朱 磊

（華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

影響汽輪機(jī)真空的因素分析

朱 磊

（華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

介紹汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)凝汽器的傳熱過(guò)程，分析真空降低原因，提出了改善機(jī)組真空的主要措施，提高了真空系統(tǒng)正常運(yùn)行效率，提升了汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

汽輪機(jī)；凝汽器；真空

一、凝汽器的傳熱分析

1.由于凝汽式汽輪機(jī)的排汽處于飽和狀態(tài)，因此，凝汽器內(nèi)蒸汽的飽和壓力和飽和溫度是對(duì)應(yīng)的，為使凝汽器內(nèi)獲得較高真空，就要使凝汽器內(nèi)蒸汽的飽和溫度盡量接近冷卻水溫度。而冷卻水量和冷卻面積是有限的，因此當(dāng)蒸汽凝結(jié)放出的汽化潛熱通過(guò)管壁傳給冷卻水時(shí)，必然存在傳熱溫差。為了能夠在凝汽器內(nèi)形成較高的真空，減少凝汽器的傳熱端差，通常凝汽器的冷卻水管一般都采用傳熱系數(shù)較高的銅材制作，從而使進(jìn)入凝汽器的排汽與冷卻水之間形成較好的傳熱效果。

2.凝汽器內(nèi)存在3種換熱：蒸汽在循環(huán)水管外壁進(jìn)行凝結(jié)放熱；循環(huán)水管內(nèi)壁與外壁之間發(fā)生金屬導(dǎo)熱交換；循環(huán)水管內(nèi)部進(jìn)行介質(zhì)的流動(dòng)換熱。將它們的換熱系數(shù)設(shè)定為a1、a2、a3，則：1/a1、1/a2、1/a3分別為3個(gè)換熱的熱阻，通過(guò)對(duì)凝汽器換熱系統(tǒng)的理論計(jì)算得出3個(gè)熱阻：1/a1＜1/a2＜1/a3，傳熱系數(shù)表明了傳熱過(guò)程的強(qiáng)烈程度，傳熱系數(shù)越大，傳熱過(guò)程越強(qiáng)，熱阻越小，凝汽器內(nèi)傳熱性越好，由此可知，凝汽器的真空下降也會(huì)相應(yīng)使得過(guò)冷度增加、汽阻增大。

凝汽器里水平排列著很多根銅管，當(dāng)在上部銅管凝聚水珠下落時(shí)，大部分水珠要落在下面銅管上，被冷卻水冷卻，因此，凝結(jié)水溫度低于凝汽器排汽壓力下的飽和溫度，他們的差值即為過(guò)冷度，凝汽式機(jī)組的過(guò)冷度一般在為0.5～1℃范圍內(nèi)。循環(huán)水帶走的熱量越多，造成過(guò)冷度越大，其溫差損失需要靠鍋爐燃燒更多的燃料來(lái)提高。并且過(guò)冷度的數(shù)值提高會(huì)造成凝結(jié)水系統(tǒng)中的含氧量增加，從而加快管道和設(shè)備腐蝕。此外，循環(huán)水帶走凝汽器排汽的汽化潛熱受到排擠并減少，造成凝汽器的真空下降，使得凝汽器的熱經(jīng)濟(jì)性下降。凝汽器內(nèi)汽阻也受到過(guò)冷度的影響，凝汽器抽汽口處壓力相對(duì)最低，排汽與漏入空氣的混合物就從凝汽器的喉部向抽汽口流動(dòng)，流過(guò)管束時(shí)產(chǎn)生一定動(dòng)阻力，從喉部到抽汽口一段的壓力降稱之為汽阻，汽阻一般為260 ～400Pa，運(yùn)行過(guò)程中要求汽阻要小一些，因?yàn)楫?dāng)抽汽口壓力一定時(shí)，汽阻越大，汽輪機(jī)的背壓越高，而且當(dāng)汽阻增加時(shí)，過(guò)冷度也會(huì)隨之增大，從而影響汽輪機(jī)的真空。

二、真空度降低原因分析

1.軸封系統(tǒng)。機(jī)組軸封設(shè)計(jì)為0.02～0.06MPa，實(shí)際運(yùn)行中軸封的壓力為0.05MPa。為了確定軸封系統(tǒng)是否漏氣，將軸封壓力從0.05MPa緩慢升高到0.1MPa，并將軸封調(diào)節(jié)閥的旁路閥門(mén)打開(kāi)，雖然機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)高點(diǎn)軸封放空處有蒸汽不斷的溢出，但機(jī)組的真空度沒(méi)有改變?？梢源_認(rèn)軸封系統(tǒng)運(yùn)行正常。

2.凝汽系統(tǒng)。凝汽器系統(tǒng)滿水是汽輪機(jī)日常真空度下降的一個(gè)主要原因。當(dāng)汽側(cè)空間水位升高后，淹沒(méi)了一部分冷凝管，減少了凝汽器的冷卻面積，使汽輪機(jī)的排汽壓力升高。如凝汽器水位升高至抽汽口的高度，則凝汽器的真空度下降，根據(jù)凝結(jié)水淹沒(méi)抽汽口的程度，開(kāi)始真空度降低緩慢，隨后便迅速加快，這時(shí)連接在凝汽器喉部的真空表指示下降，而連接在抽空器上的真空表指示上升。此時(shí)如果不及時(shí)采取必要的措施，將有水由抽氣器的排氣管冒出?，F(xiàn)場(chǎng)檢查并重新校驗(yàn)業(yè)務(wù)表的結(jié)果表明液位顯示正常。

現(xiàn)場(chǎng)兩級(jí)射汽抽氣器的抽氣口離熱井液位的距離較長(zhǎng)，為分析該液位對(duì)系統(tǒng)的影響情況，將熱井的液位控制高度從70%調(diào)低到60%，結(jié)果表明真空度沒(méi)有變化。因此可以確定凝汽系統(tǒng)的液位設(shè)置不會(huì)影響射汽抽氣器的正常使用。

3.循環(huán)冷卻水。在正常情況下，如果沒(méi)有操作，機(jī)組的循環(huán)水不會(huì)中斷。檢查發(fā)現(xiàn)凝汽器的實(shí)際循環(huán)水質(zhì)量流量為660t/h，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值1550t/h。

一般凝汽器的循環(huán)水冷卻倍率為40～60，按照進(jìn)汽的質(zhì)量流量31.5t/h和實(shí)際循環(huán)水質(zhì)量流量660t/ h來(lái)計(jì)算，該機(jī)組的冷卻倍率只有21，遠(yuǎn)小于正常設(shè)計(jì)值。

凝汽器管程短路也是影響冷卻效果的重要因素，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，凝汽器管程隔板有可能在循環(huán)水的沖擊下發(fā)生變形或產(chǎn)生移位，導(dǎo)致循環(huán)水的進(jìn)水不經(jīng)過(guò)凝汽器的管束而直接形成短路返回回水管線中。但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得進(jìn)水和回水的壓力分別為0.4MPa 和0.3MPa，與系統(tǒng)主管中的循環(huán)水進(jìn)、回水壓力一致，同時(shí)測(cè)得進(jìn)、回水的溫差＞15℃，說(shuō)明凝汽器沒(méi)有短路，只是循環(huán)水質(zhì)量流量與實(shí)際設(shè)計(jì)值偏差很大。

4.凝汽器冷卻面積垢。凝汽器冷卻面積垢是日常生產(chǎn)中引起機(jī)組真空度下降的常見(jiàn)因素。由于循環(huán)水水質(zhì)差，其中很多雜質(zhì)可引起凝汽器積垢，影響冷卻效果。檢查說(shuō)明，導(dǎo)凝口排放的循環(huán)水比較渾濁，有時(shí)還有泥沙顆粒。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，凝汽器積垢嚴(yán)重，不僅使流體的阻力增大，而且降低了凝汽器的冷卻效果，導(dǎo)致中壓蒸汽做功后不能完全被冷卻，抽空器的負(fù)荷過(guò)大，凝汽系統(tǒng)達(dá)不到所要求的真空度。

5.抽氣器系統(tǒng)故障。機(jī)組選用的抽空器為啟動(dòng)抽氣器，并配有兩級(jí)射汽抽氣器，根據(jù)設(shè)計(jì)，開(kāi)機(jī)時(shí)先使用啟動(dòng)抽氣器，而兩組兩級(jí)射汽器1開(kāi)1備，但是正常使用時(shí)由于真空度過(guò)低，啟動(dòng)抽氣器和兩級(jí)射汽器已經(jīng)全部投用，系統(tǒng)的真空度仍然達(dá)不到正常使用要求。為了確定抽空器工作噴嘴是否堵塞，在降低負(fù)荷的情況下進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)噴嘴工作正常。但第一級(jí)射汽抽氣器的疏水回水管線缺少設(shè)計(jì)中的U型管水封，只是通過(guò)直線管路連接到凝汽器上，與設(shè)計(jì)不符，造成抽氣器第一段排汽冷卻后，空氣返回凝汽器，使第一級(jí)射汽抽氣器失去作用。

三、改造措施

1.按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行真空嚴(yán)密性測(cè)試，加強(qiáng)凝汽器進(jìn)、出口水溫、端差、真空、過(guò)冷度等運(yùn)行參數(shù)的綜合分析，找出影響機(jī)組真空的主要原因。

2.容易漏入空氣的設(shè)備系統(tǒng)，如低壓缸、給水1、2、3號(hào)加熱器、軸封系統(tǒng)、對(duì)空排汽的管道以及高加疏水?dāng)U容器、凝泵、低壓加熱器的抽空氣管等與凝汽器連接的管道和疏水管，特別是凝汽器喉部連接的管道一旦出現(xiàn)裂縫或斷裂將嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行，因此要在設(shè)備檢修時(shí)加強(qiáng)查漏堵漏工作，對(duì)影響真空的問(wèn)題制定整改計(jì)劃徹底解決。

3.加強(qiáng)凝汽器膠球清洗系統(tǒng)的運(yùn)行與檢修管理，提高清洗質(zhì)量。選擇膠球的濕態(tài)比重與循環(huán)水相近、直徑較銅管內(nèi)徑大1～2mm的圓形橡膠球，經(jīng)常檢查膠球的收球率與磨損情況，當(dāng)膠球磨損減小時(shí)，及時(shí)更換新球。當(dāng)回水管收球網(wǎng)前后循環(huán)水壓差增大時(shí)，立即進(jìn)行膠球系統(tǒng)反沖洗，一定保證膠球正常有效工作。

4.對(duì)于凝汽器系統(tǒng)的射水抽氣器，正常時(shí)主要對(duì)抽氣器工作水溫的變化進(jìn)行監(jiān)視，連續(xù)或定期補(bǔ)充冷水，排出內(nèi)部高溫水，避免工作水溫度太高降低抽氣效率。恰當(dāng)?shù)倪x擇出水口的位置和布置高度，當(dāng)射水抽氣器出水口處于射水池水面下部時(shí)，如果出水口淹沒(méi)的太深，因?yàn)樯渌苤械乃疁乇人氐乃疁馗?、比重低，排水管外的壓力過(guò)大將抑制抽氣器工作水的排出，從而導(dǎo)致射水抽氣器的抽氣能力下降。

四、結(jié)語(yǔ)

影響汽輪機(jī)真空下降的原因是多方面的，它與設(shè)備的檢修與運(yùn)行維護(hù)都有關(guān)系。提高汽輪機(jī)的真空對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行和提高整個(gè)電廠的經(jīng)濟(jì)效益有著現(xiàn)實(shí)意義。

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（2015-06-13）