空冷島抽真空過冷原因分析及處理措施

馬云輝

摘 要 某電廠100MW直接空冷機組在冬季運行中長期間斷性存在抽真空過冷現象。本文從運行方式、參數調整等方面，對其產生的原因進行分析，并提出了相應的處理措施，為其他直接空冷機組出現同類現象提供借鑒和參考。

關鍵詞 直接空冷；抽真空過冷；原因分析；處理措施

中圖分類號 TM6 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）162-0142-02

1 設備簡介

某電廠擁有3臺UG-440/10-M高溫高壓、單汽包橫置式、單爐膛、自然循環CFB鍋爐和2臺NZK100—9.32/535單軸、雙缸、高壓、軸流、直接空冷、凝汽式汽輪機的母管制機組。

汽輪機直接空冷系統：汽輪機低壓缸排出的乏汽，經過排汽管道進入空冷系統的順流凝汽器，在管束外空氣的冷卻作用下，蒸汽開始凝結。冷卻所需的冷空氣由空冷風機吸入周圍空氣供給。不凝結的氣體和蒸汽進入順流凝汽器進一步凝結，在順流凝汽器里不凝結氣體被水環式真空泵抽吸排入大氣。形成的凝結水進入汽輪機排汽裝置，凝結水再經凝結水泵打至汽輪機凝結水系統。

2 提出問題

2014年12月31日#1機啟動后，真空系統間斷性的發抽真空過冷保護動作信號，伴隨著10、20、30、40排凝結水溫度有過冷現象，抽真空溫度嚴重偏低。

針對這一情況，技術人員通過分析并采取相應的措施，使抽真空過冷問題得到解決，確保了真空系統安全穩定運行，為機組的安全經濟運行奠定了基礎。

3 空冷島抽真空過冷原因分析

機組真空系統嚴密性不良，將會導致空冷島散熱面內部積聚大量不凝結氣體，根據道爾頓定律：混合氣體的全壓力等于各組成氣體的分壓力之和。空冷島內的總壓力（即背壓）等于不凝結氣體的分壓力與水蒸氣的分壓力之和。不凝結氣體的積聚使水蒸氣的分壓力減小，其對應的飽和溫度降低，造成空冷島凝結水溫度降低，形成抽真空過冷，具體原因分析如下。

3.1 真空泵出力不足

2015-1-10，負荷72MW，背壓突然由20kPa升高至22kPa，升高2kPa，調整空冷風機頻率，將背壓調整至20kPa，發現抽真空溫度由原來的55℃降至51℃，降低了4℃。立即派人檢查真空泵運行情況，發現真空泵汽水分離器溢流管冒汽，立即切換備用真空泵運行。隨后，背壓和抽真空溫度恢復正常值。經檢查發現真空泵冷卻器臟堵，嚴重影響換熱效果，從而影響真空泵效率。清理冷卻器后，真空泵運行正常并采取定期切換真空泵運行的方法，切換后及時清理冷卻器，保證真空泵達到較好的工作條件。

為了進一步提高真空泵的出力，我們又從2方面進行了改進。

第一，我們將凝結水供真空泵密封水改為冷卻水供密封水。凝結水供真空泵密封水溫度較高，會造成密封水部分汽化，產生的氣體排擠真空泵抽汽量，造成真空泵出力不足，從而引起抽真空溫度降低。

第二，通過觀察與比較，我們將真空泵補水連鎖進行了調整：當汽水分離器水位不大于35%時，自動開啟補水電磁閥；當汽水分離器水位不小于50%時，自動關閉補水電磁閥。實際運行表明，調整真空泵補水連鎖后，汽水分離器能夠保持正常的水位，保證了真空泵在較好的條件下工作，從而將抽真空溫度提高。

3.2 真空系統泄漏

為了防止由于真空系統、疏水系統和凝結水系統的閥門法蘭漏入空氣，而導致空冷島抽真空過冷，檢修人員應用火焰查找法，對這些閥門法蘭進行檢查，對泄漏的閥門法蘭進行重新緊固或抹黃油、密封膠等方法處理。對內漏嚴重的閥門法蘭進行全部更換。工作結束后，抽真空過冷未見減輕，排除閥門法蘭漏入空氣而導致抽真空過冷的原因。

當檢查到低壓缸前后軸封時發現：1號機低壓缸前后軸封嚴重漏汽，于是對低壓缸前后軸封供汽調門進行手動控制調節。

2015-1-1，#1機負荷18MW，背壓27.1kPa，低壓軸封壓力0.020MPa、溫度120℃，真空泵電流107A，抽汽溫度61℃～55℃。此時是因為負荷低，環境溫度-5℃，一直保持高背壓運行。

而在2015年1月4日負荷帶至81MW時，背壓20.2Kpa，低壓軸封壓力0.023MPa、溫度131℃，真空泵電流107A，抽汽溫度61℃～45℃，凝結水溫度58℃～43℃，電流101A。此工況下，背壓降低了將近7kPa，而軸封壓力只提高了0.003MPa，真空泵電流降了6A。

在2015年1月10日，負荷73MW，背壓17.8kPa，將低壓軸封壓力有意調至0.029MPa、溫度140℃，真空泵電流95A，抽汽溫度55℃～53℃，凝結水溫度55℃～54℃。此工況下，背壓降低了將近3kPa，而軸封壓力只提高了0.006MPa，真空泵電流又降了6A。

經過多次調整試驗，發現#1機真空系統過冷、抽真空溫度偏低、凝結水溫度過冷，是由于背壓變化后，低壓軸封壓力未能及時調整跟進，導致環境空氣被吸入真空系統，空氣占據了汽空間，反應出抽真空溫度過冷、真空泵電流大等現象。

在背壓變化過程中，大氣壓力不變，為了維持背壓設定值，空冷風機轉速增大導致過冷現象發生。而低壓軸封這個負壓區的壓力未能對應提高，導致空氣被吸入排汽裝置，進而導致真空泵電流增大。

通過提高低壓軸封壓力后，所有問題全部消除。所以在背壓低于20kPa以下時，必須將#1機低壓軸封壓力保持在0.028MPa～0.030MPa之間，才可以保證低壓軸封密封的可靠性。經過對比#2機，也可以得知#1機低壓軸封間隙過大。總之應該以就地低壓軸封不吸氣為原則，參數變化，相應調整也進行跟進。

3.3 空冷風機運行方式調節不當

2016-1-15，負荷70MW，背壓20kPa，環境溫度為-8℃，#1機低壓軸封壓力0.03MPa，就地低壓軸封不吸氣，40排仍然出現抽真空過冷，這時我們開始著手調節空冷風機轉速來調節抽真空溫度。我們將40排逆流風機手動停下并開始回暖，回暖5min后，開始停止回暖并恢復該風機自動。此措施暫時將抽真空溫度升高了起來，但是不到幾分鐘，溫度又開始下降并降至回暖前溫度。這說明逆流風機的回暖只是解決了一時的抽真空過冷，未能徹底解決問題。

我們開始逐漸降低逆流風機轉速，抽真空溫度有了些許回升，當降至最低轉速時抽真空溫度回升了5℃不再變化，之后開始降30排轉速，降得過程中在背壓未變的情況下抽真空溫度竟然下降了2℃，經分析是由于同組之間運行的兩列順流風機頻率差距過大，導致順流散熱片進汽量、熱負荷不均勻，發生了局部過冷卻的現象，于是我們在調整風機轉速時，順流風機應同時進行調節。抽真空溫度逐漸上升至正常值。

2016-1-16，負荷低至32MW，背壓20kPa，環境溫度降至-14℃。40排又出現了輕微的過冷現象，此時逆流風機和順流風機運行頻率已達至最低，我們采取了兩種措施，第一種措施：將40排順流風機停運，并將風機風筒蓋上帆布，逆流風機頻率降至最低；此時抽真空溫度升高了5℃。第二種：將逆流風機停運，順流風機最低頻率運行，抽真空溫度逐漸上升了10℃。如果溫度繼續降低，我們將停運該排所有風機，切除該排運行，關閉進汽門和凝結水回水門。雖然停運逆流風機實踐中效果較好，但也有一定風險：可能在逆流區產生較大的汽阻，集聚大量不凝結汽體，影響機組的安全穩定運行，可是只要我們嚴密監視機組背壓和真空泵電流變化情況，當機組背壓和真空泵電流升高時，立即啟動逆流排風機，或是啟動備用真空泵這種風險是完全可控的。

總之，以上操作說明：在調整風機轉速時，逆流風機和順流風機應共同進行調節。調整原則是盡量保證各組之間、同組之間運行的順流散熱片進汽量、熱負荷均勻，盡可能保持各排中風機多投、低頻運行。環境溫度較低時，可以停運逆流排風機，做好風險預控。

3.4 啟動一臺備用的真空泵

2016-2-1，負荷80MW，背壓20kPa，環境溫度降至-16℃，抽真空和凝結水溫度同時降低，調節低壓軸封壓力和調節空冷風機運行方式依然不見回升，因為負荷較高，不能一味地降低風機頻率，因為機組背壓不變的情況下，降低某排風機的頻率其他風機的頻率將升高，可能影響到其他排的過冷度，此時如果排汽溫度與相應排的抽真空的平均溫度之差超出15℃，并持續時間600s，聯投一臺備用真空泵，增加空冷島的抽吸能力，抽真空溫度和凝結水溫度開始回升。

3.5 背壓設定值不當

2016-2-18，負荷80MW，背壓20kPa，環境溫度降至-24℃，有兩臺真空泵運行，抽真空和凝結水溫降低，這時將機組背壓值設高3kPa，直至抽真空和凝結水溫度恢復正常值。

4 問題解決

當發生抽真空過冷時，我們應先判斷檢查真空泵出力情況：檢查真空泵冷卻器出口水溫是否正常；真空泵汽水分離罐液位是否正常，之后根據背壓值調節低壓缸軸封壓力，以就地低壓軸封不吸氣為原則進行調整。

通過上述2種措施，如果過冷現象未消失，再通過調節空冷風機運行方式，重新分配各冷卻單元的熱負荷，用熱蒸汽將空冷管束內積聚的不凝結氣體排擠出去。

如果前3種措施仍不能消除抽真空過冷現象，通過啟動備用真空泵的方法，進一步將散熱面內積聚的不凝結氣體排出。當然，當環境溫度很低時，即使啟動備用真空泵，依然會出現抽真空過冷的現象，此時我們應該提高機組背壓設定值，直至抽真空過冷現象消失。

5 結論

在空冷系統運行監測中，一定要加強對抽真空過冷問題的處理，通過分析抽真空過冷產生的原因，逐一進行解決。保證機組凝結水的品質和空冷島的防凍工作順利進行。從而，提高機組換熱效率及經濟性，保證機組安全穩定運行。