耗電量，凝汽器真空的提升增加了汽輪機(jī)的功率，因此在保證經(jīng)濟(jì)的前提下保證真空是重點(diǎn)，所以應(yīng)先確定經(jīng)濟(jì)水量。需注意的是，機(jī)組在運(yùn)行過程中，調(diào)大或調(diào)小冷卻水閥門來調(diào)節(jié)水量并不是最佳選擇，在調(diào)低閥門后供水量降低，但循環(huán)水泵的功率變化較小?？傮w來說，提升冷卻水量增加凝汽器的真空，需結(jié)合冷卻塔的處理能力及循環(huán)水泵的耗電量。據(jù)測(cè)算，我廠規(guī)定若兩臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)，循環(huán)水進(jìn)出口溫升大于11℃，必須運(yùn)行3臺(tái)循環(huán)水泵。

3.4 加強(qiáng)真空系統(tǒng)的密封性

加強(qiáng)真空系統(tǒng)的密封性可從多角度入手，其中選擇機(jī)組停運(yùn)的情況下對(duì)喉部以下位置的凝汽器和真空系統(tǒng)實(shí)施灌水檢查，消除管道接口、水位計(jì)聯(lián)通接頭等位置的漏氣點(diǎn)；在運(yùn)行過程中，結(jié)合負(fù)荷的變化情況對(duì)汽輪機(jī)軸封供汽壓力進(jìn)行調(diào)整，確保低壓缸軸封的密封性；綜合調(diào)整軸封加熱器的水位，防止無水運(yùn)行。查機(jī)組真空嚴(yán)密性時(shí)對(duì)軸封加熱器后的U型水封應(yīng)重視，防止其積滯空氣造成密封失效。可通過注入除鹽水來檢驗(yàn)，若注水后真空上升說明U型水封密封不良，需采取措施處理。

有一次，機(jī)組除鹽水箱水位異常降低，空氣沿除鹽水箱到凝汽器的補(bǔ)水管進(jìn)入凝汽器，造成真空較快下降，幸好發(fā)現(xiàn)及時(shí)迅速關(guān)閉補(bǔ)水門阻斷空氣漏入，沒有造成真空低跳機(jī)事故。

3.5 確保換熱面的整潔

整潔的換熱面對(duì)凝汽器的真空十分關(guān)鍵，若換熱管出現(xiàn)污垢將會(huì)影響熱能傳遞，因此需足夠重視。在運(yùn)行過程中按時(shí)對(duì)凝汽器換熱管實(shí)施清洗，保證換熱管的整潔。因水中雜物過多，可在凝汽器冷卻水進(jìn)口管上應(yīng)用濾網(wǎng)預(yù)防阻塞。循環(huán)冷卻水的使用應(yīng)當(dāng)是選擇經(jīng)過綜合處理過的水，確保冷卻水的水質(zhì)過關(guān)[3]。并設(shè)置清洗周期，前期的水垢清潔難度不高，可若凝汽器銅管上的水垢難以清理，真空已經(jīng)顯著下降且無法正常運(yùn)行時(shí)需實(shí)施酸洗。最近我廠對(duì)一臺(tái)機(jī)組凝汽器進(jìn)行了酸洗，對(duì)比洗前凝汽器端差減小，真空變化明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

真空低運(yùn)行會(huì)影響汽缸膨脹、凝結(jié)水系統(tǒng)以及機(jī)組運(yùn)行功率等問題，從而造成安全隱患。因此在實(shí)際工作當(dāng)中應(yīng)著重分析原因所在，積極更換零部件，處理淤泥及各種雜質(zhì)。機(jī)組運(yùn)行中，針對(duì)真空低的不同原因采取相應(yīng)措施。