外部環境對凝汽器的影響分析及對策

摘 要：凝汽器能夠保證長期穩定地正常運行，除了正確的熱力計算外，還需要了解凝汽器實際運行時所處的環境，外部環境的種種參數的變化會直接影響凝汽器的運行。本文從外部環境的溫度、腐蝕、地震等幾個方面來分析對凝汽器的影響，對凝汽器的設計及運行工作具有重要指導作用。

關鍵詞：凝汽器；溫度；腐蝕；地震

在現代大型電站凝汽式汽輪機組的熱力循環中，凝汽器設備起著冷源的作用，其主要任務是將汽輪機排汽凝結成水并在汽輪機排汽口處建立與維持一定的真空度[1]。凝汽器的運行狀況對汽輪機裝置的效率、功耗等有重大影響，在凝汽器設計時，我們在保證熱力計算結果正確性的基礎上，同時還需掌握季節更替、空氣濕度等外部環境因素變化對凝汽器設備產生的影響，因此準確掌握凝汽器設備的外部環境參數對于凝汽器的設計乃至與整個凝汽式汽輪機組的安全運行都有重要作用。

1.環境溫度的影響

凝汽器的換熱過程是通過循環水泵提供的循環冷卻水將汽輪機排氣口排出的乏汽冷凝成水，當環境發生變化導致循環冷卻水溫度產生變化時，凝汽器的背壓就會發生變化，進而對凝汽器的換熱面積產生影響。

在凝汽器內，蒸汽是在汽側壓力對應的飽和溫度下凝結[2]。當凝汽器中蒸汽和冷卻水的流動近似于逆流情況時，其溫度沿冷卻表面的分布如圖1所示。蒸汽凝結的溫度ts應由下式確定

ts= tw1+Δt +δt= tw1+（ tw2- tw1）+δt （1）

式中：tw1， tw2為冷卻水進，出口溫度；Δt為冷卻水溫升；δt為傳熱端差。從式（1）中可知，凝汽器運行時，通過tw1，Δt和δt可計算得到飽和蒸汽溫度ts，從而求得排汽壓力Ps，進而確定凝汽器的換熱面積。在假定冷卻水溫升Δt和傳熱端差δt不變的情況下，若循環水進水溫度tw1發生變化必然會引起排汽壓力Ps和凝汽器的換熱面積的變化，從而對機組的經濟性產生影響。所以環境溫度決定凝汽器的設計必須考慮到循環水進水溫度變化對背壓和換熱面積的影響以及對機組經濟性的影響。

2.腐蝕的影響

在一些沿海城市，淡水資源匱乏，必須采用海水作為冷卻水，由于海水具有強腐蝕性，這就決定凝汽器的設計必須考慮到海水腐蝕性的影響。

海水是含有多種鹽類的水溶液，其中含有約3%的氯化鈉，使其對鐵的腐蝕速度大大增大。凝汽器中的水室與換熱管中是充滿冷卻水的，當冷卻水采用海水時，作為重要承裝容器的水室必須能夠承受來自海水的腐蝕。通常做法是將水室與海水隔離，即襯里技術。采用內襯涂層、內襯塑料、內襯橡膠等來達到隔離效果，降低海水腐蝕水室的可能性。同時采用陰極保護的電化學保護措施，通過犧牲陽極來減緩海水對水室的腐蝕速率。進而提高設備的壽命。對于換熱核心部件的冷卻管來說，更加必須考慮海水的腐蝕。一旦換熱管被腐蝕穿孔，意味著海水泄漏進入凝汽器以及后續的回熱系統，對于整個機組都有很大傷害。以往我們采用不銹鋼管作為換熱管，但還是不能完全避免腐蝕穿孔的可能，經過長時間的摸索，現在鈦管在我國的濱海電站的凝汽器中得到了相當廣泛的應用[3]，而事實證明鈦管對于海水的抗腐蝕性非常高，并且換熱效果也較不銹鋼有較大提高。

3.地震的影響

由于方方面面的因素制約，有些電廠的選址處于地震帶上，雖然地震發生的概率很小，但是不容我們忽視。

地震所引起的地面振動是一種復雜的運動，總的來講，它是由縱波和橫波共同作用的結果[4]。縱波使地面上下顛動。橫波使地面水平晃動。由于縱波傳播速度較快，衰減也較快，橫波傳播速度較慢，衰減也較慢。

當縱波作用于凝汽器上時，凝汽器有上下波動的趨勢。發生向上趨勢時，由于上面與低壓缸喉部采用膨脹節連接，膨脹節會吸收一部分位移，并且凝汽器殼體板允許發生一定的彎曲；發生向下趨勢時，幾乎全部力量都作用在凝汽器下面的凝汽器底板和底部支座上，這就決定了底板的選材和厚度以及底部支座的布置要求。此外，凝汽器管束兩端采用管板固定，中間采用多個隔板，增加隔板密度可一定程度上降低管子震動，以此來降低地震導致管子震動破裂的可能。

當橫波作用于凝汽器上時，凝汽器有前后波動的趨勢。主要受力在于凝汽器的水室進出水口處的外部管道對于凝汽器的拖拽力，凝汽器水室設計時要對進出水口的開孔補強做細致計算。為了盡量保證凝汽器不發生橫向位移，凝汽器底板支座一定要牢牢固定，這就決定在設計地腳肋和死點座時要考慮地震等級的因素，盡量做到地腳肋和死點座不斷裂，不發生橫向位移。

4.總結

4.1環境溫度的變化可導致凝汽器背壓發生變化，進而對機組經濟性產生影響。

4.2腐蝕的可導致凝汽器換熱管和外殼腐蝕。

4.3地震可導致凝汽器泄漏甚至解體。

本文從三個方面分析了外部環境對于凝汽器的影響，并提出了相應的對策，這對于凝汽器的設計具有一定的意義。其實還有其他的外部環境因素也影響凝汽器的壽命，有待于進一步深入研究。

參考文獻：

[1]張卓澄.大型電站凝汽器[M].北京：機械工業出版社，1992：1

[2]康松，楊建明，胥建群.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2000：115

[3]呂旺燕，蘇偉，劉世念，魏增福.凝汽器的腐蝕與防護研究進展[J].全面腐蝕控制，2014（2）：27

[4]孫家振，李蘭斌.地震地質綜合解釋教程[M].武漢：中國地質大學出版社，2002：1.

作者簡介：耿建華（1987-），男，工程師，主要從事汽輪機設備設計工作。