汽輪發電機真空度低的故障檢修思路

施光俊

（云南德勝鋼鐵有限公司，云南 祿豐 651299）

引言

在汽輪發電機系統正常運行過程中，真空下降就會導致汽輪機排氣缸的溫度迅速升高，從而引發汽輪發電機的軸承中心偏移，嚴重還會出現汽輪發電機組振動升高的情況，低壓缸變形，同時整個汽輪機的熱量消耗就會大大增加。對于這一情況，為了保證發電機的發電量不變，通常當汽輪發電機凝汽系統真空度降低時，都會增加一定的蒸汽流量，這雖然可以有效解決真空度低的問題，但也會導致其軸向推力增加，推力軸承承擔過大的負荷，這樣不僅影響了汽輪機的使用效率，還對機組運行的安全性造成較大影響。鑒于此，當前非常有必要對汽輪發電機真空度低的故障情況進行全面分析，結合實際問題，針對性地進行檢修，這對于保障汽輪發電機凝汽系統正常運行是非常關鍵的。

1 汽輪發電機凝汽系統真空度低實例分析

2009年某市鋼鐵生產企業正式投產了4號純凝式汽輪發電機組，機組使用的汽輪機型號為杭州汽輪機廠所生產的N25-5.88/0.4單缸直聯次高溫次高壓純冷凝式汽輪機。采用的凝汽器為表面式凝汽器，它的主要作用是建立并維持汽輪機排汽口的高度真空，增大蒸汽的可用熱焓降，提高循環熱效率，回收排汽的凝結水送回鍋爐繼續使用。由于在相同的壓力下蒸汽比水的體積要大很多倍（例如在0.1 MPa的壓力下，蒸汽比水的體積大1 725倍），所以在當汽輪機凝汽器中的蒸汽在冷凝結過程中，放出大量熱量（汽化熱）凝結成水時，體積急劇降低形成真空，當這一變化趨勢越明顯，凝汽器的真空度就越高。當確保蒸流流量及蒸汽初參數不發生明顯變化時，適當提升凝汽器的真空程度，這樣能有效增加汽輪機中可用的熱焓，那么汽輪機整體工作效率會得到明顯提升。但在2020年4號發電機組運行過程中真空度處于下降狀態，由原來-74.9 kPa降至-72 kPa，耗汽量增大發電效率下降。但經仔細檢查發電循環水系統、軸封抽氣系統、凝結水系統、與凝汽器汽側相連結的管道和閥門均無異常。綜合分析認為，該現象由冷凝器換熱效率下降導致。若凝汽器內銅管在使用過程中出現結垢問題，會使得凝汽器的熱交換效率下降，引起更大的凝汽器端差，造成排氣溫度上升。造成真空下降的問題。且污垢堆積問題對真空影響是逐步累積的，與實際問題發生情況高度吻合。

后經工作人員對機組進行停機檢測后發現，4號發電機組內部冷凝器因長時間使用而生成了較為頑固的內壁結垢現象，很難通過傳統方式進行清潔，這才導致冷凝器換熱效果下降，最終引發汽輪發電機凝汽系統真空度下降的問題。同年10月，該企業在公司整體系統檢修中對4號發電機組冷凝器銅管進行了更換與檢修，將原有1 mm厚度的銅管更換為0.5 mm的不銹鋼管，有效解決了汽輪機真空度下降的問題，使其逐步恢復至-75 kPa左右，切實提升了汽輪發電機組的效率。

2 真空度低故障的檢修和問題分析

2.1 檢修順序和問題排除

1）檢修汽輪機軸封氣平衡和抽氣系統的運行情況。在檢查過程中發現，氣封密封汽平衡箱不能正常運行，由此也出現了蒸汽壓力不穩定的情況。

2）對冷卻循環水系統的運行狀態進行檢查。通過進一步的檢測，冷卻水泵的吸入端出現真空情況，循環水量減少且泵位處于水位線以下，所以認為泵入口濾網格柵存在一定的堵塞情況，需進行進一步探查并消除相應的堵塞隱患。

3）檢測凝結水泵的工作狀態。因凝結水泵密封裝填過緊，出現了一定程度的燒蝕軸套的情況，而且密封處和泵吸入口相連接并連接冷凝器，很容易出現空氣漏入的問題。

4）檢測空氣抽氣器的工作情況。對噴嘴和擴壓管的流道進行及時的疏通，并對一、二級凝結水疏水管道的通暢情況進行及時的檢查，查看疏水閥的密封性以及蒸汽閥是否處于開啟狀態。在檢查蒸汽閥的過程中發現，供汽閥箱并未設置疏排水裝置，從而使得空氣抽氣器中的蒸汽含水量過多，抽氣噴嘴內的噴孔也出現了不同程度的汽蝕和破損情況。因為在抽氣的過程中真空度仍能保持在-0.089 MPa，所以，暫不考慮拆換噴嘴。

2.2 存在問題

1）通過檢查和分析發現，當汽輪發電機組正常運行、抽氣器開始抽真空時，冷凝器喉部溫度從室溫不斷升高，此時，通過對冷凝水輸入、輸出水位以及對冷卻水泵進排水量進行調整，均不能降低冷凝器喉部溫度，所以認為，冷凝器喉部溫度高是導致汽輪發電機真空度下降的主要原因。

2）從上述分析中得知，在以往機組運行中，空氣抽氣器工作時并未設置相應的疏水裝置，在這種情況下，抽氣器進行抽氣工作時就會導致蒸汽的含水量過高，再加上蒸汽在較高壓力的作用下，產生的水霧就會對抽氣器噴嘴和連接座體造成一定的沖擊汽蝕，磨損導流噴射錐，導致抽氣能力大大降低。不僅如此，蒸汽在含水量較高的情況下，在進行抽氣操作時，疏排水管路也就經常會出現疏排不順的問題，對抽氣器的工作效果造成較大影響。就當前汽蝕情況下的抽氣效果而言，雖然抽氣器也能達到預期的效果，但噴嘴能力并不理想，在汽輪機不做功情況下的真空度只到-0.089 MPa，可見，汽輪發電機真空度低、功率無法有效提升的很大一部分原因就是疏水裝置欠缺導致的。

3）當冷凝器溫度升高至68℃前，冷凝器進閥和出閥兩側連接管外的溫度出現異常情況，抽氣器一側先熱，然后通過抽氣閥傳遞至進氣閥，從溫度的疏導方向上來看，這肯定是不正常的。在機組正常運行時，即便抽氣管氣體會從冷凝器進閥處流出，之后被空氣抽氣器吸出，但也會隨著較低溫度空氣從冷凝器的抽出而使抽氣閥出口溫度逐漸降低，但現在溫度卻仍然較高，從這就可以看出，在冷凝器后部溫度不斷升高的情況下，空氣抽氣器并不能及時抽出空氣，這就是導致冷凝器喉部溫度較高、真空度低的原因之一。

3 汽輪發電機凝汽系統真空度低故障的排除和驗證

3.1 冷凝器冷卻能力故障的排除

當確認凝汽系統喉部溫度高的問題后，對凝結水和冷卻水的進排管路展開了有效的調整，但并未解決喉部溫度較高的問題，這就可以確定冷凝器冷卻能力并不是導致真空度低的原因。

3.2 新蒸汽閥箱疏水管閥故障的排除

在之前運行中，汽輪發電機空氣抽氣器蒸汽閥箱并未設置疏水管閥，此時增加疏水管閥，并且另設管道，確保在沒有凝水收集艙情況下仍然能夠連接到主機艙凝水艙進行回收工作。在經過一系列的改造后，空氣抽氣器的工作蒸汽質量得到了較大的改進，抽氣效率也有明顯提升，但冷凝器喉部溫度高的問題并未得到有效解決，基本確定，空氣抽氣器蒸汽閥箱未設置疏水管閥也不是導致真空度低的關鍵原因[2]。

3.3 空氣抽氣器噴嘴螺紋穿孔、蒸汽倒灌故障的證實

在排除以上故障問題后，就需要重點對空氣抽氣器的故障進行檢測，拆下抽氣器噴嘴和座體并對其進行進一步分解后發現，噴嘴和座體連接的部分出現不同程度的汽蝕穿透情況，穿孔后形成一個導汽通道，此時，應該進入噴嘴的蒸汽有很大一部分高溫蒸汽進入導汽通道中，導致空氣抽氣器不能正常進行抽氣操作，汽蝕穿透故障如圖1所示，而且，這些蒸汽還匯聚成了一個高壓蒸汽區，不僅對冷凝器進行空氣抽吸操作造成較大影響，冷凝器的真空壓力也受到較大阻礙，泄漏蒸汽的壓力影響冷凝器喉部流動，在這種情況下，汽輪發電機組運行過程中，冷凝器喉部的溫度就會持續升高，空氣抽氣器受到嚴重影響，冷凝器此時的冷凝效果也得不到有效保障，凝水效果不理想，并且也出現了冷凝器水位調節失效的問題[3]。當反沖蒸汽進入冷凝器并不斷升高喉部溫度后，冷凝器真空度的保持能力就會變差，此時就需要及時更換噴嘴和連接的座體，空氣抽氣器重新工作?？梢悦鞔_，在汽輪發電機運行過程中，正是因為空氣抽氣器的噴嘴和座體出現汽蝕穿透的情況，使得高溫蒸汽不能正常流出，從而導致冷凝器的真空度低。

4 結語

汽輪機真空系統是火電廠的一個重要系統。真空系統運行情況的好壞直接影響到機組的經濟性和安全性。在汽輪發電機組正常運行過程中，真空度低故障的造成原因是多樣的，冷凝器冷卻能力差、疏水管閥裝置不通暢、空氣抽氣器噴嘴穿孔等故障的出現都會在不同程度上降低凝汽系統的真空度，如果能及時發現，盡快處理，就不會影響機組的安全經濟運行，更不會造成故障停機。因此，在機組正常運行過程中，要想有效解決和避免此類問題，相關技術人員必須要做好故障檢修和排除工作，定期檢查汽輪發電機各部件的運行情況，嚴格按照操作規范啟動汽輪發電機，對凝氣系統進行全面的檢查，只有這樣，才有可能控制汽輪發電機真空度低的問題，為機組的安全、穩定運行提供有力支撐。