汽輪機(jī)真空低原因分析及對(duì)策

王曉輝 劉廣于 楊會(huì)永 左興堂 張海波

（北京首鋼股份有限公司，河北唐山 064404）

0 引言

汽輪機(jī)凝汽器真空的高低直接影響著汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)凝汽器真空降低時(shí)，汽輪機(jī)汽耗、熱耗相應(yīng)增加，負(fù)荷下降。當(dāng)真空嚴(yán)重下降時(shí)，排汽缸溫度會(huì)升高超過(guò)允許值，造成排汽缸膨脹變形，機(jī)組中心偏移，引起機(jī)組振動(dòng)，當(dāng)機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，動(dòng)靜間隙消失，轉(zhuǎn)子與靜子發(fā)生碰磨，對(duì)機(jī)組破壞性極大[1]。凝汽器真空調(diào)整過(guò)高會(huì)增加循環(huán)泵和冷卻水塔風(fēng)機(jī)的耗電量，增加發(fā)電成本，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。為了保證汽輪機(jī)高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，必須要分析和處理好影響凝汽器真空的各個(gè)因素，將真空控制在合理范圍內(nèi)。

1 問(wèn)題描述

進(jìn)入夏季，受環(huán)境溫度影響，我單位1#汽輪機(jī)帶高負(fù)荷時(shí)凝汽器真空低于正常值，通過(guò)啟動(dòng)四臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行來(lái)降低循環(huán)水溫度，增強(qiáng)凝汽器的冷卻效果，達(dá)到提高真空的目的。如表1所示，當(dāng)凝汽器循環(huán)水入口溫度降低到26℃時(shí)，嘗試帶負(fù)荷到額定負(fù)荷25MW，真空下降到-84.9 kPa并呈繼續(xù)下降趨勢(shì)，所以那段時(shí)間1#汽輪機(jī)負(fù)荷最高只能帶到23.5 MW。對(duì)比2#汽輪機(jī)同負(fù)荷、同循環(huán)水溫的狀態(tài)下，其凝汽器真空為-92 kPa，相差5 kPa。由于1#汽輪機(jī)真空低的原因，電負(fù)荷無(wú)法帶滿，造成鍋爐煤氣資源浪費(fèi)，而且為降低循環(huán)水溫度，增加了水塔風(fēng)機(jī)數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間，產(chǎn)生了巨大的廠用電消耗。

表1 各運(yùn)行工況下1#汽輪機(jī)凝汽器真空的變化數(shù)據(jù)表

2 原因分析及處理

2.1 循環(huán)水系統(tǒng)的檢查

熱電汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)配套的凝汽器為兩流程兩道表面式，1#、2#汽輪機(jī)共有四臺(tái)循環(huán)泵并聯(lián)設(shè)計(jì)，兩臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行，兩臺(tái)備用，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，循環(huán)泵工作電流正常，流量滿足設(shè)計(jì)要求。

運(yùn)行中1#汽輪機(jī)凝汽器西側(cè)循環(huán)水入口二次濾網(wǎng)多次由于淋水填料碎片出現(xiàn)堵塞，西側(cè)循環(huán)水入口壓力下降，由0.15 MPa下降至0.12 MPa，使得該側(cè)循環(huán)水流量下降，凝汽器冷卻效果降低，真空下降。崗位人員降負(fù)荷停運(yùn)凝汽器半側(cè)進(jìn)行該側(cè)二次濾網(wǎng)反沖洗，清除堵塞在二次濾網(wǎng)處的碎屑。

二次濾網(wǎng)反沖洗方法如下：將機(jī)組電負(fù)荷降至15 MW或以下，如圖1所示，開(kāi)啟一側(cè)循環(huán)水入口二次濾網(wǎng)排污電動(dòng)門(mén)a，開(kāi)啟循環(huán)水回水放空門(mén)b，關(guān)閉該側(cè)循環(huán)水進(jìn)水電動(dòng)門(mén)c，凝汽器內(nèi)部循環(huán)水靠重力作用向下反沖洗二次濾網(wǎng)，附著在二次濾網(wǎng)上的碎屑被反沖掉，經(jīng)排污管進(jìn)入回水管道從放空門(mén)排出。

圖1 凝汽器循環(huán)水進(jìn)出示意圖

檢查發(fā)現(xiàn)二次濾網(wǎng)堵塞的碎屑成分是涼水塔淋水填料，檢查四臺(tái)涼水塔填料更換日期，均在有效期內(nèi)，但有部分淋水噴頭出現(xiàn)堵塞，造成水塔淋水分布不均，部分填料受沖擊嚴(yán)重發(fā)生損壞。利用機(jī)組檢修更換了堵塞的涼水塔噴頭62個(gè)，改善了涼水塔的淋水均勻分布狀態(tài)，降低了水流對(duì)淋水填料板的沖擊。

雖然反沖洗后西側(cè)循環(huán)水進(jìn)水壓力升高至正常壓力，但因?yàn)槎螢V網(wǎng)排污管與回水管接通，反沖洗后會(huì)造成部分碎屑回到?jīng)鏊胁荒軓氐着懦觯?jīng)過(guò)一段時(shí)間后就又發(fā)生堵塞，需要再次進(jìn)行二次濾網(wǎng)反沖洗。

利用機(jī)組檢修對(duì)二次濾網(wǎng)排污管進(jìn)行改造，如圖2所示，將二次濾網(wǎng)排污管與回水管道斷開(kāi)，直接將循環(huán)水外排。改善后，反沖洗效果顯著，徹底排出了堵塞的雜物，清潔了二次濾網(wǎng)。

圖2 二次濾網(wǎng)排污管改造示意圖

2.2 凝汽器冷卻效率的檢查

1#汽輪機(jī)帶負(fù)荷24.01MW時(shí)，凝汽器真空為-87.82kPa，當(dāng)時(shí)凝汽器東西兩側(cè)循環(huán)水溫升均為11 ℃，超過(guò)設(shè)計(jì)循環(huán)水溫升值（Δt=7 ℃）；凝汽器端差為20 ℃，超過(guò)設(shè)計(jì)端差值（該型號(hào)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)端差值為8 ℃）。通過(guò)對(duì)1#汽輪機(jī)凝汽器端差和循環(huán)水溫升檢測(cè)，認(rèn)為凝汽器冷卻效率較差，判定為凝汽器銅管表面污臟或結(jié)垢。銅管中污垢的存在導(dǎo)致流體與換熱壁面之間的傳熱熱阻增加，管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)下降，傳熱惡化。

目前，本機(jī)組凝汽器銅管的清洗方法是膠球在線清洗和停機(jī)后人工高壓清洗。如圖3所示，1月—6月，1#汽輪機(jī)凝汽器膠球清洗后東側(cè)的收球率逐漸降低，嚴(yán)重時(shí)投入150個(gè)，只收回6個(gè)，停機(jī)檢查后發(fā)現(xiàn)收球網(wǎng)底部有破損，膠球丟失影響了清洗銅管污垢的效果。

圖3 1#汽輪機(jī)膠球清洗后收球率變化趨勢(shì)

如圖4所示，利用6月底機(jī)組停運(yùn)檢修，將破損的部位進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，凝汽器膠球清洗后的收球率提高至98%左右（圖3中7月—8月），膠球隨冷卻水進(jìn)入銅管后不規(guī)則跳動(dòng)，并與銅管內(nèi)壁碰撞，加之水流的沖刷作用，將附著在管壁上的沉積物清除掉，達(dá)到清洗的目的。同時(shí)制訂檢修計(jì)劃，對(duì)1#汽輪機(jī)凝汽器2 400根銅管進(jìn)行高壓水沖洗，徹底清除內(nèi)部污垢。

圖4 收球網(wǎng)漏點(diǎn)處理前后對(duì)比

2.3 循環(huán)水濃縮倍率的監(jiān)視調(diào)整

循環(huán)水濃縮倍率是指在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)水由于水分蒸發(fā)、風(fēng)吹損失等因素不斷濃縮的倍率，它是衡量水質(zhì)控制好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。濃縮倍數(shù)低，耗水量增大且水處理藥劑的效能得不到充分發(fā)揮；濃縮倍數(shù)高，循環(huán)水在銅管內(nèi)易發(fā)生結(jié)垢和腐蝕。

本著節(jié)約用水又要防止結(jié)垢的原則，我單位對(duì)循環(huán)水質(zhì)的管控采取根據(jù)總磷指標(biāo)定期加入阻垢劑，每月兩次投加殺菌劑，循環(huán)水濃縮倍率控制指標(biāo)為2.3～2.5等措施，崗位人員每2 h進(jìn)行一次水質(zhì)化驗(yàn)，并根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，參照當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫度以及水塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行循環(huán)水補(bǔ)水量調(diào)整，將循環(huán)水手動(dòng)補(bǔ)水門(mén)改為電動(dòng)門(mén)，可以遠(yuǎn)方控制閥門(mén)開(kāi)度，為循環(huán)水指標(biāo)控制提供了便利，提高了工作效率。

2.4 真空破壞門(mén)的檢查

真空破壞門(mén)是從凝汽器至射水泵抽空管道上引出，如真空破壞門(mén)誤開(kāi)或發(fā)生內(nèi)漏，將會(huì)影響射水抽氣系統(tǒng)的工作效率，造成真空下降。檢查真空破壞門(mén)關(guān)閉到位，用手背靠近破壞門(mén)出口管口，無(wú)明顯倒吸感覺(jué)，為徹底排除該因素，將水注入到真空破壞門(mén)后管道中做水封，做好水位標(biāo)記，1 h后未發(fā)現(xiàn)水位有下降，可以判定該閥門(mén)無(wú)內(nèi)漏[2]。

2.5 軸封供氣系統(tǒng)的檢查

由于1#汽輪機(jī)低壓缸軸封內(nèi)與真空系統(tǒng)相連、外與空氣接觸，開(kāi)啟后軸封供氣是為阻斷空氣進(jìn)入低壓缸，如果后軸封供氣壓力低，阻斷空氣的能力減弱，空氣順軸封間隙進(jìn)入與低壓缸相連的凝汽器，就會(huì)使真空下降。

對(duì)后軸封的供氣情況進(jìn)行檢查：1#汽輪機(jī)后軸封供氣氣源來(lái)自均壓箱，均壓箱的壓力穩(wěn)定尤為重要，1#汽輪機(jī)均壓箱氣源是由主蒸汽經(jīng)減溫減壓器后供給，查閱運(yùn)行中主蒸汽參數(shù)三個(gè)月內(nèi)的曲線，變化范圍在4.71～4.97 MPa，均壓箱壓力在65～100 kPa，符合規(guī)定范圍，所以排除軸封供氣壓力低或者斷氣的可能。

2.6 真空系統(tǒng)閥門(mén)的檢查

機(jī)組真空系統(tǒng)嚴(yán)密性直接影響凝汽器真空度，真空嚴(yán)密性差說(shuō)明漏入真空系統(tǒng)的空氣量大，會(huì)降低凝汽器的換熱效率，導(dǎo)致真空下降。由于空氣分壓力增大，氧在凝結(jié)水中的溶解度提高，凝結(jié)水含氧量增大，凝結(jié)水管道和低壓加熱器的腐蝕加劇。由于空氣分壓力的升高，蒸汽的分壓力下降，凝結(jié)水溫度低于排汽壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度，還會(huì)引起凝結(jié)水過(guò)冷卻，使汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性降低。

1#汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，崗位職工對(duì)與凝汽器相連的所有負(fù)壓管道、法蘭、閥門(mén)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，列出清單，按照清單采取燭火法和涂抹皂水的方式進(jìn)行查漏，均未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。利用1#汽輪機(jī)停機(jī)檢修，按照操作步驟進(jìn)行凝汽器灌水查漏，上水至凝汽器喉部，水漫進(jìn)低壓加熱器進(jìn)汽管道到汽輪機(jī)抽汽口下部，檢查真空系統(tǒng)所有管道、閥門(mén)、法蘭均沒(méi)有漏水現(xiàn)象，因此排除了真空系統(tǒng)嚴(yán)密性差，系統(tǒng)存在漏點(diǎn)，導(dǎo)致1#汽輪機(jī)真空低的可能。

2.7 射水抽氣系統(tǒng)的檢查

2.7 .1 射水抽氣器的拆檢

對(duì)1#汽輪機(jī)1#、2#射水抽氣器進(jìn)行倒換，切換前后，1#汽輪機(jī)真空值未有明顯變化。利用機(jī)組檢修，解體1#汽輪機(jī)射水抽氣器逆止門(mén)和混合室噴嘴進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)噴嘴輕微氧化、通道無(wú)堵塞、彈簧張力良好。對(duì)噴嘴表面稍作處理后進(jìn)行了回裝。

2.7 .2 射水抽氣器工作狀態(tài)的檢查

通過(guò)試驗(yàn)可得，在相同的負(fù)荷下，射水抽氣器工作水溫升高會(huì)影響射水抽氣器抽吸空氣的能力，當(dāng)水溫超過(guò)40 ℃后，抽氣能力下降。這是因?yàn)榛旌鲜覂?nèi)絕對(duì)壓力低，工作水溫升高，水易汽化，由于汽的比容比水大得多，所以混合室壓力升高，維持真空的能力下降，會(huì)使凝汽器真空降低。因此運(yùn)行中必須監(jiān)視水溫的變化，定期或連續(xù)向射水池中補(bǔ)充冷水保證工作水溫度。

經(jīng)檢查，1#汽輪機(jī)射水池補(bǔ)水為循環(huán)水，循環(huán)水溫度受環(huán)境影響大，夏季時(shí)溫度范圍為29～35 ℃，當(dāng)1#汽輪機(jī)帶高負(fù)荷時(shí)，測(cè)得射水池水溫能超過(guò)35 ℃，需要補(bǔ)入大量的循環(huán)水來(lái)降低射水池工作水溫。由于補(bǔ)水接在循環(huán)水母管上，大量補(bǔ)水會(huì)使母管壓力下降，影響其他用戶的工作；循環(huán)水溫度高，不易很快將射水池水溫降下來(lái)，影響了抽氣器的工作效率；另外，為降低循環(huán)水溫度啟動(dòng)涼水塔風(fēng)機(jī)，又產(chǎn)生了大量廠用電消耗。

將溫度相對(duì)較低的生產(chǎn)水引至射水池內(nèi)作為補(bǔ)水來(lái)代替循環(huán)水。生產(chǎn)水溫度低于20 ℃，作為射水池補(bǔ)給水，冷卻效果強(qiáng)，通過(guò)摸索，不僅能保證射水池正常水溫，還可將1#汽輪機(jī)軸冷風(fēng)機(jī)改由射水抽氣器代替工作，提高了射水抽氣器的綜合效益。

3 效果驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)1#汽輪機(jī)凝汽器真空低的原因分析，采取以上措施對(duì)影響因素進(jìn)行了驗(yàn)證和處理，處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

表2 1#汽輪機(jī)真空低問(wèn)題處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比

1#汽輪機(jī)真空、發(fā)電負(fù)荷都有所提高，當(dāng)1#機(jī)帶滿負(fù)荷（25 MW）時(shí)，循環(huán)水溫度為30.2 ℃，三臺(tái)水塔高速運(yùn)行就能讓真空維持在-90.71 kPa，較之前提高2.89 kPa，單機(jī)發(fā)電量平均每小時(shí)增加將近1 000 kW，解決了因真空低無(wú)法帶滿負(fù)荷的問(wèn)題，同時(shí)減少一臺(tái)涼水塔風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，也節(jié)約了廠用電，降低了發(fā)電成本，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。