凝汽器真空度下降的原因及處理

張承紅，王貴龍

(中船重工第七○四研究所，上海 200031)

0 概 述

凝汽器的真空度是凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組重要的技術(shù)指標(biāo)之一。真空度高的機(jī)組耗汽量較少，運(yùn)行效率高。真空度每下降1%，將使汽輪發(fā)電機(jī)組的汽耗平均增加1%～2%[1]。因機(jī)組負(fù)載的變化，允許真空度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。低負(fù)載時(shí)，真空度較高。高負(fù)載時(shí)，真空度相應(yīng)有所降低，但不得低于額定工況下的設(shè)計(jì)值。因此，當(dāng)真空度下降，且偏離了額定工況設(shè)計(jì)值時(shí)，需停機(jī)對(duì)凝汽器進(jìn)行檢修處理。

某船用汽輪發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，在高負(fù)載時(shí)凝汽器的真空度緩慢下降，真空度由正常值逐步降低至報(bào)警值，機(jī)組無法正常運(yùn)行，只能停機(jī)進(jìn)行原因分析和處理。

1 系統(tǒng)的組成

凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的凝水系統(tǒng)由汽輪機(jī)、凝汽器、射汽抽氣器、汽封壓力調(diào)整器、疏水器、電動(dòng)凝結(jié)水泵和水位調(diào)節(jié)器及互相連接的管路等組成，系統(tǒng)各部分的組成，如圖1所示。汽輪機(jī)做功后的乏汽，通過后汽缸排入連接在缸體底部的凝汽器中進(jìn)行冷卻和凝結(jié)，轉(zhuǎn)變成凝結(jié)水。射汽抽氣器抽除凝汽器中的空氣和少量未凝結(jié)的蒸汽混合物，使凝汽器腔體內(nèi)壓力始終維持在小于-0.08 MPa的真空狀態(tài)。水位調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)凝汽器熱井內(nèi)的凝結(jié)水水位，使水位始終維持在特定的范圍內(nèi)。汽封壓力調(diào)整器調(diào)節(jié)控制汽輪機(jī)前后汽封，使軸封壓力保持在正常的范圍。電動(dòng)凝結(jié)水泵抽出凝汽器熱井中的凝結(jié)水，并將凝結(jié)水送入射汽抽氣器冷卻室內(nèi)換熱，回收熱量后被排入外部系統(tǒng)。

圖1 凝水系統(tǒng)的組成

2 異常現(xiàn)象

機(jī)組滿負(fù)載連續(xù)運(yùn)行約700 h后，凝汽器的真空度開始緩慢下降，繼續(xù)運(yùn)行約300 h后，額定工況下的真空度由-0.081 MPa降低至-0.070 MPa。在凝汽器冷卻水的溫度維持20℃的情況下，調(diào)節(jié)冷卻水量，使冷卻水量緩慢增加，提高凝汽器的換熱量以維持凝汽器真空度，但真空度依然在逐步降低。當(dāng)冷卻水流量達(dá)到最大值時(shí),仍無法改變真空度下降的趨勢(shì)。真空度下降及冷卻水流量增加隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，如圖2所示。

圖2 真空度及冷卻水流量的變化曲線

3 引發(fā)真空度下降的因素

3.1 射汽抽氣器工作異常

射汽抽氣器運(yùn)行異常會(huì)直接導(dǎo)致凝汽器真空度的下降或破壞。引起射汽抽氣器運(yùn)行異常的原因有：是抽氣器混合室腔體內(nèi)墊片失效、密封被破壞造成了漏氣、抽氣器表面式冷卻器的冷卻管被堵塞，因而使凝結(jié)水的溫度過高或再循環(huán)的流量變小。在冷卻器的冷卻表面上，部分冷卻器管有泄漏，且較臟。蒸汽進(jìn)口處的濾網(wǎng)有雜物，工作噴嘴的喉部被堵塞，疏水器不能正常疏水。

3.2 漏氣量增加

汽封壓力調(diào)整器工作異常或汽輪機(jī)端部軸封的密封不良，將引起汽封系統(tǒng)漏氣量的增加。另外，凝汽器殼體以及凝汽器與排汽缸之間各法蘭接口密封失效，也形成了漏氣。漏氣量增加引起真空度下降[2]。

3.3 冷卻水量減少或冷卻水溫升高

冷卻水供水量減少或冷卻水溫升高，導(dǎo)致滿負(fù)載時(shí)凝汽器無法完全冷卻汽輪機(jī)的工作乏汽，引起凝結(jié)水溫度的升高，增加射汽抽氣器的工作負(fù)荷，導(dǎo)致真空度下降。

3.4 凝汽器冷卻面有污垢

凝汽器冷卻面包括了凝汽器水側(cè)的端蓋部分和冷卻管的內(nèi)表面，若在內(nèi)表面上有污垢，會(huì)使凝汽器內(nèi)的傳熱效果變差，造成壓力增高，真空度下降。冷卻效果不佳，將使凝汽器的凝水溫度升高。管內(nèi)結(jié)垢也使冷卻水的流量減少，在相同的工況下，降低了凝汽器的真空度。

4 原因分析

當(dāng)射汽抽氣器的工作蒸汽的品質(zhì)和流量為正常值時(shí)，工作噴嘴、殼體和冷卻室結(jié)構(gòu)均無異常。汽輪機(jī)軸端汽封，汽封壓力調(diào)整器、疏水器的運(yùn)行正常，凝汽器外部法蘭已被重新緊固密封。凝汽器冷卻水流量、溫度和水位均正常。當(dāng)機(jī)組滿載時(shí)，凝汽器的凝結(jié)水溫度明顯偏高，高于額定工況下真空度對(duì)應(yīng)的飽和溫度。凝汽器管側(cè)水阻力異常增大,遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值30 kPa。同一工況下凝汽器的真空度變低,在高負(fù)載時(shí)真空度明顯低于額定工況下的設(shè)計(jì)值。凝水溫度和水阻力隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，如圖3所示。

由圖3可知，凝汽器凝結(jié)水溫度隨著運(yùn)行時(shí)間的增加緩慢升高，高負(fù)載時(shí)，水溫從原56℃升高至65℃。凝汽器管側(cè)的冷卻水水阻力也逐步加大，阻力由原36 kPa升高至106 kPa。由此可判斷，凝汽器的傳熱狀態(tài)變差，冷卻能力在下降，在管側(cè)內(nèi)部冷卻面上，可能存在污垢，或管內(nèi)有堵塞現(xiàn)象。

圖3 凝結(jié)水溫度和水阻力的變化曲線

分解凝汽器后，打開兩側(cè)端蓋，發(fā)現(xiàn)端蓋和管束內(nèi)部管壁上附著了淡黃色黏性軟垢，厚度為0.5 mm。被污垢黏附的冷卻面，如圖4所示。

圖4 被污垢黏附的冷卻面

污垢的存在降低了凝汽器的傳熱能力，隨污垢厚度的增加，降低了凝汽器的傳熱系數(shù)，導(dǎo)致抽氣流量增加，進(jìn)而抬高了凝汽器背壓，出口端差也隨之有所升高。換熱管的冷卻能力嚴(yán)重下降，蒸汽無法及時(shí)凝結(jié)，造成真空度下降。定量分析了污垢對(duì)凝汽器傳熱性能影響，經(jīng)分析可知，污垢厚度每增加0.05 mm，凝氣器背壓升高約210 Pa,出口處溫差升高約為0.9℃[3]。當(dāng)污垢厚度達(dá)到0.5 mm，凝氣器背壓升高約2 100 Pa,出口處溫差升高約9℃。在額定工況下，要求真空度為-0.08 MPa，積垢后，真空度約為-0.059 MPa，低于報(bào)警值-0.06 MPa。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)凝水溫度升高和真空度下降情況與數(shù)據(jù)分析結(jié)果也相吻合，所以，是污垢導(dǎo)致了凝汽器真空度的下降。

5 處理和試驗(yàn)驗(yàn)證

采用高壓射流技術(shù)對(duì)凝汽器進(jìn)行了清洗。利用高速水流沖刷端蓋內(nèi)側(cè)和所有換熱管內(nèi)壁，完全清除換熱面上的污垢，恢復(fù)了冷卻管鈦管原有的金屬光澤。清理后的換熱管，如圖5所示。

圖5 清洗后換熱管

清洗后，完成了凝汽器的密封試驗(yàn)。機(jī)組重新啟動(dòng)，通過運(yùn)行試驗(yàn)進(jìn)行性能驗(yàn)證，凝汽器的凝結(jié)水溫度和水阻力恢復(fù)為正常值，真空度也得到恢復(fù)，凝汽器故障被消除。

6 結(jié) 論

影響汽輪發(fā)電機(jī)組真空度下降的因素有很多。通過分析運(yùn)行中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，判斷了引發(fā)故障的原因。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較久的機(jī)組，凝汽器冷卻面存在污垢是引起真空度降低較為常見的原因，需引起重視，必要時(shí)，應(yīng)提前采取預(yù)防措施。