汽輪發(fā)電機真空度低的故障檢修思路

施光俊

（云南德勝鋼鐵有限公司，云南 祿豐 651299）

引言

在汽輪發(fā)電機系統(tǒng)正常運行過程中，真空下降就會導(dǎo)致汽輪機排氣缸的溫度迅速升高，從而引發(fā)汽輪發(fā)電機的軸承中心偏移，嚴(yán)重還會出現(xiàn)汽輪發(fā)電機組振動升高的情況，低壓缸變形，同時整個汽輪機的熱量消耗就會大大增加。對于這一情況，為了保證發(fā)電機的發(fā)電量不變，通常當(dāng)汽輪發(fā)電機凝汽系統(tǒng)真空度降低時，都會增加一定的蒸汽流量，這雖然可以有效解決真空度低的問題，但也會導(dǎo)致其軸向推力增加，推力軸承承擔(dān)過大的負(fù)荷，這樣不僅影響了汽輪機的使用效率，還對機組運行的安全性造成較大影響。鑒于此，當(dāng)前非常有必要對汽輪發(fā)電機真空度低的故障情況進(jìn)行全面分析，結(jié)合實際問題，針對性地進(jìn)行檢修，這對于保障汽輪發(fā)電機凝汽系統(tǒng)正常運行是非常關(guān)鍵的。

1 汽輪發(fā)電機凝汽系統(tǒng)真空度低實例分析

2009年某市鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)正式投產(chǎn)了4號純凝式汽輪發(fā)電機組，機組使用的汽輪機型號為杭州汽輪機廠所生產(chǎn)的N25-5.88/0.4單缸直聯(lián)次高溫次高壓純冷凝式汽輪機。采用的凝汽器為表面式凝汽器，它的主要作用是建立并維持汽輪機排汽口的高度真空，增大蒸汽的可用熱焓降，提高循環(huán)熱效率，回收排汽的凝結(jié)水送回鍋爐繼續(xù)使用。由于在相同的壓力下蒸汽比水的體積要大很多倍（例如在0.1 MPa的壓力下，蒸汽比水的體積大1 725倍），所以在當(dāng)汽輪機凝汽器中的蒸汽在冷凝結(jié)過程中，放出大量熱量（汽化熱）凝結(jié)成水時，體積急劇降低形成真空，當(dāng)這一變化趨勢越明顯，凝汽器的真空度就越高。當(dāng)確保蒸流流量及蒸汽初參數(shù)不發(fā)生明顯變化時，適當(dāng)提升凝汽器的真空程度，這樣能有效增加汽輪機中可用的熱焓，那么汽輪機整體工作效率會得到明顯提升。但在2020年4號發(fā)電機組運行過程中真空度處于下降狀態(tài)，由原來-74.9 kPa降至-72 kPa，耗汽量增大發(fā)電效率下降。但經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)電循環(huán)水系統(tǒng)、軸封抽氣系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、與凝汽器汽側(cè)相連結(jié)的管道和閥門均無異常。綜合分析認(rèn)為，該現(xiàn)象由冷凝器換熱效率下降導(dǎo)致。若凝汽器內(nèi)銅管在使用過程中出現(xiàn)結(jié)垢問題，會使得凝汽器的熱交換效率下降，引起更大的凝汽器端差，造成排氣溫度上升。造成真空下降的問題。且污垢堆積問題對真空影響是逐步累積的，與實際問題發(fā)生情況高度吻合。

后經(jīng)工作人員對機組進(jìn)行停機檢測后發(fā)現(xiàn)，4號發(fā)電機組內(nèi)部冷凝器因長時間使用而生成了較為頑固的內(nèi)壁結(jié)垢現(xiàn)象，很難通過傳統(tǒng)方式進(jìn)行清潔，這才導(dǎo)致冷凝器換熱效果下降，最終引發(fā)汽輪發(fā)電機凝汽系統(tǒng)真空度下降的問題。同年10月，該企業(yè)在公司整體系統(tǒng)檢修中對4號發(fā)電機組冷凝器銅管進(jìn)行了更換與檢修，將原有1 mm厚度的銅管更換為0.5 mm的不銹鋼管，有效解決了汽輪機真空度下降的問題，使其逐步恢復(fù)至-75 kPa左右，切實提升了汽輪發(fā)電機組的效率。

2 真空度低故障的檢修和問題分析

2.1 檢修順序和問題排除

1）檢修汽輪機軸封氣平衡和抽氣系統(tǒng)的運行情況。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，氣封密封汽平衡箱不能正常運行，由此也出現(xiàn)了蒸汽壓力不穩(wěn)定的情況。

2）對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行檢查。通過進(jìn)一步的檢測，冷卻水泵的吸入端出現(xiàn)真空情況，循環(huán)水量減少且泵位處于水位線以下，所以認(rèn)為泵入口濾網(wǎng)格柵存在一定的堵塞情況，需進(jìn)行進(jìn)一步探查并消除相應(yīng)的堵塞隱患。

3）檢測凝結(jié)水泵的工作狀態(tài)。因凝結(jié)水泵密封裝填過緊，出現(xiàn)了一定程度的燒蝕軸套的情況，而且密封處和泵吸入口相連接并連接冷凝器，很容易出現(xiàn)空氣漏入的問題。

4）檢測空氣抽氣器的工作情況。對噴嘴和擴壓管的流道進(jìn)行及時的疏通，并對一、二級凝結(jié)水疏水管道的通暢情況進(jìn)行及時的檢查，查看疏水閥的密封性以及蒸汽閥是否處于開啟狀態(tài)。在檢查蒸汽閥的過程中發(fā)現(xiàn)，供汽閥箱并未設(shè)置疏排水裝置，從而使得空氣抽氣器中的蒸汽含水量過多，抽氣噴嘴內(nèi)的噴孔也出現(xiàn)了不同程度的汽蝕和破損情況。因為在抽氣的過程中真空度仍能保持在-0.089 MPa，所以，暫不考慮拆換噴嘴。

2.2 存在問題

1）通過檢查和分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽輪發(fā)電機組正常運行、抽氣器開始抽真空時，冷凝器喉部溫度從室溫不斷升高，此時，通過對冷凝水輸入、輸出水位以及對冷卻水泵進(jìn)排水量進(jìn)行調(diào)整，均不能降低冷凝器喉部溫度，所以認(rèn)為，冷凝器喉部溫度高是導(dǎo)致汽輪發(fā)電機真空度下降的主要原因。

2）從上述分析中得知，在以往機組運行中，空氣抽氣器工作時并未設(shè)置相應(yīng)的疏水裝置，在這種情況下，抽氣器進(jìn)行抽氣工作時就會導(dǎo)致蒸汽的含水量過高，再加上蒸汽在較高壓力的作用下，產(chǎn)生的水霧就會對抽氣器噴嘴和連接座體造成一定的沖擊汽蝕，磨損導(dǎo)流噴射錐，導(dǎo)致抽氣能力大大降低。不僅如此，蒸汽在含水量較高的情況下，在進(jìn)行抽氣操作時，疏排水管路也就經(jīng)常會出現(xiàn)疏排不順的問題，對抽氣器的工作效果造成較大影響。就當(dāng)前汽蝕情況下的抽氣效果而言，雖然抽氣器也能達(dá)到預(yù)期的效果，但噴嘴能力并不理想，在汽輪機不做功情況下的真空度只到-0.089 MPa，可見，汽輪發(fā)電機真空度低、功率無法有效提升的很大一部分原因就是疏水裝置欠缺導(dǎo)致的。

3）當(dāng)冷凝器溫度升高至68℃前，冷凝器進(jìn)閥和出閥兩側(cè)連接管外的溫度出現(xiàn)異常情況，抽氣器一側(cè)先熱，然后通過抽氣閥傳遞至進(jìn)氣閥，從溫度的疏導(dǎo)方向上來看，這肯定是不正常的。在機組正常運行時，即便抽氣管氣體會從冷凝器進(jìn)閥處流出，之后被空氣抽氣器吸出，但也會隨著較低溫度空氣從冷凝器的抽出而使抽氣閥出口溫度逐漸降低，但現(xiàn)在溫度卻仍然較高，從這就可以看出，在冷凝器后部溫度不斷升高的情況下，空氣抽氣器并不能及時抽出空氣，這就是導(dǎo)致冷凝器喉部溫度較高、真空度低的原因之一。

3 汽輪發(fā)電機凝汽系統(tǒng)真空度低故障的排除和驗證

3.1 冷凝器冷卻能力故障的排除

當(dāng)確認(rèn)凝汽系統(tǒng)喉部溫度高的問題后，對凝結(jié)水和冷卻水的進(jìn)排管路展開了有效的調(diào)整，但并未解決喉部溫度較高的問題，這就可以確定冷凝器冷卻能力并不是導(dǎo)致真空度低的原因。

3.2 新蒸汽閥箱疏水管閥故障的排除

在之前運行中，汽輪發(fā)電機空氣抽氣器蒸汽閥箱并未設(shè)置疏水管閥，此時增加疏水管閥，并且另設(shè)管道，確保在沒有凝水收集艙情況下仍然能夠連接到主機艙凝水艙進(jìn)行回收工作。在經(jīng)過一系列的改造后，空氣抽氣器的工作蒸汽質(zhì)量得到了較大的改進(jìn)，抽氣效率也有明顯提升，但冷凝器喉部溫度高的問題并未得到有效解決，基本確定，空氣抽氣器蒸汽閥箱未設(shè)置疏水管閥也不是導(dǎo)致真空度低的關(guān)鍵原因[2]。

3.3 空氣抽氣器噴嘴螺紋穿孔、蒸汽倒灌故障的證實

在排除以上故障問題后，就需要重點對空氣抽氣器的故障進(jìn)行檢測，拆下抽氣器噴嘴和座體并對其進(jìn)行進(jìn)一步分解后發(fā)現(xiàn)，噴嘴和座體連接的部分出現(xiàn)不同程度的汽蝕穿透情況，穿孔后形成一個導(dǎo)汽通道，此時，應(yīng)該進(jìn)入噴嘴的蒸汽有很大一部分高溫蒸汽進(jìn)入導(dǎo)汽通道中，導(dǎo)致空氣抽氣器不能正常進(jìn)行抽氣操作，汽蝕穿透故障如圖1所示，而且，這些蒸汽還匯聚成了一個高壓蒸汽區(qū)，不僅對冷凝器進(jìn)行空氣抽吸操作造成較大影響，冷凝器的真空壓力也受到較大阻礙，泄漏蒸汽的壓力影響冷凝器喉部流動，在這種情況下，汽輪發(fā)電機組運行過程中，冷凝器喉部的溫度就會持續(xù)升高，空氣抽氣器受到嚴(yán)重影響，冷凝器此時的冷凝效果也得不到有效保障，凝水效果不理想，并且也出現(xiàn)了冷凝器水位調(diào)節(jié)失效的問題[3]。當(dāng)反沖蒸汽進(jìn)入冷凝器并不斷升高喉部溫度后，冷凝器真空度的保持能力就會變差，此時就需要及時更換噴嘴和連接的座體，空氣抽氣器重新工作?？梢悦鞔_，在汽輪發(fā)電機運行過程中，正是因為空氣抽氣器的噴嘴和座體出現(xiàn)汽蝕穿透的情況，使得高溫蒸汽不能正常流出，從而導(dǎo)致冷凝器的真空度低。

4 結(jié)語

汽輪機真空系統(tǒng)是火電廠的一個重要系統(tǒng)。真空系統(tǒng)運行情況的好壞直接影響到機組的經(jīng)濟性和安全性。在汽輪發(fā)電機組正常運行過程中，真空度低故障的造成原因是多樣的，冷凝器冷卻能力差、疏水管閥裝置不通暢、空氣抽氣器噴嘴穿孔等故障的出現(xiàn)都會在不同程度上降低凝汽系統(tǒng)的真空度，如果能及時發(fā)現(xiàn)，盡快處理，就不會影響機組的安全經(jīng)濟運行，更不會造成故障停機。因此，在機組正常運行過程中，要想有效解決和避免此類問題，相關(guān)技術(shù)人員必須要做好故障檢修和排除工作，定期檢查汽輪發(fā)電機各部件的運行情況，嚴(yán)格按照操作規(guī)范啟動汽輪發(fā)電機，對凝氣系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查，只有這樣，才有可能控制汽輪發(fā)電機真空度低的問題，為機組的安全、穩(wěn)定運行提供有力支撐。