某600 MW機(jī)組抽真空系統(tǒng)故障診斷及改進(jìn)

杜 鵬

(山西漳電同達(dá)熱電有限公司，大同 037000)

0 引 言

凝汽器是汽輪機(jī)冷端重要設(shè)備，其作用是將汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成水，并形成高度真空，提高汽輪機(jī)做功能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，凝汽器真空每提高1%，機(jī)組熱耗率下降0.6%～1%[1-3]，對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響非常顯著。為避免凝汽器內(nèi)積聚空氣增多影響真空，汽輪機(jī)冷端通常利用抽真空裝置將漏入凝汽器的空氣抽出，同時(shí)加強(qiáng)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性治理，盡可能減少外界空氣漏入凝汽器。改造抽真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4-5]、降低真空泵工作水溫[6-7]以及查漏堵漏提高真空嚴(yán)密性[8-9]以改善凝汽器真空的研究和應(yīng)用案例較多，但結(jié)合嚴(yán)密性試驗(yàn)、查漏技術(shù)對(duì)抽真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和運(yùn)行的研究尚不多見。文中針對(duì)一起真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)秀、但確系抽真空系統(tǒng)故障導(dǎo)致凝汽器真空較差的典型案例進(jìn)行診斷分析，并提出系統(tǒng)優(yōu)化建議以供同類機(jī)組參考。

1 抽真空系統(tǒng)及問題

1.1 真空系統(tǒng)簡介

某廠兩臺(tái)亞臨界600 MW雙背壓機(jī)組抽真空系統(tǒng)如圖1所示，每臺(tái)機(jī)組配有3臺(tái)真空泵，2運(yùn)1備。其中A泵和C泵分別抽吸高壓凝汽器和低壓凝汽器中不凝結(jié)氣體，B泵可分別代替A泵或C泵工作。

圖1 抽真空系統(tǒng)示意圖

1.2 存在的問題

某次B修投運(yùn)后，其中一臺(tái)機(jī)組在負(fù)荷、循環(huán)水參數(shù)、膠球系統(tǒng)、真空嚴(yán)密性等處于同等條件甚至占優(yōu)的情況下，真空卻較另一臺(tái)機(jī)組真空低，偏差最大時(shí)超過2 kPa(如圖2所示)。

圖2 兩臺(tái)機(jī)組負(fù)荷真空對(duì)比

一個(gè)顯著特征是，在真空嚴(yán)密性指標(biāo)優(yōu)秀的情況下，凝汽器端差處于3.5～9.5 ℃，且隨機(jī)組負(fù)荷呈反向變化關(guān)系(如圖3所示)，在夏季循環(huán)水入水溫度接近30℃時(shí)，低負(fù)荷時(shí)端差接近10 ℃。

圖3 凝汽器端差與負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 診斷分析

3.1 凝汽器端差與負(fù)荷關(guān)系理論分析

根據(jù)汽輪機(jī)原理可知，汽輪機(jī)排入凝汽器的蒸汽量與機(jī)組負(fù)荷成正比，因此，凝汽器端差與機(jī)組負(fù)荷之間的關(guān)系可以利用凝汽器傳熱方程推導(dǎo)得出。凝汽器傳熱方程為：

式中，Q為凝汽器熱負(fù)荷，與機(jī)組負(fù)荷成正比，kW；Dw為循環(huán)水流量，kg/s；cp為水的定壓比熱容，4.186kJ/(kg·℃)；Δt為循環(huán)水溫升，℃；Dc為汽輪機(jī)排汽量，kg/s；

Δhc為汽輪機(jī)排汽凝結(jié)放熱量，kJ/kg；k為凝汽器傳熱系數(shù)，kW/(m2·℃)；F為凝汽器換熱面積，m2；Δtm為對(duì)數(shù)平均溫差，℃；δt為凝汽器傳熱端差，℃。

所以，凝汽器端差可表示為：

機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，汽輪機(jī)排汽量與機(jī)組負(fù)荷成正比關(guān)系。在循環(huán)水量和凝汽器面積一定時(shí)(Δhc基本上保持不變，與負(fù)荷無關(guān))，機(jī)組負(fù)荷降低，則Dc減小，此時(shí)凝汽器端差δt增加，證明傳熱系數(shù)k隨機(jī)組負(fù)荷降低而減小，說明具有某種隨負(fù)荷而變動(dòng)的因素直接影響凝汽器傳熱效果。據(jù)傳熱原理可知，凝汽器管側(cè)污垢影響不隨負(fù)荷變化，因此，導(dǎo)致凝汽器傳熱系數(shù)減小的因素只能是汽側(cè)集聚空氣。鑒于真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)秀，可以斷定除抽真空管道外，其余部分空氣泄漏量并非集聚空氣主因。但在嚴(yán)密性優(yōu)秀的前提下，加之抽真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身不便于查漏，故未做系統(tǒng)查漏工作，也就無法斷定抽真空管道及閥門是否泄漏。

3.2 凝汽器壓力與真空泵入口壓力關(guān)系

眾所周知，汽輪機(jī)排汽為濕蒸汽，其熱力特性決定壓力與溫度一一對(duì)應(yīng)，故凝汽器中壓力可表示為：

pc=f(ts)=pp+Δp

式中，pc為凝汽器壓力，kPa；pp為真空泵入口壓力，kPa；Δp為抽真空管道及閥門壓損，kPa。ts為凝汽器中濕蒸汽溫度，℃。

ts=tw2+δt=tw1+Δt+δt

式中，tw1、tw2分別為凝汽器進(jìn)、出口循環(huán)水溫度，℃；

其余符號(hào)同公式。

式表明，凝汽器真空還與真空泵入口壓力和抽真空管道壓力損失有關(guān)。真空泵抽吸能力跟抽空氣量、工作水溫有關(guān)，抽空氣量越多、真空入口壓力越高[10]；工作水溫度越高，抽吸能力越強(qiáng)，入口壓力越低。在真空泵抽吸能力一定時(shí)，抽真空管道壓損越大，凝汽器真空則越差。

3.3 故障點(diǎn)的確定

由圖 2可見，低負(fù)荷時(shí)1號(hào)機(jī)真空不能同比升高，很有可能是真空泵抽吸能力不足引起，故懷疑入口管道閥門及管道泄露或者阻力過大是真空偏低的主要原因。非常遺憾的是，本系統(tǒng)真空泵入口壓力測(cè)點(diǎn)位于氣動(dòng)閥與逆止閥之間，雖然顯示除真空泵入口逆止閥外的管道壓損正常，但無法斷定真空泵入口逆止閥是否存在較大壓損。

隨然無法準(zhǔn)確判定故障點(diǎn)和原因，但問題的焦點(diǎn)集中指向真空泵入口逆止閥，遂依次更換該閥門。在更換B真空泵入口逆止閥B2后，啟動(dòng)B泵停C泵，則B泵入口真空明顯提高，低壓凝汽器真空恢復(fù)正常，同時(shí)A泵入口真空仍然偏高(如圖4所示)，可以斷定故障原因?yàn)楸萌肟谀嬷归y開度不夠壓損偏大。

圖4 真空泵入口閥門更換前后對(duì)比

4 系統(tǒng)分析及改進(jìn)建議

結(jié)合本次真空問題診斷過程中遇到的問題，對(duì)抽真空系統(tǒng)各種潛在的問題深入分析后，認(rèn)為系統(tǒng)存在以下問題及并提出改進(jìn)意見如下：

3臺(tái)真空泵出口排氣管道合一送至廠房外，不利于閥門內(nèi)漏檢測(cè)。萬一真空泵入口閥門內(nèi)漏，即使嚴(yán)密性指標(biāo)不合格，仍然無法通過檢漏確定泄露點(diǎn)，徒增真空泵抽空氣負(fù)荷，影響機(jī)組真空。建議將每臺(tái)汽水分離器出口管道單獨(dú)排空，或者在汽水分離器出口管道上預(yù)留泄露檢測(cè)小孔，便于采用氦質(zhì)譜等進(jìn)行檢漏。

每臺(tái)真空泵入口壓力測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在真空泵入口處，測(cè)點(diǎn)至真空泵入口不應(yīng)有其它部件。此種情況下，真空泵入口壓力反映真空泵抽吸能力是否正常，真空泵入口壓力與凝汽器壓力差表征抽氣管道壓損是否合理，便于管道及附件故障診斷。

凝汽器嚴(yán)密性試驗(yàn)要綜合考慮抽真空系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)。凝汽器查漏不但要檢測(cè)抽真空系統(tǒng)局部是否存在外界空氣經(jīng)閥門或管道漏入系統(tǒng)內(nèi)部，也要檢測(cè)各閥門是否內(nèi)漏。

實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)定期切換停備真空泵，并同時(shí)嚴(yán)格監(jiān)視真空泵入口壓力和凝汽器真空的變化情況，與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以便及時(shí)排除抽真空系統(tǒng)自身故障。

5 結(jié)束語

文中就一起真空嚴(yán)密性指標(biāo)優(yōu)秀但凝汽器真空不佳的問題進(jìn)行了分析，根據(jù)凝汽器端差與負(fù)荷呈反向變化的現(xiàn)象，診斷出真空泵入口閥門故障是凝汽器真空偏低的主要原因，并指出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)問題，提出了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)改進(jìn)、檢漏查漏以及運(yùn)行調(diào)整的建議。主要結(jié)論如下：

(1)凝汽器端差與機(jī)組負(fù)荷之間的關(guān)系，是判斷凝汽器故障的重要方法，端差與負(fù)荷呈反向變化規(guī)律，往往是凝汽器汽側(cè)集聚空氣導(dǎo)致傳熱性能惡化而影響真空。

(2)凝汽器真空與真空泵抽吸能力以及抽空氣管道壓損直接相關(guān)，運(yùn)行維護(hù)中不但要關(guān)注系統(tǒng)嚴(yán)密性，降低真空泵負(fù)荷，同時(shí)也要注意管道阻力，避免閥門開度不夠、壓損大而影響真空泵抽吸能力。真空泵入口壓力測(cè)點(diǎn)應(yīng)緊靠真空泵入口，以便正確反映抽吸管道阻力變化情況。

(3)每臺(tái)真空泵出口排空氣管道應(yīng)獨(dú)立布置，或者在并入母管前留有孔口，以便抽真空系統(tǒng)閥門內(nèi)漏檢測(cè)。真空系統(tǒng)查漏應(yīng)包括抽真空系統(tǒng)的外部空氣漏入檢查，也應(yīng)考慮閥門內(nèi)漏的檢查。

(4)建議運(yùn)行中定期切換真空泵，并關(guān)注真空泵入口壓力和凝汽器真空變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除抽真空系統(tǒng)自身故障對(duì)真空的影響。