火電機(jī)組真空溶解氧超標(biāo)分析和解決方法

郝東偉

摘 要：分析火電機(jī)組真空和溶解氧超標(biāo)造成的危害，介紹凝汽器如何形成真空以及影響機(jī)組真空和凝結(jié)水含氧的主要因素，結(jié)合某熱電廠220MW機(jī)組真空系統(tǒng)存在的諸多問題以及解決過程，提出分析真空嚴(yán)密性及凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)的一些方法和解決措施，供相關(guān)專業(yè)人員借鑒。

關(guān)鍵詞：真空;嚴(yán)密性;凝結(jié)水;溶解氧

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.116

1 前言

凝汽器真空度是火電機(jī)組汽輪機(jī)一項(xiàng)重要的運(yùn)行指標(biāo)，它對機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性起著至關(guān)重要的作用。凝汽器真空度出現(xiàn)大幅下降，汽輪機(jī)排汽溫度就會大幅上升，引發(fā)排汽缸變形，軸承箱位移和轉(zhuǎn)子中心偏移，易造成汽輪機(jī)發(fā)生動靜部分徑向碰磨，振動異常增大甚至發(fā)生重大設(shè)備損壞。相同負(fù)荷下，凝汽器真空度降低，汽耗量增大，低壓缸末級葉片可能超負(fù)荷，轉(zhuǎn)子軸向推力增大，推力軸承易發(fā)生過負(fù)荷損壞，造成汽輪機(jī)發(fā)生動靜部分軸向碰磨，同樣會引起振動增大和重大設(shè)備損壞。同時(shí)汽耗量增加，將增大汽輪機(jī)能量損耗，凝汽器的真空每降低1%，機(jī)組的熱耗也將增加1%，嚴(yán)重降低火電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

凝結(jié)水溶解氧是火電機(jī)組重要化學(xué)監(jiān)督指標(biāo)之一，而凝結(jié)水溶解氧通常與火電機(jī)組真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性緊密相關(guān)。凝汽器真空度低，真空泄漏率超標(biāo)，大多伴隨著凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)。金屬和氧會形成原電池作用，因鐵的電極電位比氧低，在鐵氧腐蝕電池中，鐵就成為陽極，會被腐蝕。含有大量氧的凝結(jié)水會對軸封加熱器、高低壓加熱器等除氧器前回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)備及附屬管道造成腐蝕。《火力發(fā)電廠水汽化學(xué)監(jiān)督導(dǎo)則》中規(guī)定，鍋爐給水溶解氧應(yīng)≤7ug/L，凝結(jié)水中的含氧量超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)，受除氧器除氧能力的限制，經(jīng)除氧器除氧后的鍋爐給水中氧含量也很可能發(fā)生超標(biāo)情況。因?yàn)榻o水系統(tǒng)運(yùn)行溫度較高，給水管道和省煤器更易產(chǎn)生氧腐蝕。如發(fā)生嚴(yán)重的氧腐蝕現(xiàn)象，腐蝕產(chǎn)物Fe2O3和Fe3O4常以疏松多空狀態(tài)附著在金屬表面上，其本身沒有保護(hù)性，一旦形成腐蝕點(diǎn)，將繼續(xù)擴(kuò)大腐蝕形成鼓包，鼓包下的金屬因與周邊金屬存在電位差，又會產(chǎn)生腐蝕電池現(xiàn)象，腐蝕情況會越發(fā)嚴(yán)重，形成潰瘍狀，繼而發(fā)生泄漏。氧腐蝕會嚴(yán)重影響鍋爐傳熱效率，腐蝕產(chǎn)物會堵塞鍋爐受熱面管道，造成管道缺水過熱，引發(fā)鍋爐爆管。氧腐蝕還會加快鍋爐管道設(shè)備結(jié)垢速度，產(chǎn)生垢下腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅火電機(jī)組的安全運(yùn)行。

2 凝汽器真空形成原理

因汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器后，受循環(huán)冷卻水（或空氣）冷卻作用后凝結(jié)成水。0.04kg/cm2絕對壓力下，水蒸氣在凝汽器密閉空間內(nèi)變成水后體積縮小35318倍，從而在凝汽器內(nèi)形成高度真空。凝汽器內(nèi)的真空大小由汽輪機(jī)排汽的冷凝溫度確定，而冷凝溫度由熱平衡和凝汽器傳熱端差決定。循環(huán)冷卻水從凝汽器入口流到出口后溫度上升，水蒸汽凝結(jié)溫度與循環(huán)冷卻水出口溫度之差就是凝汽器傳熱端差。機(jī)組運(yùn)行時(shí)極限真空是蒸汽冷凝時(shí)的飽和壓力，因水蒸氣中含的不凝結(jié)氣體（氧氣、二氧化碳等）會在水蒸氣凝結(jié)后析出，凝汽器內(nèi)的實(shí)際真空是凝汽器內(nèi)水蒸氣、不凝結(jié)氣體和水共存狀態(tài)下的飽和壓力。真空泵的作用就是抽出存于凝汽器中的不凝結(jié)氣體，降低不凝結(jié)氣體分壓，減小換熱端差，提高凝汽器換熱效率，提高機(jī)組真空度和機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

從以上分析可看出，如需提高機(jī)組真空，采取措施的主要方向就是盡量減少凝汽器中存留的不凝結(jié)氣體和降低水蒸汽冷凝溫度。

3 凝汽器真空泄漏率超標(biāo)的主要因素

造成汽輪機(jī)凝汽器真空度低，真空嚴(yán)密性不合格的原因很多，如真空泵工作不正常，抽吸不凝結(jié)氣體能力差;循環(huán)水泵故障，供水量不足;凝汽器換熱管堵塞，換熱能力下降等，但大多是因汽輪機(jī)真空負(fù)壓系統(tǒng)不嚴(yán)密，空氣被吸入凝汽器造成的。

空氣進(jìn)入凝汽器主要通過兩個(gè)通道，一是混合在汽輪機(jī)做功后排出的水蒸汽中，由于鍋爐給水都要經(jīng)過多重除氧處理，所以經(jīng)該通道進(jìn)入凝汽器的空氣量并不多，約占凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體總量的百分之幾;二是通過真空系統(tǒng)的不嚴(yán)密處，經(jīng)負(fù)壓設(shè)備和管道進(jìn)入到凝汽器中。真空負(fù)壓系統(tǒng)是一個(gè)龐大系統(tǒng)，除最主要的凝汽器外，還包括汽輪機(jī)的低壓缸和低壓缸軸封，凝結(jié)泵入口管道及設(shè)備，凝結(jié)泵機(jī)械密封，軸封加熱器、低壓加熱器、疏水?dāng)U容器及其附屬管道和閥門等。空氣大量進(jìn)入到凝汽器，將使凝汽器換熱能力大幅下降，過量的不凝結(jié)氣體使真空泵等抽氣設(shè)備過負(fù)荷，凝結(jié)水溶氧量及過冷度快速增加。

易發(fā)生真空泄露的部位有：（1）低壓缸及軸封套結(jié)合面沖蝕泄漏;（2）凝汽器喉部外壁焊口或膨脹節(jié)泄漏;（3）凝汽器及凝結(jié)泵入口管道法蘭及放水放空氣閥門;（4）高低壓加熱器疏水閥及閥后管道與凝汽器和疏水?dāng)U容器集管的連接焊口等;（5）低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，熱網(wǎng)加熱器及其排汽管道、供熱抽汽管道末端等。

4 影響凝結(jié)水溶氧的主要因素

（1）凝結(jié)水溶氧超標(biāo)大多是因真空系統(tǒng)不嚴(yán)密造成的，空氣中的氧氣溶入到凝結(jié)水，造成溶氧量超標(biāo)。（2）凝結(jié)水溶氧超標(biāo)還有很多是因凝結(jié)水過冷度過大造成的，特別是冬季，因循環(huán)冷卻水（或空氣）溫度過低，凝結(jié)水出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。如凝結(jié)水溫度低于該真空度下飽和溫度時(shí)，會有部分氧氣溶入到凝結(jié)水中，且過冷度越大則氧含量越高。（3） 凝結(jié)水補(bǔ)水除氧能力降低，造成補(bǔ)水氧含量過高。因除碳器沒有除氧能力，導(dǎo)致凝汽器補(bǔ)水中溶解氧量接近飽和。補(bǔ)水溫度在20～30℃時(shí)，補(bǔ)充的除鹽水溶氧量一般為6～8mg/L。因冬季補(bǔ)水溫度更低，除鹽水溶氧量會更高。雖凝汽器有一定除氧能力，但補(bǔ)水量較大時(shí)，凝汽器補(bǔ)水會對凝結(jié)水溶氧有較大影響。特別是凝汽器補(bǔ)水直接補(bǔ)入熱井時(shí)，因沒有利用凝汽器的真空除氧能力，會直接導(dǎo)致凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)。

5 實(shí)例

某熱電廠220MW機(jī)組存在真空泄漏率不合格和凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)問題，真空泄漏率超過1000Pa/min，凝結(jié)水溶解氧超過100μg/L。《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》中規(guī)定，該蒸汽壓力等級機(jī)組凝結(jié)水溶解氧應(yīng)≤40ug/L。該廠利用氦質(zhì)譜儀、真空系統(tǒng)灌水、摸排系統(tǒng)和分部隔絕系統(tǒng)等方法查找消除了多處漏點(diǎn)，主要部位如下：（1）B凝結(jié)泵機(jī)械密封套密封膠圈;（2）A凝結(jié)泵機(jī)械密封空氣管法蘭;（3）A/B/C凝結(jié)泵入口濾網(wǎng)端蓋法蘭;（4）A/B/C凝結(jié)泵入口濾網(wǎng)放水門;（5）凝汽器汽側(cè)放水門;（6）主機(jī)、小機(jī)大氣安全門;（7）凝汽器汽側(cè)人孔門;（8）三級減溫減壓器減溫水法蘭;（9）A、B熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行排氣門;（10）熱網(wǎng)加熱器水平衡放水門等。

通過上述工作，真空泄漏率和凝結(jié)水溶解氧均有明顯改善，一度均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。但之后又出現(xiàn)反復(fù)，真空泄漏率升高到500Pa/min，隨后查出低壓軸封泄汽母管疏水向疏水?dāng)U容器漏空氣，關(guān)閉疏水門后真空泄漏試驗(yàn)為300Pa/min，但凝結(jié)水溶解氧沒有變化，一直維持在80μg/L左右。利用氦質(zhì)譜儀對真空系統(tǒng)漏點(diǎn)再次進(jìn)行查找，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)低壓缸喉部汽缸結(jié)合面電、爐兩側(cè)均有明顯漏點(diǎn)，用密封膠將泄漏點(diǎn)結(jié)合面和螺栓等部位進(jìn)行了封堵，封堵后溶解氧下降至30μg/L以下，真空泄漏試驗(yàn)為180Pa/min，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。之后又隨著供熱量的降低，凝結(jié)水溶解氧呈初步下降的趨勢，停止供熱后凝結(jié)水溶解氧下降至5～15μg/L左右。

綜上所述，該廠汽輪機(jī)真空泄漏率不合格和凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)問題分析如下：

（1）因低壓缸支撐方式的原因，低壓缸中部的分流環(huán)部位懸空，因低壓缸缸體較薄，造成缸體在中部位置垂弧較大，又因該部位結(jié)合面螺栓位置狹窄，在進(jìn)行緊固螺栓工作時(shí)十分不便，該處存在泄漏點(diǎn)可能是由于在緊固低壓缸中部結(jié)合面螺栓時(shí)緊力不夠，結(jié)合面不嚴(yán)密造成的。（2）低壓軸封泄汽母管的疏水設(shè)計(jì)不合理，因廠房狹小，低壓軸封泄汽母管存在多處U型彎，在每處U型彎管道的底部均設(shè)有疏水管并引至疏水?dāng)U容器，其中有一處疏水未設(shè)計(jì)疏水器，有疏水器的疏水管也存在疏水器密封效果不好的缺陷，造成低壓軸封泄汽管道中的空氣被直接抽入到負(fù)壓系統(tǒng)，影響真空系統(tǒng)嚴(yán)密性。（3）部分負(fù)壓系統(tǒng)的閥門質(zhì)量不佳，尤其是基建期中由安裝單位負(fù)責(zé)采購的閥門內(nèi)漏缺陷較多。在機(jī)組安裝和后來的檢修過程中，也存在一些施工質(zhì)量問題，造成負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)較多。（4）熱網(wǎng)加熱器汽側(cè)系統(tǒng)不嚴(yán)密，供熱期機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，熱網(wǎng)加熱器及其排汽管道、供熱抽汽管道末端等部位會成為微負(fù)壓狀態(tài)，造成空氣漏入，造成凝結(jié)水溶解氧升高。熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行排氣中含有較多的空氣，而其運(yùn)行排氣排入到凝汽器后，造成凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)。

6 結(jié)束語

真空泄漏率和凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)是困擾很多電廠汽機(jī)專業(yè)技術(shù)人員的一個(gè)難題。真空負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)看不見、摸不著，查找起來非常困難。真空泄漏率和凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)現(xiàn)象大多是由很多小缺陷積累之后造成的，這就要求我們專業(yè)技術(shù)人員遇到問題時(shí)要勤思考、多分析，一定要先搞清楚對其影響的因素，有目的、有重點(diǎn)的開展工作。同時(shí)要有持之以恒的精神，真空系統(tǒng)查消漏工作要堅(jiān)持不懈，尤其是在基建安裝、設(shè)備檢修和維護(hù)的過程中要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，避免遺留甚至增加負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)，保證設(shè)備的健康水平。以上僅是個(gè)人的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以供參考。

參考文獻(xiàn)：

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