200MW汽輪機(jī)真空問(wèn)題探討

摘要：分析汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中凝汽器真空形成的原理及影響機(jī)組真空的主要因素，通過(guò)對(duì)西夏熱電有限公司2號(hào)汽輪機(jī)兩年來(lái)真空系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題以及所采取的各項(xiàng)檢查和改造措施，提出分析機(jī)組運(yùn)行中真空低的一般方法和改善的措施，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：凝汽器 真空 方法 措施

1 概述

西夏熱電廠一期工程2×200MW燃煤供熱機(jī)組，安裝的2臺(tái)200MW汽輪機(jī)，采用超高壓中間再熱、單軸三缸兩排汽抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)與670t/h超高壓自然循環(huán)汽包鍋爐、210MW級(jí)的發(fā)電機(jī)相匹配，汽輪機(jī)系東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的，抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為C200/140-12.75/0.245/535/535。

2 汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中凝汽器真空低的危害

西夏熱電廠2#機(jī)組于2008年11月30日投入商業(yè)運(yùn)行，自投運(yùn)以凝汽器真空存在著諸多問(wèn)題，在機(jī)組運(yùn)行中凝汽器真空低對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全性和熱經(jīng)濟(jì)性有很大影響。凝汽器工作狀態(tài)惡化將直接引起汽輪機(jī)熱耗、汽耗增大和出力降低。另外，真空下降使汽輪機(jī)排汽缸溫度升高，引起汽機(jī)軸承中心偏移，嚴(yán)重時(shí)還引起汽輪機(jī)組振動(dòng)。為保證機(jī)組出力不變，真空降低時(shí)應(yīng)增加蒸汽流量，這樣導(dǎo)致了軸向推力增大，使推力軸承過(guò)負(fù)荷，影響機(jī)組安全運(yùn)行。2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，機(jī)組的真空出現(xiàn)過(guò)不少問(wèn)題，特別在夏季，真空低成為機(jī)組穩(wěn)發(fā)、滿發(fā)的最大制約因素，也造成日常維護(hù)工作量增大。為此，公司先后做了一些改進(jìn)工作，使機(jī)組真空有了較大的改善。但因?yàn)樵O(shè)備、管道原先設(shè)計(jì)的原因，凝汽器真空低的問(wèn)題依然存在，與國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平相比仍有差距。

3 真空分析的理論依據(jù)

凝汽器內(nèi)的真空實(shí)際上是凝汽器內(nèi)汽液共存狀態(tài)下的飽和壓力。凝汽器內(nèi)的壓力由排汽的冷凝溫度確定，此溫度由熱平衡和換熱器的端差決定。用ts表示凝汽器內(nèi)蒸汽凝結(jié)溫度，蒸汽在凝汽器中大量凝結(jié)放熱，冷卻水在吸熱過(guò)程中，由入口溫度tw1逐漸吸熱上升到出口處溫度tw2，冷卻水溫升Δt=tw2-tw1。蒸汽凝結(jié)溫度ts與tw2之差為凝汽器的傳熱端差，以δt表示：δt=ts-tw2。則主凝結(jié)區(qū)的蒸汽溫度為：ts=tw1+Δt+δt。凝汽器中蒸汽壓力為ts所對(duì)應(yīng)的飽和壓力。由于凝汽器中還存在不凝結(jié)氣體，所以凝汽器總壓力實(shí)際上是凝汽器中蒸汽分壓和不凝結(jié)氣體分壓之和，真空泵的作用就是抽出不凝結(jié)氣體降低不凝結(jié)氣體的分壓，同時(shí)減小換熱端差。真空的低限是蒸汽冷凝時(shí)的飽和壓力。

提高機(jī)組真空的途徑主要是盡量減小凝汽器中不凝結(jié)氣體和降低蒸汽冷凝溫度。

4 凝汽器真空低的原因分析及處理

4.1 機(jī)組真空系統(tǒng)的空氣滲漏 空氣通過(guò)兩個(gè)渠道漏入凝汽器：一是通過(guò)機(jī)組真空系統(tǒng)的不嚴(yán)密處漏入，另一個(gè)是隨同蒸汽一起進(jìn)入凝汽器。由于鍋爐給水經(jīng)過(guò)多重除氧，所以后者數(shù)量不多，約占從凝汽器抽空氣總量的百分之幾。綜上所述，真空泵抽出的空氣主要是通過(guò)機(jī)組負(fù)壓狀態(tài)部件的不嚴(yán)密處漏入。

4.1.1 除了凝汽器自身的嚴(yán)密性外，真空系統(tǒng)的氣密性，它們包括軸封加熱器、低壓加熱器、低壓汽缸、低壓缸軸封、向空排氣的管道等。空氣大量漏入凝汽器，將造成凝汽器傳熱惡化，使抽氣設(shè)備過(guò)載，凝結(jié)水過(guò)冷度及含氧量急劇增加，破壞凝汽器真空度，使凝汽器設(shè)備無(wú)法正常工作。

4.1.2 低壓缸軸封套結(jié)合面泄漏及低壓缸軸封供汽不足。采用氦質(zhì)譜檢漏并配合真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)提高軸封壓力到60-80kPa后，低壓缸軸端沒(méi)有蒸汽漏出，根據(jù)其他電廠的經(jīng)驗(yàn)，軸封壓力在60kPa以上時(shí)，低壓缸軸端明顯會(huì)有蒸汽溢出，密封效果會(huì)明顯改善。而2號(hào)機(jī)在調(diào)整軸封壓力至100kPa時(shí)，低壓缸軸端才有一定蒸汽溢出，密封效果才顯現(xiàn)出來(lái)。這就表明2號(hào)機(jī)低壓缸軸封系統(tǒng)存在供汽不足或大量漏氣的問(wèn)題。然而機(jī)組運(yùn)行時(shí)因防止軸封冒汽和潤(rùn)滑油帶水有可能使軸封汽壓力過(guò)低，造成空氣漏入。軸封進(jìn)汽管與軸封套結(jié)合處因平時(shí)無(wú)法檢查，在大修時(shí)要特別注意。此處的泄漏也會(huì)引起軸封汽壓力低造成真空惡化。

4.1.3 排汽缸及凝汽器壁泄漏。這個(gè)問(wèn)題還尚未發(fā)現(xiàn)，但是不能簡(jiǎn)單的排除就沒(méi)有，還需要在進(jìn)一步的觀察。

4.1.4 疏水?dāng)U容器上的高低壓疏水電動(dòng)門(mén)、凝泵、低加疏水泵等至凝汽器的空氣管及疏水管，特別是接入凝汽器喉部的管道如發(fā)生裂縫將直接影響機(jī)組的真空。

以上一些泄漏點(diǎn)按正常的檢查方式均能查到，而一些特殊地方檢查及處理都比較困難。機(jī)組末級(jí)及次末級(jí)抽汽管與汽缸下部是靠法蘭連接，產(chǎn)生的泄漏不易發(fā)現(xiàn)且較難徹底處理。次末級(jí)抽汽壓力在高負(fù)荷時(shí)為微正壓，此時(shí)泄漏點(diǎn)不會(huì)漏入空氣，而在低負(fù)荷時(shí)變?yōu)槲⒇?fù)壓就會(huì)影響真空。機(jī)組如在低負(fù)荷時(shí)真空低，而負(fù)荷增加真空改善的現(xiàn)象就很有可能是這方面引起的。

4.2 循環(huán)水系統(tǒng) 根據(jù)凝汽器內(nèi)傳熱的熱平衡方程，蒸汽在凝結(jié)時(shí)放出的熱量應(yīng)等于冷卻水吸收的熱量，即

Q=1000Dc(hc-hc，)=1000Dw(hw2-hw1)

=4187DwΔt

式中Q──凝汽器的傳熱量，kJ/h；

Dc、Dw──進(jìn)入凝汽器的蒸汽量與冷卻水量，t/h；

hc、hc，──蒸汽和凝結(jié)水的比焓，kJ/kg；

hw2、hw1──冷卻水出口比焓和進(jìn)口比焓，kJ/kg。

在低溫范圍內(nèi)，水的比焓hw2、hw1在數(shù)值上約等于水溫tw2、tw1，通過(guò)上式可得

式中：m為凝結(jié)1kg蒸汽所需要的冷卻水量，稱為冷卻倍率或循環(huán)倍率。

由上式可以知道，凝汽器真空除了漏入空氣，還與循環(huán)水流量、進(jìn)水溫度及傳熱效果等有關(guān)。

4.2.1 冷卻水進(jìn)口溫度 在其它條件相同，冷卻倍率不變時(shí)，冷卻水進(jìn)口溫度越低，排汽溫度也越低。即凝汽器真空就越高。實(shí)踐中，2號(hào)機(jī)組在夏天時(shí)，由于冷卻塔設(shè)備老化，內(nèi)部臟污，散熱效果較差，致使夏天循環(huán)水進(jìn)水溫度最熱時(shí)高達(dá)33℃，極大的影響了真空。

4.2.2 冷卻水溫升Δt 當(dāng)汽機(jī)負(fù)荷、冷卻水溫度不變時(shí)，增加冷即水量，冷卻水溫升必然減小。冷卻水溫升的大小反映冷卻水量是否足夠。當(dāng)其溫差大于8℃～12℃時(shí)， 應(yīng)增加冷卻水量。

4.2.3 汽器端差δt的影響 端差是反映凝汽器熱交換狀況的指標(biāo)，相同條件下，端差增大，說(shuō)明凝汽器汽側(cè)存了較多空氣，防礙了傳熱管的熱水交換，更主要說(shuō)明凝汽器傳熱管內(nèi)側(cè)表面臟污，造成熱交換性能差。由于西部風(fēng)沙大，尤其春夏季，再加上環(huán)境干燥，一起風(fēng)，各種垃圾、雜草和灰塵就很容易飛進(jìn)冷卻塔內(nèi)，從而堵塞濾網(wǎng)，甚至進(jìn)入循環(huán)泵和凝汽器銅管，惡化換熱。故要求對(duì)循環(huán)水進(jìn)凝汽器的入口濾網(wǎng)及循泵入口濾網(wǎng)不定期沖洗，增加了日常維護(hù)的工作量。由于濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)原因，循環(huán)水中雜物多，濾網(wǎng)無(wú)法沖洗干凈。一部分滯留于循泵入口濾網(wǎng)上的污物被帶到循泵入口，從而進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)，導(dǎo)致二次濾網(wǎng)及凝汽器銅管堵塞，真空度下降，影響機(jī)組出力，尤其隨著循環(huán)水質(zhì)的惡化，由此引起的危害也日益加重。

4.2.4 虹吸被破壞，吸水高度瞬間上升，使供水量立即下降，造成冷卻水量減少，冷卻水出口溫度上升，從而使凝汽器里的傳熱效果變差，凝汽器真空下降。

4.3 真空泵出力不足

4.3.1 真空泵的工作壓力與凝汽器的壓力是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，不管循環(huán)水溫度的高低，真空泵的抽吸壓力必須低于凝汽器的壓力，才能把凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體抽走。因此，真空泵工作水溫度必須低于排汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，否則就會(huì)真空惡化，還會(huì)導(dǎo)致真空泵葉輪的汽蝕損壞。雖然理論上工作水的冷卻水應(yīng)該很干凈，真空泵工作水用的也是用清潔的除鹽水，設(shè)計(jì)的換熱器應(yīng)該能基本滿足真空泵的冷卻要求，但實(shí)際上在運(yùn)行一段時(shí)間后，這些換熱器都產(chǎn)生了明顯的水垢，造成端差加大，使工作水溫度逐漸飽和。這就要求加強(qiáng)對(duì)真空泵工作水溫度的監(jiān)測(cè)，及時(shí)清理冷卻器或增大冷卻器的換熱面積。

4.3.2 真空泵補(bǔ)水的選擇。如果真空泵補(bǔ)水選擇的是凝結(jié)水，當(dāng)凝結(jié)水補(bǔ)入汽水分離器時(shí)，必然會(huì)因?yàn)檎婵毡玫某槲鼔毫Φ陀谀鞯膲毫Χ艧幔@就加重了真空泵工作水冷卻器的負(fù)荷，同時(shí)也可能因?yàn)槟Y(jié)水壓力低而造成空氣從補(bǔ)水閥漏入真空泵，造成真空泵處理不足。如果將凝結(jié)水作為真空泵補(bǔ)水水源改為壓力高、溫度低的閉式冷卻水將不會(huì)有以上問(wèn)題。

4.3.3 真空泵入口濾網(wǎng)臟污。

4.3.4 真空系統(tǒng)閥門(mén)的法蘭存在漏氣。在所有真空系統(tǒng)閥門(mén)的法蘭上涂抹黃油，對(duì)真空系統(tǒng)起到了相當(dāng)好的密封作用。

4.4 改善機(jī)組真空的措施

4.4.1 按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)凝汽器進(jìn)、出口水溫、端差、真空、過(guò)冷度等運(yùn)行參數(shù)的綜合分析，找出影響機(jī)組真空的主要原因，制定處理措施。

4.4.2 采用氦質(zhì)譜檢漏、灌水等方法認(rèn)真做好真空系統(tǒng)查漏工作，對(duì)漏點(diǎn)及時(shí)徹底處理。

4.4.3 通過(guò)設(shè)備改造，提高機(jī)組真空。將循環(huán)水進(jìn)凝汽器的濾網(wǎng)擴(kuò)孔、增加真空泵工作水冷卻器冷卻面積、在真空系統(tǒng)閥門(mén)的法蘭上涂抹黃油等。

4.4.4 對(duì)容易漏空氣的設(shè)備如高低壓擴(kuò)容器及管道進(jìn)行整治改造。高壓缸兩側(cè)汽加熱柜由原先的6mm碳鋼板改為8mm不銹鋼板，解決了原先變截面處容易產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題。

4.4.5 循環(huán)水質(zhì)容易惡化，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)凝汽器膠球清洗系統(tǒng)的維護(hù)管理，提高清洗效果。一般選擇合適的軟質(zhì)膠球的校準(zhǔn)是直徑比鈦管內(nèi)徑大1～2mm，密度與循環(huán)水接近。因循環(huán)水水源大部分為中水使水質(zhì)變化較大，加上循環(huán)水流量的影響，凝汽器上部鈦管泥垢較難去除。這樣就需在機(jī)組停運(yùn)時(shí)對(duì)水室及銅管進(jìn)行及時(shí)的沖洗清理。在運(yùn)行時(shí)也可單側(cè)隔離進(jìn)行沖洗或用干燥法去除泥垢。

4.4.6 軸封系統(tǒng)，特別是低壓軸封原設(shè)計(jì)二路φ57進(jìn)汽、一路φ57回汽，回汽管明顯不夠，造成軸封冒汽。在大修時(shí)對(duì)軸封系統(tǒng)進(jìn)行改造，使低壓軸封回汽放大到φ76。改造后運(yùn)行情況較好，不會(huì)因?yàn)楸ＷC軸封汽不外冒，將低壓軸封汽壓力調(diào)整得較低，造成低壓軸封處泄漏。

4.4.7 對(duì)于真空泵，平時(shí)要加強(qiáng)監(jiān)視工作水溫度的變化，定期輪換真空泵并清洗工作水換熱器，防止運(yùn)行時(shí)工作水溫度過(guò)分升高。如果真空泵發(fā)生故障，工作水發(fā)生汽化，嚴(yán)重影響真空泵的抽真空能力，造成凝汽器內(nèi)空氣聚集，造成真空急劇下降的嚴(yán)重事故。

5 結(jié)束語(yǔ)

西夏熱電有限公司經(jīng)過(guò)這幾年的設(shè)備改造和整治，機(jī)組真空得到較大的改善。但影響真空的因素很多，特別是老機(jī)組給檢查、處理帶來(lái)較多困難，這條路任重道遠(yuǎn)。以上僅是個(gè)人的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，以供他人參考。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文