淺析汽輪機組真空下降的原因

【摘要】：汽輪機的真空下降會使汽輪機的可用熱焓降減少，除了經濟性降低，汽輪機出力也會降低。排汽缸及軸承座等部件受熱膨脹引起動靜中心改變，汽輪機產生振動。排汽溫度過高，可能會引起凝汽器的銅管脹口松弛，破壞凝汽器的嚴密性，同時軸向推力明顯增加。真空下降使排汽容積流量減小，產生渦流及漩流，同時產生較大的激振力，易使未級葉片損壞。凝汽器的真空水平對汽輪發電機組的經濟性有著直接影響，保持凝汽器良好的運行工況，保證凝汽器的最有利真空；是發電廠節能的重要內容。

【關鍵字】：汽輪機；凝汽器真空；熱經濟性

1. 凝汽器真空形成的原理

汽輪機的排汽進入凝汽器汽側，大流量的循環水送入凝結器銅管內側，通過銅管內循環水與排汽換熱把排汽的熱量帶走使排汽凝結成水，其比容急劇減小而形成真空。凝汽器的真空形成和維持必須具備三個條件：

（1） 凝汽器的銅管必須通過一定的冷卻水量。

（2） 凝結水泵必須不斷的把凝結水抽走，避免水位升高，影響蒸汽的凝結。

（3） 真空泵必須把漏入的空氣和排汽中的其它氣體抽走。

2. 凝汽器真空下降的危害

（1） 使排汽壓力升高，可用焓降減小，降低機組經濟性，降低機組出力。

（2） 排汽溫度升高，可能使凝汽器銅管松弛，破壞凝汽器嚴密性。

（3） 排汽溫度升高，使排汽缸及軸承座受熱膨脹，引起中心變化產生振動。

（4） 汽輪機軸向位移增加，造成推力軸承過載而磨損。

（5） 真空下降使排汽的容積流量減小，對末級葉片的某一部位產生較大的激振力，損壞葉片，造成事故。

3. 凝汽器真空下降的原因

3.1循環水量中斷或不足

3.1.1 循環水中斷

循環水中斷引起真空急劇下降的主要特征是：真空表指示回零；凝汽器前循環水泵出口側壓力急劇下降；冷卻塔無水噴出。循環水中斷的原因可能是：循環水泵或其驅動電機故障；循環水吸入水位過低；循環水泵軸封或吸水管不嚴密或破裂，使空氣漏人泵內等。循環水中斷時，應迅速降汽輪機負荷，并注意真空降到允許低限值時進行故障停機。

3.1.2 循環水量不足

循環水量不足的主要特征是：真空逐步下降；循環水出口和人口溫差增大。由于引起循環水量不足的原因不同，因此有其不同的特點，所以可根據這些特征去分析判斷故障所在，并加以解決：

（1） 若此時凝汽器中流體阻力增大，表現為循環水進出口壓差增大，循環水泵出口和凝汽器進口的循環水壓均增高，冷卻塔布水量減少，可斷定是凝汽器內管板堵塞，此時可采用反沖洗、凝汽器半面清洗或停機清理的辦法進行處理。

（2） 若此時凝汽器中流體阻力減小，表現為循環水進出口壓差減小，循環水泵出口和凝汽器出口循環水壓均增高，冷卻塔布水量減少，可斷定是凝汽器循環水出水管部分堵塞，例如出口閘門未全開等等。

（3） 循環水泵供水量減少，一般循環水泵出力下降、閥門誤關小等原因造成，此時應根據真空降低情況降低負荷，并迅速排除故障。

3.2循環水溫升高

我廠采用冷卻塔的閉式循環供水系統，水溫冷卻主要取決于冷卻水塔的工作狀況。由于飛散及蒸發損失，循環補充用水是較大的，及時補充冷水是保持冷卻水塔有效降溫的重要方面，應定期檢查冷卻塔內的分配管是否正常，出水是否完好，這些因素都直接影響水的分布均勻性，影響其散熱性能，通過每年清洗或更換填料，真空可恢復2%-3%，這樣降低凝汽器進口水溫是提高真空的有效途徑，這比提高循環水量更為有效。可見，循環水溫度對真空影響是很重要的。我廠改造冷卻塔補水方式來降低凝汽器進水溫度。

3.3軸封供汽不足或中斷

軸封供汽不足或中斷，將導致不凝結氣體從外部漏入處于真空狀態的部位，最后泄漏到凝汽器中，過多的不凝結的氣體滯留在凝汽器中影響傳熱，凝結水過冷度增大，不但會使真空迅速下降，同時還會因空氣冷卻軸頸，嚴重時使轉子收縮，脹差向負方向變動，軸封失汽，常由軸封汽壓自動調節失靈或手動調節不當引起，都應開大調門，使軸封汽壓力恢復正常，當軸封汽量分配不均引起個別軸封漏人空氣時，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。

3.4真空泵故障

真空泵工作不正常引起真空下降的特征有：循環水出口水溫與排汽溫度的差值增大；真空泵排氣管向外冒水或冒蒸汽；引起真空泵工作不正常的原因和處理原則如下：

（1） 真空泵轉子部分葉片斷裂，我廠發生多次該類異常情況，現改造為增設射汽器來降低真空泵的汽蝕情況。

（2） 冷卻器臟污，換熱效果差，應隔絕冷卻器交檢修清洗。

（3） 汽水分離器水位低，應及時補水。

（4） 冷卻器的冷卻水量不足，使真空泵內同時充滿沒有凝結的蒸汽；降低了真空泵的工作效率。

3.5凝汽器滿水

凝汽器汽側空間水位過高引起真空下降的原因是：

（1） 凝汽器汽側空間水位升高后，淹沒了下邊一部分銅管，減少了凝汽器的冷卻面積，使汽輪機排汽壓力升高即真空降低。

（2） 如凝汽器水位升高到抽空氣管口高度，則凝汽器真空便開始下降。根據凝結水淹沒抽氣口的程度，開始時真空降低緩慢，以后便迅速加快，這時連接在凝汽器喉部的真空表指示下降。如果不及時采取必要的措施，將有水由真空泵的排氣管中冒出。

造成凝汽器滿水的可能原因如下：

① 凝結水泵故障。

② 凝汽器銅管破裂，此時凝結水水質惡化。

③ 備用凝結水泵的出口閥門關閉不嚴或逆止閥損壞，水從備用泵倒流回凝汽器。

④ 凝結水系統閥門誤操作。

3.6凝汽器冷卻面結垢或腐蝕，傳熱惡化

當凝汽器內銅管臟污結垢時，將影響凝汽器的熱交換，使凝汽器端差增大，排汽溫度上升，此時凝汽器內水阻增大，冷卻水流量減小，冷卻水出入口溫差也隨之增加，造成真空下降。凝汽器冷卻面結垢的主要原因是循環水水質不良，在銅管內壁沉積了一層軟質的有機垢或結成硬質的無機垢，嚴重地降低了銅管的傳熱能力，并減少了銅管的通流面積。

3.7凝汽器水側泄漏

凝汽器銅管泄漏，將使硬度很高的冷卻水進入凝汽器汽側，凝汽器水位升高，真空下降，一旦確認凝汽器銅管泄漏，應立即對銅管做堵管處理。

3.8凝汽器真空系統不嚴密，汽側泄漏導致空氣涌入

真空系統不嚴密，存在較小漏點時，不凝結的汽體從外部漏人處于真空狀態的部位，最后泄漏到凝汽器中，過多的不凝結氣體滯留在凝汽器中影響傳熱，使真空異常下降。一般容易發生漏氣的地點如下。

（1）軸封蒸汽未及時調整好造成軸封斷汽，使空氣從軸封處漏入。

（2）汽輪機排汽室與凝汽器的連接管段由于熱變形或腐蝕穿孔引起漏氣。

（3）給泵密封水或軸加U型水封進空氣到凝汽器。

（4）真空破壞門水封斷水。

（5） 凝汽器水位計接頭不嚴密，或其它與真空系統連接的設備或管道上的計量表連接管有缺陷。

（6） 真空系統的管道法蘭接合面、閥門盤根等不嚴密。

4. 凝汽器真空下降的預防措施

4.1 加強循環水冷卻塔的運行維護

發現填料和配水管損壞時處理。利用小修時及時進行水塔損壞填料的更換和配水管斷裂處的修補，消除部分區域淋水密度過大造成的效率降低，從而提高冷卻塔的效率。

4.2 合理進行循環水泵的調度

根據氣候變化適時調整循環水泵的運行臺數，保證正常循環水量。

4.3 相關系統自動可靠投用

軸封供汽壓力自動、凝汽器水位自動要可靠投用，調整門動作要可靠，并加強對凝汽器水位和軸封汽壓力的監視。維持軸封系統及水封的正常工作；維持好軸封加熱器的正常水位；調整汽輪機軸端汽封間隙，減小軸端漏汽量。

4.4 定期進行汽輪機真空嚴密性試驗

監視真空系統嚴密程度，若結果不合格時，應對汽輪機真空系統進行查漏，堵漏。

4.5 相關保護可靠投入

保護邏輯整定值應符合設計要求，不得任意改變。

4.6保持凝汽器管壁和水側清潔

減輕汽器銅管結垢，定期膠球清洗。

4.7保證循環水水質

防止凝汽器管束結垢，根據化學監督的數據及時進行循環水濃縮倍率的調整。

4.8 加強運行管理

對凝汽器真空，排汽溫度，凝結水水質、溫度，循環水進出口水溫、壓力，凝汽器熱井水位，循環水泵電流各參數定時記錄、分析、比較、處理。

5. 結語

汽輪機組真空系統龐大，與真空有關的設備系統分散復雜，真空下降事故至今仍在汽輪機事故中占相當大比重，而凝汽器內所形成的真空受凝汽器傳熱情況、真空系統嚴密性狀況、冷卻水的溫度、流量、機組的排汽量及真空泵的工作狀況等因素制約。分析機組凝汽器真空度下降的原因，找出應對措施，維持機組經濟真空運行，保證機組安全、經濟運行。

【參考文獻】：

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作者簡介：杜學畢，男，技師，學士學位，主要研究大型汽輪機運行。