凝汽器真空影響因素及常見故障分析

張蘇

摘 要：現代大型電廠凝汽式汽輪機組的熱力循環中，凝汽設備起著冷源的作用，其主要任務是將汽輪機排汽凝結成水并在汽輪機排汽口建立與維持一定的真空度。凝汽器的真空度對汽輪機裝置的效率、功率有重大影響，直接影響到整個汽輪機組的熱經濟性。由于凝汽器真空度下降使汽輪機組運行的安全性、可靠性、穩定性和經濟性降低。本文從多角度分析了影響凝汽器真空的因素，通過查找資料并參考一些機組的實際問題的處理方法，研究了造成凝汽器真空緩慢下降的原因。

關鍵詞：凝汽器、真空度、真空嚴密性

一、引言

1.1 課題及研究背景

凝汽設備是凝汽式汽輪機組的重要組成部分，它的工作性能直接影響整個汽輪機組的安全性、可靠性、穩定性和經濟性。而凝汽器真空度是汽輪機運行的重要指標，也是反映凝汽器綜合性能的一項主要考核指標[1]。凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽輪機的排汽被冷卻成凝結水，其比容急劇縮小。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，如機組真空下降1%，機組熱耗將要上升0.6%～1%[2]。因此保證凝汽器的最有利真空，是每個發電廠節能的重要內容。

1.2 本文研究內容

汽輪機冷端性能總歸是對影響真空的因素的研究，凝汽器內真空的形成是由于在凝汽器內蒸汽和凝結水汽液兩相之間存在一個平衡壓力[3，4]。蒸汽凝結時的溫度（ts）越低，凝汽器內的絕對壓力越低（pc）。凝汽器的真空度為：

在凝結過程中，排汽溫度ts，所受的影響如圖所示，圖號的各符號的意義如下：

ts- 排汽溫度 tw1- 冷卻水入口溫度

δt- 凝汽器傳熱端差 △tw- 冷卻水溫升 Ac- 傳熱面積

由圖得：ts=tw1+△twtw+δt （1-1）

由于凝汽器真空即排汽壓力可以用與之相對應的飽和蒸汽溫度來確定，本文在主凝結區的蒸汽凝結溫度公式（1-1）的基礎上展開對影響真空的因素的研究，具體內容如下：

（1）影響凝汽器傳熱端差因素δt

（2）影響冷卻水溫升因素△tw

（3）影響冷卻水進口溫度因素 tw1

（4）凝汽器真空度下降的原因及預防措施

以上因素是相互關聯的，雖然各種因素對冷端性能的綜合影響不是簡單的算術和，特別是嚴密性和清潔度，但是基本反映出一種因素對冷端性能的影響程度。

二、凝汽器真空影響因素及常見分析

2.1 凝汽器傳熱端差

凝汽器傳熱端差值的變化標志著凝汽器運行的狀況，可作為判別凝汽器運行狀態的依據。運行中端差值越小，則運行情況越好。

傳熱端差的確定：

傳熱端差是指凝汽器排汽溫度與冷卻水出口溫度的差值。

凝汽器在不同工況下的傳熱端差δt，可由傳熱方程求得：

（1-1）

其中：Ac- 凝汽器的冷卻面積

K- 自蒸汽至冷卻水的平均總體傳熱系數

可見，傳熱端差δt與Ac、K、Dw有關。

2.2 抽汽器

抽氣設備的任務是在機組啟動時建立真空以及在運行中抽除從真空不嚴密處漏入空氣和未凝結蒸汽。

抽氣器的工作情況也會影響凝汽器真空。主要存在兩個問題；一是抽氣能力，二是工作介質的物理性質。

2.3 清潔度

凝汽器冷卻表面積臟污，凝汽器管束內結垢時，影響循環水流量及其傳熱效果。凝汽器傳熱面結垢和污染使傳熱系數降低，使凝汽器端差增大真空下降。結垢和污染的來源分為兩種：即外部污染和內部結垢。

2.4 凝汽器熱負荷

根據傳熱學原理分析，凝汽器性能隨熱負荷的增加而降低，隨著凝汽器冷卻面積的增加有所改善，但是，熱負荷對凝汽性能的影響遠大于冷卻面積的影響。

凝汽器熱負荷的改變，必然會引起凝汽器的傳熱端差的變化[6]。引起凝汽器熱負荷變化因素很多，除了必然的排氣和供熱機組供熱量變化外，各級抽氣疏水，調節氣門前疏水，低加疏水等均接入凝汽器，都可能增加額外熱負荷，運行中應盡力避免額外的熱負荷。

2.5 循環水泵

循環水泵有軸流式和混流式兩種形式，在機組運行中或停機后進行調整，以改變循環水泵的特性，從而改變循環水量來滿足運行的要求。

2.6 循環水量

循環水量直接影響汽輪機排汽的凝結[5]，凝結的程度又影響到凝汽器的真空。凝汽器系統內循環水量需要值與機組負荷、凝汽器的類型和循環水進水溫度有關，通常是用循環水溫升來監視。

2.7 冷卻水進口溫度

冷卻水的進口溫度主要決定于電站所在地的氣候和季節。冬季冷卻水進口溫度低，主凝結區的蒸汽凝結溫度也低，真空高；夏季水進口溫度高，主凝結區的蒸汽凝結溫度也高，真空低。用冷卻塔時，冷卻水的進口溫度還決定于冷卻塔的冷卻效果。

三、結 論

影響汽輪機冷端性能的原因最終會反映為真空下降，對汽輪機真空偏低的原因進行分析，尋找提高真空的措施進而改善汽輪機冷端性能。

汽輪機組真空系統比較龐大，本文從主要影響真空的系統及設備做了研究整理敘述，得到以下結論：

1.進行真空嚴密性檢漏，及時消除漏空現象。

2.從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；嚴格控制低壓汽封供汽壓力、溫度，遇到汽封系統運行不正常，應及時進行分析，負壓部位管道設計時，應充分考慮膨脹問題；應盡量避免劇烈工況出現；及時更換泄漏的閥門等方面改進真空的嚴密性；提高抽氣器效率。

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

4.冷卻水流量和流速的合理調整。

5.檢查冷卻塔熱力性能，調整到最佳工況運行。

總而言之，本文所述的內容在汽輪機正常運行中，較為常見的凝汽器真空緩慢下降的原因、象征與處理方法。當然，這些不是絕對原因、象征與處理方法，因為隨著設備的老化，新的原因、象征也會產生，這就需要我們大家在工作的過程中，不斷地總結和提高各方面的技能和知識。

參考文獻

[1] 于新穎，居文平，楊壽敏. 影響國產引進型300MW機組冷端性能的主要因素. 電站輔機. 2OO4，3（1）.

[2] 李秀云 ，嚴俊杰 ，林萬超.火電廠冷端系統評價指標及診斷方法的研究 .中國電機工程學報. 2001，21（9）：221～243.

[3] 沈士一，莊慶賀，康松等.汽輪機原理.北京：中國電力出版.1998.

[4] 遼寧省電力工業局.汽輪機運行 .北京：中國電力出版社.1995.

[5] 趙群. 循環水系統的結構運行及常見問題分析.[函授畢業設計].華北電力大學：熱能與動力工程系，1996.

[6] 齊復東，賈樹本，馬義偉.電站凝汽設備和冷卻系統[M].北京：水利電力出版社.1992.