凝汽器真空和嚴密性的分析及對機組運行的影響

張冀蘭 單志明 初德月

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

汽輪機凝汽器正常運行時需保持一定的真空度，凝汽器真空可以分為兩個過程：一是汽輪機排汽絕大部分在凝汽器凝結成水，二是在凝結過程中產生的不凝結氣體，通過抽氣器連續抽出。為了使汽輪機的排汽能夠迅速凝結成水，則是通過循環冷卻水系統不斷冷卻帶走凝汽器的熱量實現的。

1 凝汽器真空對機組的影響

凝汽器真空降低，即意味著汽輪機排汽壓力升高，使得汽輪機耗汽量增加，經濟性降低。相反，真空升高，則排汽壓力降低，耗汽量減少，經濟性提高。

1.1 真空升高

當其他參數保持不變，凝汽器真空升高時，蒸汽總焓降增加，即蒸汽在汽輪機內做功增加，循環冷卻水系統帶走的熱量損失減少；但維持較高真空，在循環水溫度保持不變的情況下，必須增加循環冷卻水流量，因而循環水泵消耗的電量將增加。所以，凝汽器真空維持在某一特定值時對機組的經濟性才是最有利的。這一特定真空稱為最有利真空，即通過提高凝汽器真空，使機組增加的發電量與循環水泵增加的消耗的電量之差達到最大值時對應的凝汽器真空。另外，由于汽輪機末級噴嘴蒸汽膨脹能力的限制,凝汽器真空達到一定值時，隨著真空增加，機組的發電量不再增加，而且隨真空增加，汽輪機末級的蒸汽濕度增加，增加了蒸汽對末級葉片的水蝕作用，使末級葉片處于不利的工作環境下，降低了末級葉片的使用壽命。即凝汽器的真空超過最有利真空時不僅經濟性下降，而且對汽輪機的安全也是不利的。

汽輪機運行時，若真空出現異常，必須及時分析原因，并采取相應的措施。一般情況下可以使用下圖來簡單地判斷真空是否正常以及分析因循環水進口溫度、循環水出口溫度、汽輪機排汽溫度及凝結水溫度異常而導致的真空下降。圖中實線表示真空系統正常時的工作情況，虛線則代表異常工況。通過對比虛線與實線的斜率可以簡單判斷引起凝汽器真空異常的原因：

圖1 真空變化因素示意圖

若1～2間的虛線斜率大于實線，則表示冷卻水量變少；若2～3間的虛線斜率大于實線，則表明傳熱情況惡化，如凝汽器鈦管臟污、結垢等；若3～4間的虛線斜率大于實線，則表明過冷度增加，如漏入空氣等；若各虛線的斜率不變，則主要是由于冷卻水進口水溫不同引起的。

1.2 真空下降

當其他參數不變時，凝汽器真空降低，蒸汽總焓降減少，即蒸汽在汽輪機內做功減少，循環冷卻水系統帶走的熱量損失增加，對機組經濟性和安全性有較大的影響，主要表現為：

1)真空降低、排汽溫度升高，循環冷卻導出到最終熱阱的熱量增加，蒸汽做功后的冷源損失增大，機組的熱效率下降，經濟性降低。

2)當凝汽器真空降低，保持機組負荷不變時，蒸汽流量增加，這時末級葉片可能超負荷。

3)當凝汽器真空降低，汽輪機排汽溫度升高：使汽輪機低壓缸及其軸承等部件受熱發生形變不均勻膨脹，引起機組中心偏移，導致機組振動增大；可能引起凝汽器傳熱管脹接部位松弛，破壞凝汽器的嚴密性。

2 真空系統泄漏途徑及影響因素

空氣可通過兩個渠道漏入凝汽器，一是通過蒸汽流動經排汽進入凝汽器，另一個也是主要的途徑則是因真空系統本身的密封性不足而導致空氣漏入。其中第一個途徑進入凝汽器的不溶性氣體，數量較少。因而空氣主要是通過第二個途徑漏入凝汽器，一般可能漏入空氣的部位大概如下：閥門閥桿、法蘭連接處、水位計接頭以及其密封性較差的連接部件。除此之外，處于真空狀態的汽輪機軸封系統、軸封加熱器、抽氣器排氣管道等的嚴密性也直接影響凝汽器的真空。

3 真空系統嚴密性的影響及泄漏部位查找

凝汽器漏入空氣時會明顯地降低凝汽器管壁的傳熱系數，由于我廠使用的是射汽式抽氣器，大量的空氣漏入會導致抽氣器過負荷，進一步使真空惡化。由于蒸汽、空氣混合物在凝結時，將導致凝結水過冷度增大，水中含氧量增加，造成給水含氧量的增加，增加凝結水、給水管道、蒸汽發生器等設備氧化腐蝕的可能性，甚至引起蒸發器二次側及汽輪機通流部分氧化物結垢，使設備的運行工況惡化。因此凝汽器真空系統的嚴密性應維持在較高水平，一般來說真空下降的速度與漏入的空氣量成線性關系。在我廠真空嚴密性試驗中其驗收準則為：平均每分鐘真空下降3mmHg合格；2mmHg為良好；1mmHg為優秀。而我國制定的凝汽器真空系統嚴密性標準為：真空值下降率400Pa／min(約為3mmHg)為優良，下降率667Pa／min為合格。可見我廠的標準比較嚴格。真空嚴密性實際上代表了凝汽器真空下降的快慢，也是機組穩定運行的重要參數，在真空嚴密性下降時，應盡快查找并消除漏點，一般步驟如下：

3.l 記錄異常時的參數

系統發生異常，往往會表現在某些參數的異常變化上，所以凝汽器真空系統發生異常時，也需要及時記錄相關參數，以便進行查找漏點時進行分析驗證，一般來說需要記錄的參數主要有：凝汽器真空，排汽溫度，凝結水溫、氧含量，循環冷卻水入口溫度、出口溫度等。

3.2 參數分析

通過與正常值對比、分析，查找關鍵項目1)真空嚴密性試驗結果是否正常；2)凝汽器端差正常時為2～6℃，我廠正常運行時約3～4℃，若其達l0℃以上，則說明該泄漏點較大；3)凝結水溶氧一般在5ug/kg以下，若系統漏空，該值將大幅度地增大；4)若漏點較大，漏入的空氣在凝汽器傳熱管外壁形成一層空氣薄膜，使得傳熱效果大大減弱，因而循環冷卻水溫升將大大降低。

由于凝汽器傳熱系數基本相同，正常運行時我廠兩臺凝汽器兩側因循環水量相同，兩側循環水溫升也基本相同，所以，當某臺凝汽器某側出現漏空點時，該側蒸汽凝汽傳熱系數將下降，傳熱量減少，循環水溫升降低，而另一側循環水溫升則增大，這也可為確定凝汽器漏空氣點、查找漏氣點提供新的依據。

3.3 漏空點分析

一般來說，根據對系統影響的不同，漏空點可以分為兩類：若泄漏點在凝汽器熱阱水位以下，則其對真空影響較小，對凝結水溶氧含量影響較大；若泄漏點在凝汽器熱阱水位以上，則其對真空影響較大，對凝結水溶氧影響較小。這是因為水面下的漏空點漏入的空氣首先進入凝結水中，在其中經過溶解部分氧氣后進入凝汽器，被抽氣器抽出，故凝結水含氧量會較高；而在水面以上的漏空點，漏入的空氣，在漏入量不超過抽氣器負荷時，大部分空氣首先就會被抽氣器抽出，只有微量氧氣溶于凝結水中。一般漏空點都是在負壓區，隨機組負荷升高，凝汽器背壓提高，因壓差減小，漏入空氣量相對降低。如果漏入量較小，沒有超過兩臺主抽的抽吸能力，凝汽器內真空在負荷升高時，真空升高，凝結水溶氧降低；負荷降低時，與此相反。如果漏入量非常大，則真空會迅速降低，應立即按規程降負荷停機。

4 查找、分析漏空點方法總結

4.1 機組工況

在真空嚴密性試驗不合格或出現漏入空氣的現象時，首先考慮當前機組狀態，判斷機組是一直保持運行，還是剛剛啟動不久，系統狀態未回復正常。若機組啟動不久或者機組工況發生過變動，則應檢查是否有真空系統的疏水門沒有關閉，或者是因機組啟、停導致某些真空系統管道焊口裂縫漏空等。

4.2 運行操作

機組在長期穩定運行中若發現凝汽器真空異常下降，則首先應檢查近期的相關運行操作是否影響真空系統的嚴密性，操作過程中涉及真空系統的設備、閥門狀態是否恢復正常狀態，尤其是疏水閥、放氣閥等。

4.3 其他異常情況

當機組因故障、瞬態等原因發生過甩負荷、負荷突變、重要閥門狀態突變等異常情況時，很容易因溫度、壓力波動較大造成一些薄弱環節的焊接部位、伸縮節等位置產生裂縫，產生漏空點。這些漏空點一般在管道的保溫層內，不易發現。

上面給出的一些分析的方法，希望能夠對快速、有效地查出漏空點起到一點借鑒。綜上所述可知凝汽器的真空并不是越高越好，應當盡量保證在最有利真空條件下運行，及經濟真空下運行。與此同時，凝汽器的汽側嚴密性對真空的維持又是至關重要的，在實際運行中真空的異常下降是一個不容忽視的大問題，原因很多，但主要是真空系統嚴密性下降或抽氣系統故障所致。由于凝汽器的真空對機組的運行至關重要，所以應做到防患于未然，定期檢查相關設備、系統的狀態，才能保證機組的長期穩定運行。

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