關(guān)于汽輪機(jī)組真空相關(guān)問題的探討

中電建湖北電力建設(shè)有限公司 姜煉軍

凝汽器真空對(duì)于汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性均產(chǎn)生重大的影響，因此凝汽器真空狀態(tài)的監(jiān)測(cè)受到了設(shè)計(jì)和運(yùn)行的普遍重視。尤其是隨著汽輪機(jī)單機(jī)功率增大，汽輪機(jī)排汽口數(shù)量以及凝汽器的體積都增大，真空系統(tǒng)嚴(yán)密性更難保證。

1 真空系統(tǒng)存在的問題及其危害

印尼廖內(nèi)省2×110MW電廠項(xiàng)目是由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的高壓、單軸、雙缸雙排汽、濕冷、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組設(shè)計(jì)在額定滿負(fù)荷（TRL）運(yùn)行工況下，循環(huán)水的進(jìn)水溫度要求38℃，真空為-88.525kPa；在其他工況下運(yùn)行，冷卻水溫度設(shè)計(jì)為29℃，真空為-93.125kPa。且機(jī)組的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)下降速率一直達(dá)不到規(guī)定值（0.400kPa/min）。

汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性差的危害主要表現(xiàn)在三方面：一是真空嚴(yán)密性差時(shí)，漏入真空系統(tǒng)的空氣較多，真空泵不能夠?qū)⒙┤氲目諝饧皶r(shí)抽走，機(jī)組的排汽壓力和排汽溫度就會(huì)上升，這無(wú)疑要降低汽輪機(jī)組的效率、增加供電煤耗，并可能威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。另一方面由于空氣的存在，蒸汽與冷卻水的換熱系數(shù)降低，導(dǎo)致排汽與冷卻水出水溫差增大；二是當(dāng)漏入真空系統(tǒng)的空氣雖能被及時(shí)抽出，但需增加真空泵的負(fù)荷，浪費(fèi)廠用電及工業(yè)用水；三是由于漏入了空氣導(dǎo)致凝汽器過冷度過大，系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性降低，凝結(jié)水溶氧增加，可造成低壓設(shè)備氧腐蝕[1-2]。

2 真空嚴(yán)密性差及真空低的原因探討及其對(duì)策

印尼廖內(nèi)省2×110MW電廠項(xiàng)目機(jī)組真空的嚴(yán)密性試驗(yàn)和運(yùn)行時(shí)真空結(jié)果不理想，已達(dá)到非解決不可的地步。

2.1 施工安裝中容易出現(xiàn)問題及處理對(duì)策

問題：凝汽器喉部連接處焊接質(zhì)量不合格，出現(xiàn)砂眼、裂紋等；凝汽器殼體板塊拼接處焊縫及板塊本身出現(xiàn)砂眼等；抽真空系統(tǒng)真空泵（雙聯(lián)）吸入口及排汽口止回閥不嚴(yán)密；跟真空系統(tǒng)外接相關(guān)的閥門、壓力表計(jì)不嚴(yán)密、內(nèi)漏；跟真空系統(tǒng)外接相關(guān)的管道法蘭不嚴(yán)密、管道有砂眼、焊縫漏焊；真空管路系統(tǒng)閥門及法蘭、壓力表接頭處泄露；低壓（末級(jí)）抽汽管路閥門盤根、法蘭、壓力表計(jì)接頭泄露；凝汽器汽側(cè)人孔門密封不嚴(yán)。

處理對(duì)策：灌水查漏。針對(duì)汽輪機(jī)軸封洼窩以下的部分，主要采取汽側(cè)灌水查漏的方式檢查，灌水檢查時(shí)，將與低壓缸汽側(cè)相關(guān)的所有設(shè)備及管道關(guān)聯(lián)起來(lái)一并灌水同時(shí)做好相應(yīng)的臨時(shí)安全措施（如臨時(shí)支撐、吊點(diǎn)等），擴(kuò)大檢查范圍。通過灌水直觀檢查，缺陷主要表現(xiàn)為焊縫砂眼、法蘭泄露、閥門盤根泄露、壓力表管路焊縫漏焊、儀表管路有裂紋、壓力表計(jì)接口不嚴(yán)、疏水至無(wú)壓放水管道的疏水閥門未關(guān)閉等。

問題：凝汽器內(nèi)部真空管道沒有正確引入分隔區(qū)域；真空管路系統(tǒng)清潔度不滿足要求，濾網(wǎng)處堵塞；真空泵冷卻水裝置堵塞，造成冷卻水溫度高，導(dǎo)致真空泵出力不足；低壓缸噴水管路不暢通，引起排汽溫度高。

處理對(duì)策：對(duì)出力不夠的設(shè)備進(jìn)行解體檢查。在廖內(nèi)省真空泵運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)真空泵在相同的工況下出力不一致，且密封水溫度比較高：真空泵的密封水由凝結(jié)水補(bǔ)充水泵提供，凝結(jié)會(huì)補(bǔ)充水箱水溫一直較高，具體見后文詳細(xì)說明。經(jīng)過技改后真空泵密封水進(jìn)水溫度保持在正常范圍；真空泵B入口濾網(wǎng)堵塞，同時(shí)將真空泵入口止回閥解體檢查，發(fā)現(xiàn)止回閥密封面接觸不嚴(yán)，有異物卡澀；低壓缸噴頭在運(yùn)行一段時(shí)間后，檢查發(fā)現(xiàn)噴頭有部分堵塞。將噴頭拆下全面清理；凝汽器內(nèi)部真空管路檢查，安裝正確。

問題：低壓軸封間隙值（汽封間隙、周向膨脹間隙）超標(biāo)，密封不嚴(yán)；低壓缸水平、垂直中分面不嚴(yán)；低壓外缸本體上熱工儀表接口未封閉或封閉不嚴(yán)；低壓缸大氣排汽閥不嚴(yán)。

處理對(duì)策：針對(duì)汽輪機(jī)軸封洼窩以上部分的真空查漏，一般常見的采取在線氦氣檢測(cè)（氦質(zhì)譜儀）、充壓縮空氣檢測(cè)等手段。廖內(nèi)省項(xiàng)目在凝汽器灌水查漏的同時(shí)，汽輪機(jī)洼窩以上部分采取充入儀用壓縮空氣方式檢測(cè)（軸封處采取臨時(shí)措施封堵嚴(yán)密、大氣排汽閥處用臨時(shí)頂針封閉）。用涂刷肥皂水方式對(duì)低壓缸本體上的所有儀表接口、法蘭接縫處、堵塞、大氣排放閥等進(jìn)行全面檢查。通過排查發(fā)現(xiàn)以下問題：

檢查出汽輪機(jī)汽缸水平中分面拐角處有局部位置漏氣，同時(shí)由于充入凝汽器汽側(cè)的水溫達(dá)到50℃以上，經(jīng)過晝夜溫差影響汽缸水平中分面共計(jì)發(fā)現(xiàn)5處滲水。確認(rèn)汽輪機(jī)汽缸水平中分面泄漏。此缺陷較大，待以后機(jī)組大修時(shí)檢修處理；低壓缸缸體上溫度表接座有一個(gè)輕微泄露，熱工人員重新安裝，消除缺陷；低壓缸大氣排放閥法蘭檢查，未發(fā)現(xiàn)問題；軸封膨脹間隙在安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，設(shè)計(jì)要求單圈總間隙為0.2～0.3mm而實(shí)際間隙全部超標(biāo)：前汽封最大1#機(jī)組2.04mm（2#機(jī)組1.85mm），后汽封最大1.18mm（2#機(jī)組2.50mm），間隙超標(biāo)過大。此次灌水充氣檢查因臨時(shí)封堵不能直觀發(fā)現(xiàn)問題。在機(jī)組運(yùn)行過程中，通過提高軸封供汽壓力，真空度略有改善但不顯著。此缺陷等機(jī)組大修時(shí)進(jìn)行消除。

2.2 在設(shè)計(jì)方面的影響因素

電動(dòng)給水泵軸封水回水影響：電動(dòng)給水泵軸封水進(jìn)水由凝結(jié)水泵提供，回水回至凝結(jié)水補(bǔ)水箱，在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，凝結(jié)水補(bǔ)水箱水溫逐步升高（相當(dāng)于一個(gè)循環(huán)加熱，水溫長(zhǎng)期保持在50℃以上）、電導(dǎo)率也持續(xù)上升。凝補(bǔ)水箱凝結(jié)水通過凝結(jié)水補(bǔ)充水泵輸送至各個(gè)系統(tǒng)的密封冷卻水、補(bǔ)充水均受到溫度影響，從而影響各個(gè)設(shè)備的工況。特別是進(jìn)入凝汽器時(shí)，對(duì)凝汽器內(nèi)部溫度干擾明顯，間接影響凝汽器真空。后經(jīng)過設(shè)計(jì)修改，將電泵密封水直接修改至凝結(jié)水再循環(huán)管路上，凝結(jié)水補(bǔ)充水箱水溫恢復(fù)正常范圍。此段密封水建議修改至疏水?dāng)U容器或直接回至凝汽器熱井。

軸封加熱器水封密封不嚴(yán)：原汽輪輪機(jī)廠家提供的水封與設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的水封形式、安裝位置均不一致。設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的安裝位置在零米層，在機(jī)組運(yùn)行期間，水封內(nèi)部無(wú)密封水，不能起到水封作用，對(duì)真空的影響較大。后經(jīng)過修改水封裝置（增加了水封管道高度）及修改安裝位置（降低水封裝置安裝標(biāo)高，將水封裝置安裝至-4米），水封能正常運(yùn)行。

循環(huán)冷卻水冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙錯(cuò)誤（12.7米層兩側(cè)的最佳通風(fēng)處設(shè)計(jì)為樓板，實(shí)際應(yīng)該為孔洞），整塔淋水冷卻面積減少了178m2，導(dǎo)致循環(huán)冷卻水冷卻效率降低，達(dá)不到冷卻效果。此部分涉及土建結(jié)構(gòu)部分，只有等大修期間進(jìn)行改造。

2.3 在運(yùn)行期間的影響

2.3.1 循環(huán)冷卻水在凝汽器內(nèi)的溫升及凝汽器端差對(duì)真空的影響

凝汽器真空的設(shè)計(jì)理論值是通過循環(huán)冷卻水在凝汽器中溫升的設(shè)計(jì)理論值和凝汽器端差的設(shè)計(jì)理論值體現(xiàn)出來(lái)的。在某一確定的汽輪機(jī)排汽量條件下，循環(huán)冷卻水在凝汽器內(nèi)的溫升主要取決于循環(huán)冷卻水流量，即循環(huán)冷卻水流量設(shè)計(jì)理論值所對(duì)應(yīng)的循環(huán)冷卻水溫升即為溫升的設(shè)計(jì)理論值。當(dāng)循環(huán)冷卻水在凝汽器內(nèi)的溫升大于溫升理論值時(shí)，說明凝汽器內(nèi)的循環(huán)冷卻水流量小于循環(huán)冷卻水流量的設(shè)計(jì)理論值[3]。

由此可見，循環(huán)冷卻水流量減小，可能是循環(huán)水泵性能降低或循環(huán)冷卻水管路系統(tǒng)阻力增大引起的。循環(huán)水泵性能降低的原因可能是其效率降低，造成循環(huán)冷卻水管路系統(tǒng)阻力增大的原因可能是凝汽器水側(cè)結(jié)垢或臟污。單純由于循環(huán)水泵性能降低或凝汽器水側(cè)結(jié)垢造成的循環(huán)冷卻水流量減小，一般對(duì)于凝汽器端差不會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此，凝汽器端差大于其理論值，主要是由于凝汽器總體傳熱系數(shù)小于其理論值所致。凝汽器總體傳熱系數(shù)小于其理論值，主要是由于凝汽器水側(cè)結(jié)垢或汽側(cè)積聚空氣引起的。當(dāng)凝汽器水側(cè)結(jié)垢或汽側(cè)積聚空氣時(shí)，均會(huì)引起凝汽器端差的增大。因此，端差的大小反映了凝汽器水側(cè)臟污程度和汽側(cè)空氣量的多少。

在運(yùn)行期間，對(duì)循環(huán)水泵的出口流量用超聲波進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，確認(rèn)循環(huán)水流量符合循環(huán)水泵額定工況；廖內(nèi)省在停機(jī)期間對(duì)凝汽器水側(cè)主要進(jìn)行以下檢查：對(duì)循環(huán)水管路內(nèi)部、凝汽器水室進(jìn)行全面的檢查，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水管路內(nèi)壁有局部焊縫裂開（基礎(chǔ)沉降引起焊縫撕裂），導(dǎo)致管道內(nèi)部產(chǎn)生大量淤泥及雜物。凝汽器水室內(nèi)部有大量塑料袋、塑料薄膜附著在凝汽器鈦管進(jìn)水端。凝汽器鈦管內(nèi)壁附著厚厚一層淤泥及水垢；對(duì)凝汽器汽側(cè)內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)汽側(cè)鈦管外表面上有厚厚一層浮銹。

為提高機(jī)組的真空，對(duì)以上問題采取如下對(duì)策：將循環(huán)水管路焊縫進(jìn)行修復(fù)加強(qiáng)；將循環(huán)水冷卻塔水池、循環(huán)水泵房前池、循環(huán)水管內(nèi)部進(jìn)行一次全面的清理；將凝汽器水室內(nèi)部異物全部清理干凈，同時(shí)對(duì)所有的鈦管進(jìn)行全面的清潔處理；對(duì)冷卻塔內(nèi)、循環(huán)水管路內(nèi)的循環(huán)水進(jìn)行大量置換；在以后的運(yùn)行期間，定期投入膠球清洗裝置；對(duì)汽側(cè)鈦管的浮銹進(jìn)行全面清理；提高主蒸汽品質(zhì)。

2.3.2 凝汽器熱負(fù)荷的影響

減小凝汽器的熱負(fù)荷可以提高真空。熱負(fù)荷中除汽輪機(jī)排汽和加熱器的正常疏水外，還有高溫高壓蒸汽的疏水泄漏進(jìn)入凝汽器。具體有缸體、主蒸汽管道疏水；高、低壓加熱器危急疏水和輔調(diào)疏水；軸封及輔汽調(diào)節(jié)站的疏水。以上系統(tǒng)由于閥門不嚴(yán)或疏水節(jié)流孔板不合理易造成高溫高壓蒸汽泄漏。

為提高機(jī)組的真空，對(duì)以上疏水泄漏可采取如下對(duì)策：對(duì)疏水系統(tǒng)進(jìn)行改造，使高溫高壓蒸汽的疏水合并減少泄漏概率。對(duì)缸體、主蒸汽等高溫高壓管道的疏水電動(dòng)門前加裝高一等級(jí)的手動(dòng)門做為電動(dòng)門的備用；利用紅外線測(cè)溫儀定期測(cè)量閥門前后管壁溫度，確認(rèn)存在內(nèi)漏的閥門并進(jìn)行檢修處理。對(duì)高壓加熱器危急疏水和低壓加熱器輔調(diào)疏水閥門前、后電動(dòng)門行程進(jìn)行精確調(diào)整；定期對(duì)運(yùn)行機(jī)組的疏水閥門內(nèi)漏進(jìn)行檢查建立檔案，對(duì)泄漏閥門限期檢修。

2.3.3 凝汽器循環(huán)冷卻水溫度、水質(zhì)的影響

除了冷卻塔設(shè)計(jì)問題導(dǎo)致循環(huán)冷卻水冷卻效率降低，現(xiàn)場(chǎng)又進(jìn)一步對(duì)冷水塔進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)冷卻塔配水管部分結(jié)垢比較嚴(yán)重，管路也因結(jié)垢而造成部分脆化斷裂，噴嘴堵塞較多，造成噴水不暢、水量減少，淋水盤大部分?jǐn)嗔?、老化，形成淋水不均勻，大部分形成盲區(qū)，造成冷卻塔散熱效果降低。針對(duì)循環(huán)水水溫高現(xiàn)場(chǎng)采取了以下方式：調(diào)整冷卻塔循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉角度，將由原來(lái)的12°調(diào)整到14°；冷卻塔內(nèi)部噴淋管路全面清理、噴頭更換；將淋水盤全部更換，消除盲區(qū)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過以上措對(duì)策的實(shí)施，廖內(nèi)省兩臺(tái)機(jī)組的真空有所改善，真空度整體上提高，嚴(yán)密性試驗(yàn)下降率有所改善，但是仍然不符合要求（表1）。

表1

綜上，廖內(nèi)省機(jī)組真空低是一個(gè)綜合性問題，影響因素較多，要徹底解決必須對(duì)影響因素逐一消除并長(zhǎng)期做好處理效果的保持。通過以上分析可以看出，影響真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的主要問題為汽封軸向間隙過大、汽輪機(jī)低壓缸水平中分面間隙泄漏；而影響真空度低下的主要原因是循環(huán)冷卻水的溫度及水質(zhì)，而循環(huán)冷卻水的溫度高主要是因冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)備老化堵塞問題引起。以上幾個(gè)主要問題，只有等待機(jī)組大修后，才能從根本上解決問題。