淺析提升汽輪機真空系統嚴密性

桂樹舉

摘 要： 在現代大型電站凝汽式汽輪機組的熱力循環中，凝汽器是火力發電廠的大型換熱設備，其作用是將汽輪機做功后的低溫蒸汽凝結為水，并在汽輪機排汽口建立與維持一定的真空度。它的工作性能直接影響汽輪發電機組安全連續經濟運行。凝汽器真空指標對全廠熱經濟性影響大，是提高機組熱效率，降低發電煤耗的有力保障。很多機組在投產時候，真空都達不到設計值，真空治理是許多發電廠機組都要做的工作，也是一個長期的工作，本文以某電廠2號機組為例，總結了該機組提高機組真空嚴密性的治理過程，發現影響該機組真空系統嚴密性的幾個主要因素，包括低壓軸封供汽、軸加U形管水封，水環真空泵出力等不合格原因，同時對這些影響因素產生的原因進行分析，提出提高機組真空嚴密性的方法，減少漏入凝汽器內部不凝結氣體的量，提高凝汽器工作性能，維持機組較高的真空度運行，以便直接提高整個汽輪機組的熱經濟性。本文旨在通過真空治理經驗交流，對真空影響較大的一些因素進行分析討論，來闡述真空治理的方式方法，向同類型問題機組提供借鑒。

關鍵詞：真空嚴密性 軸端漏氣 故障分析處理

中圖分類號：TK263 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0230-02

引言

在各類型凝汽式發電機組的各種輔助設備中，凝汽器是非常重要的設備，他的工作如何將直接影響汽輪機安全可靠性和全廠熱經濟性，真空度對凝汽器是一個非常重要的指標，也是一個綜合反映凝汽器工作好壞的重要依據，與許多因素息息相關，真空負壓系統連接的是一個相對龐大且復雜的系統。凝汽器真空度受凝汽器清潔情況，傳熱效率情況、嚴密性如何、循環冷卻水的壓力、溫度、流量，真空泵等抽氣器的工作情況好壞等因素制約，因此本文在此分析機組真空系統嚴密性不合格原因，對癥下藥找出解決真空度下降的方法措施，提升凝汽器工作質量，提高機組真空度，以便直接提高熱力發電廠的的熱經濟性和效率。

凝汽器真空的建立，在機組啟動階段與正常運行中的機理是不同的，在機組啟動時，凝汽器真空的建立依賴于真空泵（抽氣器）將凝汽器中的空氣抽出，而機組正常運行中的真空的形成是因為排汽進入凝汽器后，受到冷卻介質（循環水）的冷卻而凝結成水，氣體凝結成水后，其體積成千上萬倍的縮小，原來由蒸汽充滿的容器空間就形成了真空，在理想工況下，只要進入凝汽器的冷卻介質不中斷，則凝汽器內的真空便可維持在一定水平上，但實際上，汽輪機組排汽總帶有一些不可凝結的氣體，處于高度真空狀態下的凝汽器和其它設備也不可能做到完全密封，總有一些空氣通過不嚴密處漏入真空系統中，這些氣體的存在，影響凝汽器的傳熱，使凝汽器的端差增大，進而影響凝汽器的真空。所以說，必須靠真空泵（抽氣器）將不凝結氣體不間斷的抽出來，使這些氣體不至于在凝汽器中積累而造成真空破壞。

在循環水系統流量和壓力都滿足要求情況下，汽輪機凝汽器真空低的分析及處理 以某發電廠#2機組來做參考，分析引起汽輪機凝汽器真空度下降的原因主要有軸封供汽、真空泵故障或出力不夠、凝汽器臟污，凝汽器水側泄漏、凝汽器真空系統不嚴密，汽側泄漏導致空氣涌入等。

一、軸封供汽不足

該機組軸封系統為自密封系統，正常運行時候，低壓軸封供汽起源為高中壓缸軸封漏氣，經調節閥后對低壓缸軸封進行密封。軸封供汽不足，將導致空氣和不凝結氣體從外部漏入處于真空狀態的部件，間接通過軸封泄漏到凝汽器中，由于凝汽器中存有大量不凝結的氣體，會使排氣溫度升高，真空緩慢下降，凝結水過冷度增大，循環水溫升增高，同時在軸封處冷卻汽輪機軸頸，嚴重時使轉子因受冷卻而收縮，負脹差增加，威脅汽輪機差脹系統和整個軸系安全，甚至有機組跳閘或受損的隱患。當軸封汽量分配不均引起個別軸封漏入空氣時，應調節軸封汽分門，重新分配各軸封汽量，汽源本身壓力不足，應設法恢復汽源，軸封汽壓力低甚至到零在處理過程中，應關閉軸封漏汽門。

處理方法： 1.1對軸封汽進汽回汽進行調整； 1.2對#2機低壓缸東側進汽回汽管線進行改造。 1.3利用大修時機，對機組低壓缸后軸封間隙進行調整。

二、真空泵故障或出力不夠

真空泵系統是用來建立和維持汽輪機組的低背壓和凝汽器真空，正常運行時不斷地抽出不同途徑漏入汽輪機及凝汽器的不凝結氣體。機組正常運行時，保證一臺真空泵運行就能滿足汽輪機在各負荷工況下抽出凝汽器內的空氣及不凝結氣體的需要。它在真空系統中擔當著非常重要的作用。某發電廠#2機運行時真空嚴密性不合格，長時期運行2臺真空泵進行維持機組運行。 處理方法：對#2機組真空泵進行改造，為了克服水環泵技術性能上的缺陷，在水環泵前設置噴射器，組成一套技術性能完善的抽氣設備。這種抽氣設備能適應機組的起動和運行工況，是一套高效率的抽氣設備，并且能有效地改善真空泵的工作性能、延長使用壽命和安全可靠性。

改造后效果

1.能有效地延伸水環泵的工作范圍，并提高極限真空，實現機組的經濟運行。

2.使水環泵避開高真空的不穩定區段運行，改善汽蝕性能，延長設備運行壽命，提高可靠性。

3.機組起動和運行工況分別由水環泵和“前置噴射器+水環泵”的運行方式相適應，實現抽氣設備高效能低消耗運行。”

4.克服水溫對水環泵性能的影響，為了節水可使用一次除鹽水或凝結水直接供水。

三、凝汽器結垢

凝汽器循環水中含有各種雜質，懸浮物及微生物，時間長了，會造成凝汽器銅管（或鈦管）結垢和堵塞，當凝汽器內銅管（或鈦管）由于長時間運行結垢或臟污時，會阻礙冷卻水和低壓缸排氣的熱交換，使排汽溫度上升，真空降低，端差增大。凝汽器結垢或臟污會引起循環水阻力增大，循環水壓力升高而流量降低，凝汽器通流面積減小而換熱效果差，循環水溫升也隨之增加，真空下降造成汽輪機熱耗增加，降低發電廠經濟性。凝汽器冷卻面結垢的主要原因是循環水水質不良，在銅管（或鈦管）內壁沉積了一層軟質的有機垢或結成硬質的無機垢，嚴重地降低了銅管（或鈦管）的傳熱能力，并減少了銅管（或鈦管）的換熱效果。

處理方法：

1.利用機組停運對凝汽器冷卻管進行清洗除垢，保證管道內無結垢現象。

2.正常運行中采用的是膠球沖洗。

四、凝汽器水側銅管（或鈦管）

由于長時間腐蝕等原因泄漏，是熱力發電廠凝汽器比較常見的影響安全和經濟的故障之一。凝汽器銅管（或鈦管）泄漏，將使循環冷卻水通過泄漏點進入凝汽器，在凝結水泵處理不變的情況下，因凝汽器凝結水平衡被打破而造成水位升高，淹沒部分凝汽器銅管（或鈦管）更少減少傳熱面積而真空下降，此外還使凝結水質量變的，特別是硬度指標嚴重超標，如果是海水冷卻還會造成凝結水含鈉鹽量大幅度上升，造成與之相關的加熱器、省煤器、水冷壁、過熱器和再熱器以及汽輪機噴嘴、調門、葉片等設備結垢和腐蝕，嚴重時可導致鍋爐受熱面腐蝕或超溫爆管、汽輪機通流部分噴嘴葉片嚴重結垢積鹽受損害。

處理方法：

1.機組停運或檢修時，凝汽器清洗結束后對凝汽器進行壓磅找漏，對找出的漏管進行封堵。

2.機組正常運行時發現水質硬度偏大時，應該降低機組出力進行半邊解列找漏，必要時申請停機停爐處理。

五、凝汽器

由于和其相連的疏水管道等系統設備較多，系統復雜多樣，就不可避免存在不嚴密處，導致凝汽器真空系統有空氣漏入。如果真空系統漏點較大，會使凝汽器真空下降較多，機組出力在相同蒸汽壓力、溫度、流量等參數時候負荷會下降，這類大漏點只要花功夫分析查找，一般是可以容易找到并解決；但如果真空系統存在漏點較小時，空氣等不凝結的汽體從不嚴密處漏入處于凝汽器真空狀態的部位，如果空氣和不凝結氣體長時間累積較多，將會影響凝汽器傳熱，使真空緩慢下降，這時真空泵等抽吸設備出力會緩慢增加，當系統漏汽量和真空泵抽氣量達到動態平衡時候，真空不再下降，保持穩定在某一定值。凝汽器出口循環水溫與汽輪機排氣溫度的差值緩慢增加少許、凝結水過冷卻度略增大。通常情況下，容易發生漏氣的地點一般在下列各處：

1.軸封蒸汽調節閥失靈或操作不當，不能根據負荷等變化調整好軸封供汽，造成軸封汽壓力低甚至斷汽或，讓空氣等不凝結氣體從軸封處漏入，特別容易發生在機組甩負荷或由于調度等原因負荷指令突然大幅度降低時。

2.汽輪機低壓缸排汽部分與凝汽器是彈性連接，但連接段由于長時間腐蝕或溫度熱變形引起出現微小細孔漏氣。

3.低壓缸真空事故破壞門水封水位低或斷水，導致空氣漏入。

4.凝汽器真空系統連接的設備或管道包含計量表計等連接管有問題缺陷，如水位計接頭不嚴密等。

5.凝汽器真空系統由于管道法蘭眾多，故其閥門盤根或接合面多多少少會出現不嚴密，特別是抽氣器空氣抽出管上的空氣門盤根不嚴密等。

6.低壓缸大氣薄膜閥（安全閥）破損導致不嚴密。

7.如給水泵密封水回水至凝汽器，回水箱水位低。

8.凝結水泵入口處于高度負壓狀態，其機械密封或盤根密封處可能有空氣漏入，嚴重時候回導致凝結水泵氣化工作失常。

處理方法：

（1）真空系統找漏：利用停機時機，對真空系統壓磅，水壓至低壓缸軸封下部，查找漏點并消除。

（2）對低壓缸大氣薄膜閥（安全閥）進行檢查：檢查是否有損壞并消除或更換。

（3）運行中調整好軸封供汽參數。

（4）調整好自動排氣門或真空破壞門水封。

（5）調整好給水泵密封水回水箱水位正常。

（6）調整好凝結水泵的密封水壓力和流量，可輕微向外滴水以保持不讓空氣漏入負壓系統。

結論

汽輪機組凝汽器真空系統比較龐大，真空問題的比較普遍也較治理困難。本文從主要影響凝汽器負壓的系統及設備做了整理敘述，得到以下結論：

1.首先必須檢驗真空嚴密性，可做真空嚴密性試驗確認漏量，發現漏點后及時消除漏空氣現象。目前許多廠汽輪機真空系統檢漏的常用方法灌水法，簡易實用有效。

2.保證軸封進汽壓力調節閥和軸封減溫水調節閥工作正常，運行中注意調整軸封氣進汽和回汽分路閥門位置，找出在真空最好時候的閥門最佳開度，保證低壓缸汽封供汽壓力、溫度等參數正常。

3.保持凝汽器管壁和水側的清潔度，減輕凝汽汽器銅管（或鈦管）結垢，目前最有效的方法是膠球清洗。

4.在設計和制造階段，應充分考慮低壓缸和凝汽器連接等處膨脹問題，減少受損漏氣；

5.對泄漏的法蘭、閥門及管道及時更換，提高真空系統嚴密性。

6.嚴把安裝和大修關口，調整好軸封間隙及軸封漏氣量。

7.進行真空系統改造，提高真空泵組工作效率。

8.對軸封加熱器下部U形管水位在投運前期，可以先進行注水。

9.運行中調整好各加熱器，疏水箱等水位，調整好各密封水量在合適參數，減少漏氣進入凝汽器。

參考文獻

[1]劉愛忠.汽輪機設備及運行[M]北京：中國電力出版社.2003.

[2]鄒玉波.凝汽輪機真空下降的原因分析及預防.[J]熱電技術. 2004.1.

[3]張發明.300MW機組凝汽器真空問題的研究.[J]汽輪機技術，2002，44（2）：114～116.

[4]胡念蘇.汽輪機設備及系統[M]北京：中國電力出版社. 2003.