王剛

凝汽器真空度降低原因分析及診斷方法

王剛

（華電青島發(fā)電有限公司，山東青島 266031）

介紹了反映凝汽器運(yùn)行狀況的參數(shù)，分析了凝汽器真空度偏低的影響因素及診斷依據(jù)，通過實(shí)例闡述了機(jī)組正常運(yùn)行期間真空度降低的診斷方法。提出了極限真空度和最佳真空度的概念，可為指導(dǎo)汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考。

凝汽器；真空度；排汽溫度；循環(huán)水溫升；端差；最佳真空度；極限真空度

0 引言

凝汽器是對汽輪機(jī)乃至整個發(fā)電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響最大、最關(guān)鍵的設(shè)備之一，凝汽器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的總指標(biāo)是凝汽器真空度，其始終是汽輪機(jī)側(cè)關(guān)注度最高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。影響凝汽器真空度的因素較多，如何準(zhǔn)確找到真空度偏低的主要原因并采取針對性的整改措施，就成為提高真空度的關(guān)鍵所在。

1 凝汽器真空度與低壓缸排汽溫度的關(guān)系

排查凝汽器真空度偏低原因之前，首先應(yīng)該確認(rèn)測點(diǎn)顯示是否準(zhǔn)確、無誤，而低壓缸排汽溫度就是最好的參考依據(jù)。低壓缸排汽溫度就是汽輪機(jī)背壓下蒸汽的飽和溫度，其與背壓是相互對應(yīng)的關(guān)系，而凝汽器真空度就是汽輪機(jī)背壓低于大氣壓力的數(shù)值，因此當(dāng)大氣壓力恒定時，低壓缸排汽溫度就和凝汽器真空度是一一對應(yīng)的關(guān)系。表1列出了排汽溫度與用101 kPa作為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力折算出的真空度的數(shù)理關(guān)系。當(dāng)機(jī)組凝汽器真空度偏低時，可以根據(jù)表1查閱真空度對應(yīng)的排汽溫度，再與機(jī)組實(shí)測排汽溫度進(jìn)行比較，以判斷凝汽器真空度是否確實(shí)偏低。

2 反映凝汽器運(yùn)行狀況的相關(guān)參數(shù)

2.1 凝汽器循環(huán)水溫升

循環(huán)水溫升是指循環(huán)水在凝汽器內(nèi)的受熱程度，是監(jiān)視凝汽器循環(huán)水側(cè)運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)之一。同一負(fù)荷下，循環(huán)水溫升說明了循環(huán)水量的大小。額定負(fù)荷下，循環(huán)水溫升合理范圍為：夏季8～10℃，冬季13～14℃。高于合理范圍，說明循環(huán)水量小，未達(dá)到設(shè)計(jì)用水量的要求；低于合理范圍，則說明循環(huán)水量大。循環(huán)水溫升的變化與機(jī)組帶負(fù)荷程度、凝汽器換熱面積、循環(huán)冷卻水流量有直接關(guān)系。

2.2 凝汽器端差

凝汽器端差是汽輪機(jī)排汽溫度與凝汽器循環(huán)水出口溫度的差值，是反映凝汽器換熱效果的重要指標(biāo)。端差的大小與凝汽器循環(huán)水進(jìn)口溫度、凝汽器單位面積熱負(fù)荷、凝汽器冷卻管表面清潔程度、漏入凝汽器內(nèi)的空氣量及冷卻水在鈦管內(nèi)的流速有關(guān)。

凝汽器端差一般控制在4～8℃，海水冷卻機(jī)組凝汽器端差一般控制在12℃以下。凝汽器端差增加的原因有：凝汽器鈦管結(jié)垢；凝汽器汽側(cè)漏入空氣；冷卻水管堵塞；冷卻水量相對過剩。

2.3 凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的目的是檢查汽輪機(jī)負(fù)壓區(qū)域是否存在漏空氣現(xiàn)象，試驗(yàn)時機(jī)組負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷以上。關(guān)閉凝汽器抽氣出口門或停運(yùn)抽氣設(shè)備，30 s后開始記錄，記錄8min，取后5min的真空度下降值計(jì)算真空度的平均下降值。對于濕冷機(jī)組，100MW以下機(jī)組真空度下降速度應(yīng)≤400 Pa／min，100MW以上機(jī)組真空度下降速度應(yīng)≤270 Pa／min。

真空度嚴(yán)密性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，是反映機(jī)組負(fù)壓系統(tǒng)漏氣量的最直觀參數(shù)。但應(yīng)注意，負(fù)荷越低時真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)越差，這是因?yàn)樨?fù)荷越低，處于真空狀態(tài)的設(shè)備、系統(tǒng)范圍越大，漏空氣量也越多，而且相同的漏空氣量，負(fù)荷不同時真空度下降的速率也不一樣。所以，每次真空嚴(yán)密性試驗(yàn)都要求負(fù)荷穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷左右，這樣的試驗(yàn)結(jié)果才有參考價值。

2.4 凝結(jié)水過冷度

凝結(jié)水過冷度是反映凝汽器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)，它表征了凝汽器熱井中凝結(jié)水的過冷卻程度，即凝結(jié)水溫度與凝汽器排汽壓力下的飽和溫度之差。凝結(jié)水過冷度的產(chǎn)生是由于循環(huán)水對凝汽器汽側(cè)的凝結(jié)水進(jìn)行了重復(fù)冷卻所致，因此會導(dǎo)致凝汽器經(jīng)濟(jì)性下降。凝結(jié)水過冷度高的原因有：凝汽器水位高，淹沒部分鈦管；凝汽器內(nèi)積存空氣；冷卻水入口溫度降低或冷卻水流量增大；凝汽器鈦管破裂。

表1 排汽溫度與凝汽器真空度的數(shù)理關(guān)系

3 凝汽器真空度偏低的影響因素及診斷依據(jù)

要想排查影響真空度的因素，首先應(yīng)了解機(jī)組運(yùn)行期間凝汽器的真空度是怎樣形成的。機(jī)組正常運(yùn)行期間，凝汽器中的排汽受到冷卻而凝結(jié)成水，體積大大縮小，原來由蒸汽充滿的空間就形成了高度真空。另外，凝汽器中總是存在不凝結(jié)氣體，因此要用抽氣器或真空泵將凝汽器中不斷聚集的不凝結(jié)氣體連續(xù)抽出，使凝汽器中不凝結(jié)氣體的含量盡可能少。

綜上所述，造成凝汽器真空度偏低的根本原因只有2個：凝結(jié)成水的排汽量減少；凝汽器中不凝結(jié)氣體增多。而根據(jù)諸多實(shí)際因素的屬性和特點(diǎn)，又可以把第1種原因劃分為2類：即凝汽器換熱面積減少和凝汽器冷卻水量減少。

3.1 凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體增多

該類原因包括：（1）真空系統(tǒng)泄漏；（2）真空泵故障導(dǎo)致抽吸能力下降；（3）軸封系統(tǒng)異常；（4）給水泵密封水回收系統(tǒng)異常。

該類原因的診斷依據(jù)為：凝汽器端差增大、凝結(jié)水過冷度增大。

若凝汽器端差和凝結(jié)水過冷度增大的同時機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格，則原因?yàn)椋?），（3），（4）；若機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格但仍存在端差和過冷度增大的情況，則可以確定原因?yàn)椋?）。

正常運(yùn)行期間切換真空泵時，啟動第2臺真空泵后機(jī)組真空度升高，此時不能片面地認(rèn)為機(jī)組真空系統(tǒng)存在漏點(diǎn)，首先應(yīng)排除2臺真空泵出力不一致的情況，而后再結(jié)合機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行綜合判斷。

3.2 凝汽器換熱面積減少

該類原因包括：（1）凝汽器熱井水位過高淹沒部分鈦管；（2）循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)積聚空氣；（3）凝汽器鈦管清潔系數(shù)差。

該類原因的診斷依據(jù)為：循環(huán)水溫升下降、凝汽器端差增大。

端差增大的同時循環(huán)水溫升下降，這是區(qū)別于真空泵故障的顯著特征（真空泵故障時循環(huán)水溫升變化不大）。另外，除上述2種參數(shù)變化外還存在過冷度增大的情況，則原因?yàn)椋?），（2）；否則原因?yàn)椋?）。

3.3 凝汽器冷卻水量不足

該類原因包括：（1）循環(huán)水進(jìn)水濾網(wǎng)堵塞；（2）循環(huán)水泵出力不足；（3）凝汽器鈦管泄漏；（4）凝汽器鈦管堵管率高。

該類原因的診斷依據(jù)為：循環(huán)水溫升偏高、凝汽器端差增大。

除循環(huán)水溫升和凝汽器端差增大以外，凝汽器冷卻水量不足還有一個顯著特征：高、低負(fù)荷變化時機(jī)組真空度變化幅度大。在上述參數(shù)變化的同時，出現(xiàn)凝結(jié)水硬度超標(biāo)和過冷度增大，就可以確定原因?yàn)椋?）；濾網(wǎng)前、后差壓增大是原因（1）的最直觀現(xiàn)象；若硬度、過冷度及濾網(wǎng)差壓均正常，則原因?yàn)椋?），（4）。

4 真空度偏低的診斷方法

以華電青島發(fā)電有限公司的2個實(shí)例來對診斷方法進(jìn)行說明。

（1）＃3機(jī)組負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)消除前、后參數(shù)見表2。由表2可以看出，＃3機(jī)組負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)消除前的主要異常參數(shù)為：凝汽器端差增大、凝結(jié)水過冷度增大。根據(jù)前面的分析，可以判定導(dǎo)致＃3機(jī)組真空度偏低的主要原因?yàn)槟鞑荒Y(jié)氣體增多。

（2）＃2機(jī)組B側(cè)二次濾網(wǎng)疏通前、后參數(shù)見表3。由表3可以看出，＃2機(jī)組B側(cè)二次濾網(wǎng)疏通前，凝汽器主要異常參數(shù)為：循環(huán)水溫升偏高、凝汽器端差增大。根據(jù)前面的分析，可以判定導(dǎo)致＃2機(jī)組真空度偏低的主要因素為凝汽器冷卻水量不足。結(jié)合當(dāng)時B側(cè)二次濾網(wǎng)前、后差壓較高（0.07MPa）的異常現(xiàn)象，可以進(jìn)一步判斷，循環(huán)水進(jìn)水濾網(wǎng)堵塞是造成凝汽器冷卻水量不足的主要原因。

表2＃3機(jī)組負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)消除前、后參數(shù)

表3＃2機(jī)組B側(cè)二次濾網(wǎng)疏通前、后參數(shù)

5 凝汽器的極限真空度和最佳真空度

5.1 極限真空度

由汽輪機(jī)原理知道，降低汽輪機(jī)的背壓可以提高汽輪機(jī)組的出力。當(dāng)背壓降低到某一數(shù)值以后，若繼續(xù)降低汽輪機(jī)的背壓，汽輪機(jī)功率不再增加，反而由于背壓降低，凝結(jié)水溫度下降，回?zé)崴玫蛪毫壋槠吭龃螅沟闷啓C(jī)末級功率減小。此時蒸汽的膨脹有一部分是在末級動葉柵后進(jìn)行的，這部分蒸汽對汽輪機(jī)組而言已不具備做功能力。蒸汽在末級動葉片斜切部分膨脹達(dá)到極限時的背壓稱為極限背壓，它對應(yīng)的真空稱為極限真空度。

凝汽器的極限真空度對指導(dǎo)汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。如機(jī)組在冬季工況下運(yùn)行，冷卻水溫很低，同樣冷卻水量可以達(dá)到更高的凝汽器真空度，但若凝汽器真空度高于機(jī)組的極限真空度，就會白白消耗循環(huán)水泵的功率而毫無收益，此時應(yīng)減少冷卻水量，使凝汽器的真空度接近極限真空度。表4為幾個典型汽輪機(jī)的極限背壓、真空度及對應(yīng)排汽溫度。

表4 典型汽輪機(jī)極限背壓、真空度及排汽溫度

5.2 最佳真空度

對于結(jié)構(gòu)已確定的凝汽器，在極限真空度內(nèi)，當(dāng)蒸汽參數(shù)和流量不變時，提高真空度使蒸汽在汽輪機(jī)中的可用焓降增大，就會相應(yīng)增加發(fā)電機(jī)的輸出功率ΔPT。但在提高真空度的同時，需要向凝汽器多供冷卻水，從而增加了循環(huán)水泵的耗功ΔPp。在機(jī)組功率及循環(huán)水入口溫度一定的條件下，凝汽器真空度提高時，ΔPT與ΔPp的差值最大時的真空度稱為凝汽器的最佳真空（即最經(jīng)濟(jì)真空度），如圖1所示。

圖1 凝汽器最佳真空度示意

凝汽器的最佳真空度需要通過試驗(yàn)的方法確定：在確定的冷卻水溫度條件下，通過改變汽輪機(jī)組排汽量，選擇單臺泵、2臺泵、3臺泵或低速泵、高速泵供水，測取凝汽器及汽輪機(jī)的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立冷卻水流量、機(jī)組負(fù)荷、ΔPT以及ΔPp之間的關(guān)系曲線，從而確定循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的范圍，用以指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行。

6 結(jié)束語

機(jī)組正常運(yùn)行期間真空度偏低時，首先根據(jù)低壓缸排汽溫度的變化來確認(rèn)機(jī)組真空度是否真的降低。若真空度確實(shí)下降，進(jìn)行80%額定負(fù)荷下的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，并查詢運(yùn)行參數(shù)，比較相同負(fù)荷下凝汽器端差、循環(huán)水溫升及凝結(jié)水過冷度，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及參數(shù)變化，確定導(dǎo)致機(jī)組真空度下降的主要因素。采取有效手段后，要確保真空度回升后未超過極限真空度，以免影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

［1］紀(jì)昌宏.汽輪機(jī)運(yùn)行及事故處理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［2］蔣明昌.火電廠能耗指標(biāo)分析手冊［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［3］陳義森.汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)運(yùn)行分析［R］.濟(jì)南：山東電力研究院，2011.

（本文責(zé)編：劉芳）

TK 264.1+1

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：1674-1951（2015）03-0034-04

王剛（1979—），男，山東青島人，工程師，從事汽輪機(jī)專業(yè)技術(shù)方面的工作（E-mail：liunaihua＠126.com）。

2014-03-06；

2015-01-08