影響汽輪機真空的因素分析

朱 磊

（華電國際萊城發電廠，山東 萊蕪 271100）

影響汽輪機真空的因素分析

朱 磊

（華電國際萊城發電廠，山東 萊蕪 271100）

介紹汽輪機運行時凝汽器的傳熱過程，分析真空降低原因，提出了改善機組真空的主要措施，提高了真空系統正常運行效率，提升了汽輪機的經濟性和安全性。

汽輪機；凝汽器；真空

一、凝汽器的傳熱分析

1.由于凝汽式汽輪機的排汽處于飽和狀態，因此，凝汽器內蒸汽的飽和壓力和飽和溫度是對應的，為使凝汽器內獲得較高真空，就要使凝汽器內蒸汽的飽和溫度盡量接近冷卻水溫度。而冷卻水量和冷卻面積是有限的，因此當蒸汽凝結放出的汽化潛熱通過管壁傳給冷卻水時，必然存在傳熱溫差。為了能夠在凝汽器內形成較高的真空，減少凝汽器的傳熱端差，通常凝汽器的冷卻水管一般都采用傳熱系數較高的銅材制作，從而使進入凝汽器的排汽與冷卻水之間形成較好的傳熱效果。

2.凝汽器內存在3種換熱：蒸汽在循環水管外壁進行凝結放熱；循環水管內壁與外壁之間發生金屬導熱交換；循環水管內部進行介質的流動換熱。將它們的換熱系數設定為a1、a2、a3，則：1/a1、1/a2、1/a3分別為3個換熱的熱阻，通過對凝汽器換熱系統的理論計算得出3個熱阻：1/a1＜1/a2＜1/a3，傳熱系數表明了傳熱過程的強烈程度，傳熱系數越大，傳熱過程越強，熱阻越小，凝汽器內傳熱性越好，由此可知，凝汽器的真空下降也會相應使得過冷度增加、汽阻增大。

凝汽器里水平排列著很多根銅管，當在上部銅管凝聚水珠下落時，大部分水珠要落在下面銅管上，被冷卻水冷卻，因此，凝結水溫度低于凝汽器排汽壓力下的飽和溫度，他們的差值即為過冷度，凝汽式機組的過冷度一般在為0.5～1℃范圍內。循環水帶走的熱量越多，造成過冷度越大，其溫差損失需要靠鍋爐燃燒更多的燃料來提高。并且過冷度的數值提高會造成凝結水系統中的含氧量增加，從而加快管道和設備腐蝕。此外，循環水帶走凝汽器排汽的汽化潛熱受到排擠并減少，造成凝汽器的真空下降，使得凝汽器的熱經濟性下降。凝汽器內汽阻也受到過冷度的影響，凝汽器抽汽口處壓力相對最低，排汽與漏入空氣的混合物就從凝汽器的喉部向抽汽口流動，流過管束時產生一定動阻力，從喉部到抽汽口一段的壓力降稱之為汽阻，汽阻一般為260 ～400Pa，運行過程中要求汽阻要小一些，因為當抽汽口壓力一定時，汽阻越大，汽輪機的背壓越高，而且當汽阻增加時，過冷度也會隨之增大，從而影響汽輪機的真空。

二、真空度降低原因分析

1.軸封系統。機組軸封設計為0.02～0.06MPa，實際運行中軸封的壓力為0.05MPa。為了確定軸封系統是否漏氣，將軸封壓力從0.05MPa緩慢升高到0.1MPa，并將軸封調節閥的旁路閥門打開，雖然機組現場高點軸封放空處有蒸汽不斷的溢出，但機組的真空度沒有改變。可以確認軸封系統運行正常。

2.凝汽系統。凝汽器系統滿水是汽輪機日常真空度下降的一個主要原因。當汽側空間水位升高后，淹沒了一部分冷凝管，減少了凝汽器的冷卻面積，使汽輪機的排汽壓力升高。如凝汽器水位升高至抽汽口的高度，則凝汽器的真空度下降，根據凝結水淹沒抽汽口的程度，開始真空度降低緩慢，隨后便迅速加快，這時連接在凝汽器喉部的真空表指示下降，而連接在抽空器上的真空表指示上升。此時如果不及時采取必要的措施，將有水由抽氣器的排氣管冒出。現場檢查并重新校驗業務表的結果表明液位顯示正常。

現場兩級射汽抽氣器的抽氣口離熱井液位的距離較長，為分析該液位對系統的影響情況，將熱井的液位控制高度從70%調低到60%，結果表明真空度沒有變化。因此可以確定凝汽系統的液位設置不會影響射汽抽氣器的正常使用。

3.循環冷卻水。在正常情況下，如果沒有操作，機組的循環水不會中斷。檢查發現凝汽器的實際循環水質量流量為660t/h，遠小于設計值1550t/h。

一般凝汽器的循環水冷卻倍率為40～60，按照進汽的質量流量31.5t/h和實際循環水質量流量660t/ h來計算，該機組的冷卻倍率只有21，遠小于正常設計值。

凝汽器管程短路也是影響冷卻效果的重要因素，經過長時間的使用，凝汽器管程隔板有可能在循環水的沖擊下發生變形或產生移位，導致循環水的進水不經過凝汽器的管束而直接形成短路返回回水管線中。但現場測得進水和回水的壓力分別為0.4MPa 和0.3MPa，與系統主管中的循環水進、回水壓力一致，同時測得進、回水的溫差＞15℃，說明凝汽器沒有短路，只是循環水質量流量與實際設計值偏差很大。

4.凝汽器冷卻面積垢。凝汽器冷卻面積垢是日常生產中引起機組真空度下降的常見因素。由于循環水水質差，其中很多雜質可引起凝汽器積垢，影響冷卻效果。檢查說明，導凝口排放的循環水比較渾濁，有時還有泥沙顆粒。這說明經過長時間運行后，凝汽器積垢嚴重，不僅使流體的阻力增大，而且降低了凝汽器的冷卻效果，導致中壓蒸汽做功后不能完全被冷卻，抽空器的負荷過大，凝汽系統達不到所要求的真空度。

5.抽氣器系統故障。機組選用的抽空器為啟動抽氣器，并配有兩級射汽抽氣器，根據設計，開機時先使用啟動抽氣器，而兩組兩級射汽器1開1備，但是正常使用時由于真空度過低，啟動抽氣器和兩級射汽器已經全部投用，系統的真空度仍然達不到正常使用要求。為了確定抽空器工作噴嘴是否堵塞，在降低負荷的情況下進行檢查，發現噴嘴工作正常。但第一級射汽抽氣器的疏水回水管線缺少設計中的U型管水封，只是通過直線管路連接到凝汽器上，與設計不符，造成抽氣器第一段排汽冷卻后，空氣返回凝汽器，使第一級射汽抽氣器失去作用。

三、改造措施

1.按規程規定進行真空嚴密性測試，加強凝汽器進、出口水溫、端差、真空、過冷度等運行參數的綜合分析，找出影響機組真空的主要原因。

2.容易漏入空氣的設備系統，如低壓缸、給水1、2、3號加熱器、軸封系統、對空排汽的管道以及高加疏水擴容器、凝泵、低壓加熱器的抽空氣管等與凝汽器連接的管道和疏水管，特別是凝汽器喉部連接的管道一旦出現裂縫或斷裂將嚴重影響機組的正常運行，因此要在設備檢修時加強查漏堵漏工作，對影響真空的問題制定整改計劃徹底解決。

3.加強凝汽器膠球清洗系統的運行與檢修管理，提高清洗質量。選擇膠球的濕態比重與循環水相近、直徑較銅管內徑大1～2mm的圓形橡膠球，經常檢查膠球的收球率與磨損情況，當膠球磨損減小時，及時更換新球。當回水管收球網前后循環水壓差增大時，立即進行膠球系統反沖洗，一定保證膠球正常有效工作。

4.對于凝汽器系統的射水抽氣器，正常時主要對抽氣器工作水溫的變化進行監視，連續或定期補充冷水，排出內部高溫水，避免工作水溫度太高降低抽氣效率。恰當的選擇出水口的位置和布置高度，當射水抽氣器出水口處于射水池水面下部時，如果出水口淹沒的太深，因為射水管中的水溫比水池的水溫高、比重低，排水管外的壓力過大將抑制抽氣器工作水的排出，從而導致射水抽氣器的抽氣能力下降。

四、結語

影響汽輪機真空下降的原因是多方面的，它與設備的檢修與運行維護都有關系。提高汽輪機的真空對機組的經濟高效運行和提高整個電廠的經濟效益有著現實意義。

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1671-0711（2015）08-0064-02

（2015-06-13）