凝汽器真空度降低原因分析及處理

陳鳳生

國(guó)家電投江西電力有限公司分宜發(fā)電廠

1 引言

凝汽器真空在對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)安全性等指標(biāo)發(fā)揮著重要的作用，通常情況下，取得了設(shè)備規(guī)劃人員、施工單位、使用單位的重點(diǎn)關(guān)注。要是凝汽器的真空度太低不但會(huì)使得汽耗增加，降低汽輪機(jī)的工作效率和整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)由于其排汽溫度太高造成汽輪機(jī)的軸承溫度提高，軸心處出現(xiàn)位置移動(dòng)，使得機(jī)組的震動(dòng)幅度特別大，降低了汽輪機(jī)組工作平穩(wěn)性。并且，在對(duì)凝汽器進(jìn)行真空檢測(cè)，如果真空沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，要想保證汽輪機(jī)組出力恒定，就需要加大蒸汽流量，會(huì)引起軸向推力增大，使推力軸承長(zhǎng)期處于過(guò)載狀態(tài)就會(huì)非常容易出現(xiàn)設(shè)備故障。所以，對(duì)造成凝汽器真空度低的原因進(jìn)行分析并進(jìn)行優(yōu)化能夠給機(jī)組的安全工作和增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性提供保障。

2 凝汽器真空度下降的危害

（1）降低了凝汽器中的真空度，其蒸汽做功能力也會(huì)隨之降低，在確保機(jī)組負(fù)荷情況穩(wěn)定的前提下，加大了蒸汽的流量，而葉片由于蒸汽流量太大會(huì)造成過(guò)負(fù)荷。

（2）真空度下降增加了機(jī)組的軸向推力和軸向位置的移動(dòng)，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致推力瓦負(fù)荷過(guò)大而損壞。

（3）真空度降低增大了低壓缸的排汽溫度，而低壓缸的溫度過(guò)大會(huì)造成低壓轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱膨脹、熱變形的情況，還可能會(huì)導(dǎo)致低壓缸中心線產(chǎn)生改變，從而造成機(jī)組振動(dòng)幅度和低壓脹差加大，也會(huì)縮短低壓缸動(dòng)靜的間距以至于消失，產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦故障。

（4）真空度降低增加了循環(huán)水出入口和凝汽器銅管的溫度，因?yàn)殂~、鋼金屬的傳熱與膨脹系數(shù)有差別，會(huì)造成凝汽器銅管脹口松動(dòng)，從而使得凝汽器泄露。還有概率發(fā)生在溫度升高時(shí)不發(fā)生泄漏，卻在溫度回落時(shí)發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。要是凝汽器的泄漏狀況不太嚴(yán)重，還可維持機(jī)組連續(xù)運(yùn)行，而一旦凝汽器的大部分管道都出現(xiàn)泄漏或者幾個(gè)凝汽器都泄漏嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致停機(jī)。

（5）在真空度下降過(guò)程中，將極大地降低低壓缸末級(jí)葉片的容積流量，還會(huì)造成末級(jí)葉片與設(shè)計(jì)工況嚴(yán)重不符，導(dǎo)致末級(jí)葉片出現(xiàn)脫流與漩渦狀況，并且還將在葉片的某個(gè)位置形成很大的激振力，這種力度即使不會(huì)在葉片或葉片組中出現(xiàn)共振，卻會(huì)造成葉片出現(xiàn)顫振，因?yàn)轭l率低導(dǎo)致振幅大而破壞葉片。

3 凝汽器真空緩慢下降原因

3.1 循環(huán)水量中斷或不足

3.1.1 循環(huán)水中斷

由于循環(huán)水中斷造成的真空度迅速降低的表現(xiàn)為：凝汽器的前循環(huán)水泵出口側(cè)壓力極速降低；冷卻塔未噴水；真空表指示回零等現(xiàn)象。而造成這些現(xiàn)象的原因包括：在循環(huán)水泵或者水泵中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題；在循環(huán)水吸水處的過(guò)濾裝置被堵住，使得吸入水量較少；在循環(huán)水泵當(dāng)中，軸封、吸水管的密閉性不夠或是出現(xiàn)破損裂開(kāi)，空氣乘機(jī)進(jìn)入等。而一旦循環(huán)水中斷，就需要立馬將汽輪機(jī)的負(fù)荷去除，在真空度下降到最低限值時(shí)（600mmHg）就停止運(yùn)行。

3.1.2 循環(huán)水量不夠

循環(huán)水量不夠的顯著特點(diǎn)為：真空度漸漸降低；在循環(huán)水的出入處具有較大的溫差。因?yàn)樵斐裳h(huán)水量不夠具有非常多的因素，所以也形成了各種各樣的特征，大致涵蓋了這些方面：

（1）要是在循環(huán)水量不夠時(shí)增加凝汽器中流體的阻力，使得循環(huán)水出入口的壓差變大，并提高了循環(huán)水泵與凝汽器的循環(huán)水壓，降低冷卻塔的布水量，就能判斷出故障為凝汽器中管板受阻，可以通過(guò)停止運(yùn)行機(jī)組的方式實(shí)施處理。

（2）假設(shè)循環(huán)水量不夠，減弱了凝汽器內(nèi)流體阻力，就會(huì)出現(xiàn)冷卻塔布水量變少；循環(huán)水出入口壓力差距縮??；循環(huán)水泵與凝汽器出口處的循環(huán)水壓增加等現(xiàn)象，大致能判斷為是由于循環(huán)水的出水管處被堵住所導(dǎo)致。

（3）要想確定供水量在循環(huán)水泵中的合理程度，通常能夠通過(guò)對(duì)水泵入口處的真空表指示吸入量、指針擺動(dòng)情況、泵中異常音量、出口處壓力平穩(wěn)性等因素來(lái)做出判斷，最好通過(guò)真空度降低程度來(lái)減少負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)故障處理。

3.2 凝汽器熱負(fù)荷過(guò)高

因?yàn)闄C(jī)組的抽汽逆止閥、主蒸汽管、主汽門前、高低壓加熱器、調(diào)節(jié)汽門前等多個(gè)部位疏水都接入了凝汽器，加大了凝汽器的換熱強(qiáng)度，在循環(huán)冷卻水容量被限制或出現(xiàn)不足的情況時(shí)，就會(huì)降低凝汽器的真空度。優(yōu)化的方式就是把上述幾部分的疏水系統(tǒng)增加分流管道和閥門，或者把它們接到電廠的疏水?dāng)U容裝置或疏水箱當(dāng)中，來(lái)減少凝汽器的熱負(fù)荷。

3.3 凝汽器冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)垢或腐蝕，傳熱惡化

在凝汽器當(dāng)中的銅管出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象時(shí)，就會(huì)減少凝汽器的熱交換，加大凝汽器的端差，提高排汽溫度，這時(shí)就加大了凝汽器中的水阻力，減少冷卻水通流量，加大其溫差，出現(xiàn)真空度降低的現(xiàn)象。循環(huán)水水質(zhì)不夠好是導(dǎo)致凝汽器冷卻面出現(xiàn)結(jié)垢的關(guān)鍵因素，在銅管當(dāng)中的表層形成一層軟質(zhì)有機(jī)垢或硬質(zhì)無(wú)機(jī)垢，極大的損壞了銅管的傳熱性能，并縮小了銅管的流通面。一旦結(jié)垢太多造成真空度太低，務(wù)必停止運(yùn)行后將污垢去除。

3.4 凝汽器真空系統(tǒng)不嚴(yán)密產(chǎn)生泄漏

在凝汽器當(dāng)中的真空系統(tǒng)密閉性不夠好，而其中漏點(diǎn)較小時(shí)，無(wú)法凝結(jié)的氣體就會(huì)進(jìn)入到真空區(qū)域中，最終流入凝汽器里，大量無(wú)法凝結(jié)的氣體停留在凝汽器里會(huì)減弱傳熱功能，使得真空降低，這種真空下降的特點(diǎn)是具有非常緩慢的速度，并且在降低到一定值后，就會(huì)維持狀態(tài)穩(wěn)定不會(huì)繼續(xù)下降，這意味著泄露的量與抽出的量維持平衡狀態(tài)。在真空系統(tǒng)密閉性不夠加大漏氣量時(shí)，通常表現(xiàn)為：增大了汽輪機(jī)的排汽溫度和凝汽器出口循環(huán)水溫差值和凝結(jié)水過(guò)冷卻度。這時(shí)就需要馬上檢測(cè)漏氣原因以及對(duì)漏氣部位進(jìn)行消除。

3.5 循環(huán)水溫升高

在電廠的循環(huán)冷卻水作為開(kāi)式水的情況下，被季節(jié)所影響，尤其在夏季當(dāng)中，增加了循環(huán)水的溫度，妨礙凝汽器的換熱功能的實(shí)現(xiàn)。在循環(huán)水流入溫度上升時(shí)，就會(huì)降低吸收熱量，而排汽壓力會(huì)隨著蒸汽冷凝溫度的增加而增加，減少蒸汽在汽機(jī)當(dāng)中的焓降，按照計(jì)算可知，凝汽器真空度會(huì)隨著循環(huán)水溫增加5℃而減少1%左右。而在冷卻塔中運(yùn)用的閉式循環(huán)供水系統(tǒng)，冷卻水塔的運(yùn)行狀況能夠決定水溫的冷卻，因?yàn)轱w散和蒸發(fā)導(dǎo)致的損失，就需要及時(shí)大量的循環(huán)補(bǔ)充用水，能夠確保冷卻水塔合理降溫。利用每年對(duì)墊料進(jìn)行清洗的方式，能夠把真空復(fù)原到2%～3%，像這種在凝汽器進(jìn)口降低水溫的方式比增加循環(huán)水量更加有效。

3.6 軸封供汽不夠或出現(xiàn)中斷情況

軸封供汽不足或出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象也會(huì)造成大量未凝結(jié)的氣體從外部流入到真空區(qū)域當(dāng)中，最終再進(jìn)入凝汽裝置里面，這部分未凝結(jié)氣體處于凝汽器中會(huì)妨礙介質(zhì)相互換熱功能的實(shí)現(xiàn)，極大地降低了凝結(jié)水的溫度，使得內(nèi)部的真空度飛快下降。

4 凝汽器真空度低的改善措施

4.1 改造循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

發(fā)電廠循環(huán)水泵的重點(diǎn)功能是為了確保機(jī)組的冷卻性，因此在夏季時(shí)應(yīng)該按照運(yùn)行的工況，合適的添加循環(huán)水泵，確保循環(huán)水量可以達(dá)到機(jī)組運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。然而安裝循環(huán)水泵又會(huì)造成能耗加大，因此可以在循環(huán)水泵中采用全新的葉輪，這種葉輪不但有著流量大，準(zhǔn)確度高、外表光滑等特征，并且還可以合理的提高水泵的運(yùn)行效率，增加其循環(huán)水量，以至于就算在天氣炎熱的夏天，就算不添加循環(huán)水泵的數(shù)量也可以確保滿足冷卻水量的需求。

4.2 定期對(duì)冷卻面進(jìn)行清洗

要想消除冷卻面表層的結(jié)垢，首先需要將循環(huán)冷卻水實(shí)施嚴(yán)格的預(yù)處理，就要在循環(huán)水當(dāng)中恰當(dāng)?shù)膿饺胱韫竸?，并且在循環(huán)水通往凝汽器之前附加設(shè)置二次濾網(wǎng)，還應(yīng)該進(jìn)行按時(shí)的沖洗。在機(jī)組運(yùn)行停止后，沖洗水室和管道；機(jī)組運(yùn)行期間，投運(yùn)膠球清洗裝置對(duì)冷卻管進(jìn)行清洗，所采用的膠球泵具有揚(yáng)程大的特點(diǎn)，可以確保膠球的循環(huán)使用。收球網(wǎng)柵之間的距離需要特別的均勻，防止出現(xiàn)跑球，在清洗期間，重點(diǎn)關(guān)注膠球的密度、規(guī)格、材質(zhì)，并對(duì)膠球的數(shù)量和清洗時(shí)間等進(jìn)行管控。

4.3 投運(yùn)膠球清洗裝置

通常在電廠里運(yùn)用的都是閉式循環(huán)水，膠球清洗裝置是防止凝汽器銅管結(jié)垢、清垢的重要手段，但是，在實(shí)際運(yùn)行中，膠球清洗裝置因各種原因使得使用效率下降，比如部分進(jìn)出水球閥發(fā)生各種程度的卡澀現(xiàn)象，收球網(wǎng)及收球網(wǎng)中的開(kāi)關(guān)存在一定的問(wèn)題，使得膠球不具備較高的回收率，許多沒(méi)有回收的膠球就會(huì)造成冷卻塔淋水層被堵塞。因此，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)，對(duì)有問(wèn)題的進(jìn)出水球閥進(jìn)行及時(shí)更換，對(duì)膠球清洗裝置和收球開(kāi)關(guān)進(jìn)行清洗處理等，提高收球率，制定膠球清洗定期工作，定期以及在判斷銅管中出現(xiàn)嚴(yán)重污垢時(shí)，及時(shí)投運(yùn)膠球清洗裝置，必要時(shí)在機(jī)組半負(fù)荷情況下對(duì)凝汽器進(jìn)行半邊清洗。

4.4 增加真空泵的效率

提高真空泵效率最關(guān)鍵的方式就是減少工作介質(zhì)的溫度值，可以通過(guò)把循環(huán)水冷卻改成溫度不太高的機(jī)組工業(yè)水冷卻的方式，或者是在抽氣設(shè)備當(dāng)中放置制冷設(shè)備，再借助循環(huán)冷卻水來(lái)冷卻工作水。再把混合式冷卻裝置安裝在凝汽器和抽氣器當(dāng)中的抽氣管路上，接著凝結(jié)疏出所抽氣體里的水蒸氣，從而達(dá)到減小抽氣裝置工作水溫度值的目的。把大氣噴射裝置安裝在真空泵之前，再通過(guò)真空泵中存在的負(fù)壓和大氣壓產(chǎn)生的壓差之間形成了空氣射流，在噴射裝置當(dāng)中取得低于真空泵的抽吸壓力，進(jìn)一步將真空泵極限抽吸壓力對(duì)凝汽器壓力優(yōu)化的限制因素消除掉。

5 結(jié)語(yǔ)

凝汽器真空度低的狀況在機(jī)組工作過(guò)程中會(huì)頻繁地出現(xiàn)，應(yīng)該及時(shí)有效地對(duì)故障進(jìn)行診斷與改善。當(dāng)意識(shí)到真空度降低時(shí)，首先檢查是不是存在失誤的操作，或者是別的系統(tǒng)帶來(lái)的不良影響；然后，要是系統(tǒng)的真空度保持在水平較低的狀態(tài)，就應(yīng)該展開(kāi)有效地處理與分析。通常來(lái)說(shuō)，在機(jī)組運(yùn)行之后，凝汽器出現(xiàn)真空度低的原因需要通過(guò)對(duì)各個(gè)部位的檢查來(lái)得出，由于各個(gè)部位都有可能出現(xiàn)影響因素，所以應(yīng)該定期對(duì)軸封供汽系統(tǒng)、軸封供汽壓力等進(jìn)行檢查校驗(yàn)、對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，防止故障。