姚潤賢，薛利峰，張立志

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽 618000）

在汽輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)體系中，凝汽器是極為重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其真空質(zhì)量與汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行能力直接相關(guān)。據(jù)相關(guān)研究表明，凝汽器的真空壓力每下降1kPa，將導(dǎo)致汽輪機(jī)組的汽耗率提高1.5%～2.5%，煤耗率提高3g/kWh至3.29g/kWh，熱耗率提高70kJ/kWh。從原理上講，凝汽器的真空質(zhì)量主要與凝汽器背壓、大氣壓力兩項因素有關(guān)，其中，凝汽器背壓所對應(yīng)的飽和溫度，就是低壓缸處的排汽溫度。而低壓缸排汽溫度又與凝汽器循環(huán)水出口溫度、凝汽器端差兩項因素有關(guān)。所以，若凝汽器循環(huán)水出口溫度存在異常，勢必會影響凝汽器的真空質(zhì)量，進(jìn)而對汽輪機(jī)組的良性運(yùn)行構(gòu)成威脅。

結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗與實踐分析來看，凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差過大這一問題比較常見，且差值普遍在1～5℃。當(dāng)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度不均時，低壓缸的排汽溫度、凝汽器真空壓力也會發(fā)生較大偏差，致使汽輪機(jī)組的整體效能遭到削弱。所以，我們有必要對此類問題的優(yōu)化路徑展開探究討論。

1 汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差大的發(fā)生機(jī)理

汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度是循環(huán)水入口溫度與管路運(yùn)行中溫升作用的共同結(jié)果，而凝汽器兩側(cè)循環(huán)水均來自前端母管，所以在“出口溫度=入口溫度+循環(huán)水溫升”這一公式中，入口溫度這一因素是基本不變的。由此可知，導(dǎo)致汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)式出口溫度偏差大的主要因素，是循環(huán)水的溫升參數(shù)。

進(jìn)一步講，循環(huán)水溫升參數(shù)的影響因素，可以從凝汽器汽側(cè)與凝汽器水側(cè)兩個部分來看。其中，凝汽器汽側(cè)對循環(huán)水溫升的影響主要來自兩側(cè)熱負(fù)荷不均、兩側(cè)空氣含量不均兩個方面，凝汽器水側(cè)對循環(huán)水溫升的影響主要來自冷卻管道情結(jié)系數(shù)、兩側(cè)循環(huán)水量不均兩個方面。在這四個方面中，由于凝汽器兩側(cè)的抽氣管均由同一真空泵進(jìn)行出力，所以，其空氣含量的偏差值并不會很大。同時，兩側(cè)冷卻管道處在同一運(yùn)行系統(tǒng)中，其性能質(zhì)量基本相同，所以清潔系數(shù)通常也不會存在過大差距。相比之下，其他兩點因素的偏差波動性處于較高水平。一方面，若單側(cè)冷卻管道發(fā)生淤積堵塞、空氣積聚等情況，其內(nèi)部循環(huán)水的流動量級將顯著降低，使得導(dǎo)致該側(cè)循環(huán)水受到溫升作用的時間變長，導(dǎo)致汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度發(fā)生很大偏差；另一方面，若汽輪機(jī)組凝汽器、低壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不甚合理，將使得凝汽器兩側(cè)的排氣流量難以平衡，進(jìn)而造成兩側(cè)熱負(fù)荷的不均問題。

所以，基于故障問題的發(fā)生機(jī)理，應(yīng)圍繞循環(huán)水流量與汽側(cè)熱負(fù)荷兩個重點，進(jìn)行汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差大形成原因與優(yōu)化路徑的分析探究。

2 汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差大的誘發(fā)因素

2.1 汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水流量的不均問題

在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，若凝汽器某一側(cè)冷卻管道中的循環(huán)水流動量低于標(biāo)準(zhǔn)水平，那么，該側(cè)循環(huán)水所受的溫升作用會異常升高，即該測循環(huán)水出口溫度遠(yuǎn)高于另一側(cè)。從目前來看，誘發(fā)這一問題的原因主要有以下兩點：

第一，凝汽器的冷卻管道發(fā)生堵塞?；谄啓C(jī)運(yùn)行介質(zhì)的復(fù)雜性特點，凝汽器冷卻管道很可能會被膠體、填料、金屬氧化皮等雜質(zhì)堵塞住。此時，雜質(zhì)堵塞的程度越高，冷卻管道可用于循環(huán)水流通的橫截面積越小，內(nèi)部阻力也就越大。在此背景下，單位時間內(nèi)冷卻管道內(nèi)循環(huán)式的流通量級、流通速度都會弱于標(biāo)準(zhǔn)水平，使得溫升作用加劇，最終導(dǎo)致汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度出現(xiàn)偏差過大的現(xiàn)象。與此同時，凝汽器故障一側(cè)循環(huán)水進(jìn)水壓力與出水壓力也會發(fā)生明顯波動。

第二，凝汽器的冷卻管道積聚空氣。冷卻管道的內(nèi)部空間是相對有限的，若管道中積聚有大量的空氣，循環(huán)水將很難完全填滿冷卻管道。這樣一來，也會造成單位時間內(nèi)循環(huán)水流通量級的減少，并在長周期溫升作用下引發(fā)汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差過大的現(xiàn)象。結(jié)合業(yè)內(nèi)既往案例可發(fā)現(xiàn)，凝汽器冷卻管道積聚空氣的問題多發(fā)生于開放式循環(huán)機(jī)組。

2.2 汽輪機(jī)凝汽器汽側(cè)熱負(fù)荷參數(shù)的不均問題

在汽輪機(jī)組的常規(guī)工況下，汽側(cè)熱負(fù)荷不均衡是導(dǎo)致凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差大的最常見因素之一，誘發(fā)這一問題的原因主要有以下三點：

第一，低壓缸排氣流道的工藝設(shè)計不甚合理，使得凝汽器的排汽量級無法均衡，繼而導(dǎo)致汽側(cè)熱負(fù)荷持續(xù)處于異常狀態(tài)；第二，凝汽器冷卻管束的排列布局不甚合理，導(dǎo)致蒸汽的流動過程受到阻礙，或破壞流場本身的均衡性，引發(fā)凝汽器汽側(cè)熱負(fù)荷參數(shù)的過度偏差。結(jié)合業(yè)內(nèi)既往案例來看，這一問題多見于200mw及以下的汽輪機(jī)組；第三，凝汽器單側(cè)管道的堵管率處于較高水平，造成蒸汽流動受阻或積聚，最終使得單側(cè)管道溫度異常升高，造成凝汽器汽側(cè)熱負(fù)荷的不均衡問題。

3 汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差大的優(yōu)化建議

3.1 汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水流量不均的優(yōu)化

首先，在正常工況下，若發(fā)現(xiàn)凝汽器單側(cè)循環(huán)水出口溫度過高，且伴有進(jìn)、出水壓力的明顯變大，相關(guān)人員應(yīng)考慮水室或冷卻管道發(fā)生了較嚴(yán)重的堵塞問題。此時，應(yīng)將汽輪機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷調(diào)整至50%以下，并關(guān)閉故障一側(cè)的進(jìn)出水門及空氣門。其后，開啟水室，將水室中剩余的循環(huán)水全部放出。最后，開啟凝汽器的人孔門，對水室、管道實施人工清污處理。此外，若雜質(zhì)堵塞過于嚴(yán)重，還可采取高壓水沖洗的方式，以實現(xiàn)故障的充分清除。

其次，在發(fā)現(xiàn)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水流量不均衡、出口溫度偏差過大時，相關(guān)人員應(yīng)對清污機(jī)、攔污柵、二次濾網(wǎng)等設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格檢查，查看其是否存在老化、破損、腐蝕、形變等情況。若攔污、過濾設(shè)施已發(fā)生損壞失能，應(yīng)及時對汽輪機(jī)組進(jìn)行停機(jī)清污處理，以免大量雜質(zhì)隨水流進(jìn)入水室、冷卻管道中，埋下堵塞故障的發(fā)生隱患。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)人員還需利用機(jī)組檢修或?qū)ｉT維修的機(jī)會，對已損壞的清污機(jī)、攔污柵、二次濾網(wǎng)進(jìn)行更換處理，以保證汽輪機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)防污能力的基本穩(wěn)定。若發(fā)現(xiàn)攔污柵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、二次濾網(wǎng)的過篩孔徑與雜質(zhì)尺寸不匹配，還應(yīng)在更換中選擇孔徑、目數(shù)更小的優(yōu)質(zhì)設(shè)施。

最后，為了避免冷卻管道中積聚過多空氣，對循環(huán)水的流動空間產(chǎn)生影響，相關(guān)人員應(yīng)定期打開凝汽器進(jìn)水室、出水室及冷卻管道的放氣門，待內(nèi)部空氣全部排出后再關(guān)閉即可。若空氣積聚的故障問題發(fā)生較頻繁，相關(guān)人員還應(yīng)在汽輪機(jī)組整體檢修時對水系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，在水室處加裝真空泵，并確保真空泵的持續(xù)運(yùn)行。通過這樣的方式，可以從根本上解決空氣積聚的問題，從而保證凝汽器循環(huán)水的充足、順利流通。

3.2 汽輪機(jī)凝汽器汽側(cè)熱負(fù)荷參數(shù)不均的優(yōu)化

在發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)凝汽器汽側(cè)熱負(fù)荷經(jīng)常處于不均衡狀態(tài)以后，相關(guān)人員可采取加裝導(dǎo)流板的方式，對排氣流道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通過這樣的方式，可以實現(xiàn)蒸汽流進(jìn)入凝汽器冷卻管束后流場分布狀態(tài)的改變，從而提高凝汽器兩側(cè)熱能的平均化配置，解決凝汽器換熱性能低下、循環(huán)水出口溫度不均的問題。據(jù)相關(guān)研究顯示，通過這一優(yōu)化方法，可提升凝汽器真空壓力0.3kPa左右。同時，還可基于仿生學(xué)原理，對凝汽器汽側(cè)冷卻管束的排布方式進(jìn)行優(yōu)化改造，并將管道材質(zhì)更換為316L不銹鋼。這樣一來，既能促進(jìn)蒸汽的均勻流動，也可避免管道氧化皮的大量生成，達(dá)到降低堵管概率、提升凝汽器真空質(zhì)量的目的。

4 結(jié)語

總之，凝汽器的真空質(zhì)量會對汽輪機(jī)組運(yùn)行效能產(chǎn)生直接影響，所以，必須對其故障問題的應(yīng)對處理提起重視。由本文分析可知，汽輪機(jī)凝汽器兩側(cè)循環(huán)水出口溫度偏差過大主要與循環(huán)水流量、熱負(fù)荷參數(shù)兩方面的不均衡問題有關(guān)。基于此，提出了檢修、清洗、結(jié)構(gòu)改良等優(yōu)化方案。實踐發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化改造后凝汽器兩側(cè)循環(huán)水的出口溫度趨于平衡，即方案有效，有利于維護(hù)汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。