某機(jī)組真空偏低原因診斷分析及對策

＊張鴻軍

（國家電投協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司 江蘇 224500）

1.機(jī)組概述

某廠1、2號機(jī)組均是由上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)德國西門子技術(shù)生產(chǎn)的1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，型號為N1050-27/600/600。凝汽器采用上海電氣電站設(shè)備有限公司生產(chǎn)的N-53000單背壓、雙殼體、雙流程、表面式凝汽器；真空系統(tǒng)配置3×50%容量的水環(huán)式真空泵，正常運(yùn)行時(shí)1臺運(yùn)行、2臺備用；循環(huán)水系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元制海水直流式供水系統(tǒng)，每臺機(jī)組配置3臺混流式循環(huán)水泵。

2.機(jī)組真空異?，F(xiàn)象

自8月份以來一直存在同工況下2號機(jī)組真空低于1號機(jī)組的現(xiàn)象，1、2號機(jī)組負(fù)荷-真空變化曲線如圖1所示。

圖1 1、2號機(jī)組負(fù)荷-真空變化曲線圖

由圖1可以看出同等工況下2號機(jī)組真空偏低于1號機(jī)組，且隨著負(fù)荷的增加，偏差越來越大，1000MW時(shí)比1號機(jī)組真空低約1.12kPa。

在機(jī)組運(yùn)行期間，真空度的降低將直接引起汽輪機(jī)熱耗、汽耗增大和出力降低。當(dāng)汽輪機(jī)的負(fù)荷不變時(shí)，真空每下降1kPa，將引起汽輪機(jī)功率降低約額定容量的1%；當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)載保持恒定時(shí)，真空度每下降1%會增加標(biāo)煤耗1.5g/kWh；真空度每降低1kPa，汽輪機(jī)的蒸汽消耗量就會增加1.5%至2.5%。此外，機(jī)組的低真空度也會增加汽輪機(jī)的排氣溫度，導(dǎo)致汽輪機(jī)軸承的中心偏移。在嚴(yán)重的情況下，它還可能導(dǎo)致渦輪機(jī)組的振動增加。由此可見，凝汽器的真空度高低將直接影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3.汽輪機(jī)凝汽器真空度下降故障分析

(1)真空降低的原因

在凝汽器中，汽輪機(jī)末級葉片排氣的冷卻過程是循環(huán)運(yùn)動反應(yīng)發(fā)生物理相變過程。凝汽器中蒸汽凝結(jié)的空間是汽液兩相共存的，其壓力決定于汽、水熱力平衡溫度，即該溫度對應(yīng)的飽和壓力。從以上分析可以看出，提高汽輪機(jī)組凝汽器真空度的主要方法是減少凝汽器中的不凝氣體，降低蒸汽冷凝溫度，即pc=f（tc），飽和溫度可使用以下公式計(jì)算：

式中：tw1冷卻水進(jìn)口溫度；△t 為冷卻水溫升；δt為凝汽器端差；hc、hc’分別為汽輪機(jī)的排氣焓和冷凝焓；DC、Dw分別為汽輪機(jī)排氣量和冷卻水量；Ac、k分別為冷卻面積和冷凝器傳熱系數(shù)；cp為冷卻水的比熱容。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析了冷凝器的流動和傳熱特性，結(jié)果表明，pc與tw1有關(guān)、汽輪機(jī)排汽量Dc和冷卻水量Dw、Ac和k有關(guān)。因此，凝汽系統(tǒng)及凝汽器真空影響因素先前已知包括：抽氣設(shè)備性能、進(jìn)水溫度、凝汽器熱負(fù)荷和冷卻水流量、凝汽器冷凝面積及冷凝器的型式、真空系統(tǒng)高度的嚴(yán)密性、凝汽器清潔系數(shù)等。

(2)診斷試驗(yàn)過程

①真空表計(jì)準(zhǔn)確性的檢查

經(jīng)檢查凝汽器真空值與汽輪機(jī)排汽溫度一一對應(yīng)，說明運(yùn)行表計(jì)測量沒有問題。

②真空泵運(yùn)行性能的檢查

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，真空泵為一運(yùn)兩備。運(yùn)行真空泵B的電流為166A，與去年同期及1號機(jī)組均接近，檢查真空泵B冷卻水進(jìn)水溫度28～32℃之間，水溫在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，同時(shí)將真空泵由B切至A或C，機(jī)組真空均未有變化，由此可以判斷真空泵抽氣能力正常。

③真空系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗(yàn)

2號機(jī)組凝汽器真空正常，機(jī)組負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定在額定負(fù)荷的80%以上。試驗(yàn)過程中，機(jī)組負(fù)荷及其運(yùn)行參數(shù)應(yīng)保持穩(wěn)定，實(shí)測試驗(yàn)結(jié)果如下，A/B側(cè)冷凝器的真空下降率分別為58Pa/min和62Pa/min。真空度基本未變化，空氣泄漏不顯著，排除了該設(shè)備泄漏對真空度的影響。

④凝汽器循環(huán)冷卻水量

循環(huán)冷卻水的流量由循環(huán)水泵的性能特性、循環(huán)水泵的運(yùn)行方式和循環(huán)水系統(tǒng)的管道特性決定。6月15日前循環(huán)水系統(tǒng)采用兩機(jī)三泵聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，通過調(diào)整兩臺機(jī)組循環(huán)水回水門開度控制兩臺機(jī)組真空一致。隨著環(huán)境溫度的上升，6月15日循環(huán)水系統(tǒng)改為兩機(jī)四泵循環(huán)水運(yùn)行，同時(shí)兩臺機(jī)組循環(huán)水進(jìn)、回水門全開。兩臺機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)布置示意圖如圖2所示。

圖2 循環(huán)水系統(tǒng)布置示意圖

由圖2可以看出循環(huán)水至2號機(jī)組凝汽器距離大于1號機(jī)組，相應(yīng)其管道阻力也大于1號機(jī)組，當(dāng)循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門開啟時(shí)，因管道阻力不一致，兩臺機(jī)組循環(huán)水量會存在分配不均，1號機(jī)組循環(huán)水量大于2號機(jī)組。6月24日關(guān)閉循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門，2機(jī)組凝汽器主要參數(shù)變化數(shù)據(jù)見表1。

表1 機(jī)組凝汽器主要參數(shù)變化（聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉前后）

從表1可以明顯看出，聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉后，2號機(jī)組凝汽器循環(huán)水入口壓力增加約7kPa，循環(huán)水出口溫度降低0.5℃，排汽溫度下降0.7℃，真空提高0.2kPa。聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉后，1、2號機(jī)組負(fù)荷-真空變化曲線如圖2所示。

從圖3可以明顯看出，聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉后，兩臺機(jī)組真空偏差有明顯減小，機(jī)組負(fù)荷1000MW時(shí)由原來的0.88kPa減小至0.49kPa，但2號機(jī)組真空仍比1號機(jī)組偏低，且隨著負(fù)荷的升高而逐漸增大。由此可以得出結(jié)論，循環(huán)水流量不是2號機(jī)組真空度低的主要原因。

圖3 1、2號機(jī)組負(fù)荷-真空變化曲線圖（聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉后）

⑤凝汽器清潔度

凝汽器冷卻管的污垢堵塞或結(jié)垢會對機(jī)組的真空度產(chǎn)生重大影響。隨著機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的增加，凝汽器冷卻管道很可能會被循環(huán)水中所攜帶的膠體、填料、海洋生物等雜物堵塞管道。碎屑堵塞程度越高，可用于循環(huán)水流動的冷凝器冷卻管道的橫截面積越小，內(nèi)部阻力越大。單位時(shí)間內(nèi)冷卻管道中循環(huán)水流量的大小和速度將明顯低于標(biāo)準(zhǔn)水平，使得循環(huán)水溫升增大，機(jī)組真空降低。如果單側(cè)冷凝器的冷卻管道出現(xiàn)結(jié)垢或堵塞，會造成運(yùn)行中凝汽器真空緩慢下降，該側(cè)循環(huán)水受到溫升作用的時(shí)間變長，導(dǎo)致凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度產(chǎn)生很大偏差。與此同時(shí)，該側(cè)凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口水壓力也會發(fā)生明顯變化。與去年同期2號機(jī)組凝汽器主要參數(shù)對比如表2所示。

表2 額定工況下2號機(jī)組凝汽器主要參數(shù)同期對比

由表2可以看出B側(cè)循環(huán)水進(jìn)、出口壓力均增大，特別是B側(cè)循環(huán)水溫升高明顯，同比升高2.6℃，比A側(cè)偏高3.5℃。由此表明2號機(jī)組B側(cè)凝汽器存在冷卻管結(jié)垢或臟污現(xiàn)象。

⑥真空低原因診斷結(jié)果

綜上所述，可見2號機(jī)組真空偏低的主要原因是機(jī)組長周期運(yùn)行，循環(huán)水中所攜帶的膠體、填料、海洋生物等雜物在B側(cè)凝汽器內(nèi)緩慢堆積，造成冷卻管道可用于循環(huán)水流通的橫截面積減小，內(nèi)部阻力增大，與標(biāo)準(zhǔn)水平相比，單位時(shí)間內(nèi)冷卻管道中循環(huán)水的流量和速度變小，特別是當(dāng)兩臺機(jī)組循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門開啟后，因2號機(jī)B側(cè)凝汽器因鈦管存在臟堵，阻力增大，造成2號機(jī)循環(huán)水量會大幅度減小，兩臺機(jī)組真空偏差更明顯。故本次2號機(jī)組真空偏低的根本原因是B側(cè)凝汽器的清潔度系數(shù)降低造成機(jī)組真空度降低。

4.應(yīng)對措施及建議

（1）在停機(jī)期間或機(jī)組運(yùn)行期間，隔離半側(cè)凝汽器，檢查并清潔2號機(jī)組的B側(cè)冷凝器，并盡快恢復(fù)冷凝器的正常清潔。

（2）未對B側(cè)凝汽器清污前，盡量增大B側(cè)循環(huán)水流量。兩機(jī)四泵、循環(huán)水回水門全開時(shí)采用關(guān)閉循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門，避免因B側(cè)凝汽器內(nèi)阻大，造成循環(huán)水大量流向1號機(jī)組，同時(shí)可以關(guān)小2A凝汽器循環(huán)水回水門，增大2B凝汽器循環(huán)水流量。兩臺機(jī)組循環(huán)水采用聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，關(guān)小1A、1B、2A凝汽器循環(huán)水回水門，開大2B凝汽器循環(huán)水回水門，保持兩臺機(jī)組各臺凝汽器循環(huán)水溫升一致。

（3）加強(qiáng)循環(huán)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的清潔保養(yǎng)。設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)定期清潔循環(huán)水濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)損壞應(yīng)及時(shí)修復(fù)，盡量將污垢留在濾網(wǎng)外，并根據(jù)循環(huán)水臟的情況及時(shí)調(diào)整循環(huán)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的運(yùn)行方式，確保循環(huán)水的潔凈度。

（4）加強(qiáng)膠球清洗裝置的維護(hù)和運(yùn)行管理。發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)聯(lián)系維修人員排除，確保膠球清洗系統(tǒng)正常運(yùn)行；同時(shí)，規(guī)范運(yùn)行管理，確保每天定期使用膠球清洗，及時(shí)查明膠球清洗裝置接球率下降的原因，確保膠球系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。