王勝輝

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

汽輪機(jī)的真空嚴(yán)密性是指汽輪發(fā)電機(jī)組真空系統(tǒng)在抽真空系統(tǒng)停止運(yùn)行后真空下降的速度，通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)真空度的降低（背壓升高）來(lái)判斷真空系統(tǒng)與外界隔離是否嚴(yán)密，是表征汽輪機(jī)負(fù)壓側(cè)密封嚴(yán)密性的指標(biāo)[1]。

汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性是凝汽器工作性能的重要指標(biāo)，是影響汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素之一。嚴(yán)密性下降會(huì)造成汽輪機(jī)低壓缸排汽溫度上升，熱力系統(tǒng)循環(huán)效率降低。凝汽器真空度每下降1 kPa，發(fā)電功率降低1%。空氣進(jìn)入凝汽器也會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)水含氧量升高，并腐蝕汽輪機(jī)及輔機(jī)設(shè)備[2]。中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中天合創(chuàng)化工分公司）余熱汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了真空嚴(yán)密性不合格的情況，本文分析了真空嚴(yán)密性不合格的原因，并給出了應(yīng)對(duì)措施，可為余熱汽輪發(fā)電機(jī)組、煤化工企業(yè)工業(yè)用拖曳凝汽式汽輪機(jī)提供實(shí)際借鑒意義。

1 余熱汽輪機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)介及蒸汽流程

中天合創(chuàng)化工分公司余熱汽輪機(jī)由東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司制造，型號(hào)N15-1.3/285，為中低壓、單軸、純凝式（間接水冷）汽輪機(jī)。額定工況為進(jìn)汽壓力1.3 MPa、進(jìn)汽溫度285 ℃、進(jìn)汽流量80 t/h、功率15 MW、排汽壓力7.0 kPa～11.5 kPa。配置有2 臺(tái)水環(huán)式真空泵，型號(hào)為2BW4153-0EK4-0Y1450，吸氣量4.25 m3/min～10.00 m3/min，額定工作電流35.3 A。凝汽器型號(hào)為N-2000，汽側(cè)滿容積90 m3，正常運(yùn)行時(shí)汽側(cè)真空容積為50 m3。該余熱汽輪機(jī)于2020 年7 月批復(fù)，2021 年3 月動(dòng)工建設(shè)，2022 年6 月10 日完成項(xiàng)目中交，7 月1 日機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，7 月8 日機(jī)組72 h+24 h 滿負(fù)荷試運(yùn)完成，投入正式生產(chǎn)運(yùn)行。

中天合創(chuàng)化工分公司在全廠滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，部分工藝生產(chǎn)裝置實(shí)際蒸汽副產(chǎn)量、消耗量與設(shè)計(jì)值偏差較大，即副產(chǎn)較多、消耗較少，導(dǎo)致全廠蒸汽管網(wǎng)存在一定量的不平衡，全廠夏季正常工況下有80 t/h～100 t/h 的中低壓蒸汽（1.3 MPa、285 ℃）放空，造成大量能源浪費(fèi)。余熱汽輪機(jī)蒸汽流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 余熱汽輪機(jī)蒸汽流程示意圖

余熱汽輪機(jī)從全廠中低壓蒸汽管網(wǎng)引汽（中低壓蒸汽主要由甲醇部?jī)艋b置產(chǎn)出，共計(jì)4 個(gè)系列，額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可產(chǎn)中低壓蒸汽約760 t/h），在回收多余放空中低壓蒸汽的同時(shí)，將放空蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為電能，供全廠使用。

2 汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)

DL/T 932—2019《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》規(guī)定：當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組容量＜100 MW 時(shí)，真空嚴(yán)密性（真空下降速度）應(yīng)≤400 Pa/min[3]。根據(jù)東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司N-2000 型凝汽器說(shuō)明書(shū)：在進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)真空下降速度＜130 Pa/min 時(shí)為優(yōu)、130 Pa/min～270 Pa/min 時(shí)為良、270 Pa/min～400 Pa/min 時(shí)為合格，＞670 Pa/min 時(shí)應(yīng)停機(jī)查找原因，待故障消除后再啟動(dòng)。

2022 年余熱汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)見(jiàn)表1。自2022 年7 月1 日運(yùn)行以來(lái)，在15 MW 額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，凝汽器真空值一直維持在較好水平（-82 kPa～-80 kPa），機(jī)組各狀態(tài)參數(shù)正常，凝汽器換熱端差為5 ℃～7 ℃，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為優(yōu)秀。自7 月28 日開(kāi)始，在凝汽器循環(huán)水進(jìn)口溫度穩(wěn)定在28℃左右時(shí)，真空值由-80kPa緩慢上升至-75 kPa，凝汽器換熱端差也緩慢升高至10 ℃左右。8 月2 日、8 月3 日，機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果均為不合格。8 月15 日，機(jī)組真空下降速度＞670 Pa/min，按照廠家說(shuō)明書(shū)應(yīng)停機(jī)消缺查漏，且在循環(huán)水溫度、流速不變的情況下，凝汽器換熱性能?chē)?yán)重下降。8 月18 日，在電負(fù)荷13.5 MW 時(shí)，凝汽器真空值持續(xù)上升至-70 kPa，凝汽器換熱端差最高達(dá)23 ℃，機(jī)組被迫再啟動(dòng)1 臺(tái)真空泵來(lái)確保真空值的穩(wěn)定?？紤]由于真空嚴(yán)密性不合格導(dǎo)致了真空值上升。

表1 余熱汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)

3 真空嚴(yán)密性不合格原因分析

8 月2 日—8 月3 日，余熱汽輪機(jī)停機(jī)消缺24 h，期間對(duì)可能導(dǎo)致機(jī)組真空嚴(yán)密性不合格的原因進(jìn)行了逐一排查。

3.1 真空破壞門(mén)泄漏排查

用氣球?qū)⒄婵张牌诎站o，并在收緊口處涂抹黃油。發(fā)現(xiàn)氣球無(wú)內(nèi)陷，可排除真空破壞門(mén)泄漏。

3.2 排汽缸結(jié)合面及爆破片泄漏排查

將黃油均勻厚實(shí)涂抹至排汽缸法蘭結(jié)合面及爆破片結(jié)合面處，經(jīng)8 h 觀察，發(fā)現(xiàn)機(jī)組真空度無(wú)變化，可排除此原因。

3.3 機(jī)組多級(jí)水封失效排查

機(jī)組軸封加熱器多級(jí)水封示意圖見(jiàn)圖2。機(jī)組軸封加熱器通過(guò)多級(jí)水封將疏水回收至凝汽器，開(kāi)機(jī)初期曾多次出現(xiàn)因多級(jí)水封失效導(dǎo)致凝汽器真空值突升的情況。機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，在保證軸封加熱器液位不變的情況下，開(kāi)啟多級(jí)水封持續(xù)補(bǔ)水至液位充滿，確保水封效果。機(jī)組真空值在試驗(yàn)前后均為-73 kPa，無(wú)明顯變化，表明多級(jí)水封效果優(yōu)良，無(wú)空氣經(jīng)此漏入。

圖2 機(jī)組軸封加熱器多級(jí)水封示意圖

3.4 凝汽器汽側(cè)其他設(shè)備泄漏排查

在機(jī)組停運(yùn)以后，對(duì)凝汽器進(jìn)行灌水試驗(yàn)（凝汽器水側(cè)循環(huán)水排凈），按照凝汽器說(shuō)明書(shū)規(guī)定，在凝汽器汽側(cè)注水至凝汽器喉部上方約300 mm，灌水高度覆蓋范圍包括機(jī)組本體疏水管線、疏水?dāng)U容器、多級(jí)水封、抽真空手動(dòng)隔離閥前管段、熱井底部放水管、凝泵空氣管等，在液位穩(wěn)定1 h 后進(jìn)行查漏，期間凝汽器液位未下降，故可排除上述汽側(cè)管線、閥門(mén)、設(shè)備對(duì)機(jī)組真空嚴(yán)密性的影響。

3.5 機(jī)組軸端泄漏排查

余熱汽輪機(jī)采用自密封系統(tǒng)，在機(jī)組啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行階段，汽封供汽由中低壓蒸汽提供。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，高壓端汽封漏汽至均壓箱，經(jīng)噴水減溫后由低壓端汽封供汽，多余蒸汽經(jīng)溢流站溢流至凝汽器。在機(jī)組停運(yùn)以后，軸封壓力均調(diào)整至最大值，機(jī)頭、機(jī)尾軸封間隙處均可見(jiàn)少量白色蒸汽外泄，表明沒(méi)有空氣從機(jī)組軸端漏入。

3.6 抽真空系統(tǒng)泄漏排查

DL/T 932—2019《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》規(guī)定：在進(jìn)行余熱機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，可關(guān)閉凝汽器左右側(cè)抽真空管線手動(dòng)隔離閥進(jìn)行試驗(yàn)計(jì)時(shí)（該閥門(mén)前管段距凝汽器殼體長(zhǎng)度不足1 m，不存在泄漏），該方法可排除抽真空管道存在泄漏點(diǎn)對(duì)凝汽器真空度的影響。

在進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)凝汽器真空值在90 s內(nèi)從-74 kPa 上升至-70 kPa，嚴(yán)密性試驗(yàn)被迫中斷，可見(jiàn)機(jī)組抽真空管道泄漏不是導(dǎo)致機(jī)組嚴(yán)密性不合格的原因。

3.7 其他原因排查

3.7.1 凝汽器漏入空氣量分析

凝汽器漏入空氣量可根據(jù)公式（1）[3]計(jì)算。

式中：Ga為冷凝器漏入空氣量，kg/h；V 為處于真空狀態(tài)下的設(shè)備容積，50 m3；ΔP 為試驗(yàn)時(shí)的真空下降量，kPa；Δt 為試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，min。

由式（1）可得：當(dāng)真空下降速度為680 Pa/min時(shí)，凝汽器漏入空氣量為56.3 kg/h，換算成體積流量為43.6 m3/h（參考空氣密度1.29 kg/m3）。

3.7.2 真空泵出力分析

根據(jù)設(shè)備銘牌可知：?jiǎn)闻_(tái)真空泵吸氣量為4.25 m3/min～10.00 m3/min，該值遠(yuǎn)大于凝汽器嚴(yán)密性不合格時(shí)的空氣漏入量；鑒于2 臺(tái)真空泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)凝汽器真空值僅能維持在-70 kPa，可以基本判斷真空嚴(yán)密性不合格并非機(jī)組負(fù)壓側(cè)漏入空氣所致。

3.7.3 其他原因分析

同樣工況下，在真空嚴(yán)密性不合格前后這段時(shí)間內(nèi)，機(jī)組進(jìn)汽流量較之前增加了9 t/h～10 t/h，真空泵工作電流增加了約3 A，考慮機(jī)組來(lái)汽汽源內(nèi)有大量非空氣類(lèi)的不凝氣體混入。

8 月24 日余熱汽輪機(jī)正常運(yùn)行后，汽機(jī)廠房東側(cè)（真空泵排汽口處）開(kāi)始出現(xiàn)具有刺激性的臭雞蛋氣味，在真空泵排汽口處測(cè)得排汽中CO 體積分?jǐn)?shù)為200×10-6、H2S 體積分?jǐn)?shù)為17×10-6，均超過(guò)規(guī)定上限值，并測(cè)得凝結(jié)水pH 值為6.2，遠(yuǎn)低于開(kāi)車(chē)初期的8.7。據(jù)此推斷：凝汽器真空嚴(yán)密性不合格是由于機(jī)組來(lái)汽中含有大量CO、H2S 及其他酸性氣體組成的不凝結(jié)氣體。

3.7.4 原因確認(rèn)

由于余熱汽輪機(jī)汽源為凈化裝置廢熱鍋爐產(chǎn)汽，一旦廢熱鍋爐出現(xiàn)泄漏，大量含有CO、CO2、H2、H2S 的合成氣將進(jìn)入中低壓蒸汽管網(wǎng)（合成氣壓力5.3 MPa左右）。為進(jìn)一步分析凈化裝置廢熱鍋爐泄漏對(duì)余熱汽輪機(jī)真空度的影響，8 月29 日，將凈化3 系列廢熱鍋爐退出檢修，對(duì)余熱汽輪機(jī)在相同工況下的真空情況進(jìn)行了對(duì)比，凈化廢熱鍋爐切出前后機(jī)組參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 凈化廢熱鍋爐切出前后機(jī)組參數(shù)對(duì)比

由表2 可知，凈化3 系列廢熱鍋爐退出后，機(jī)組進(jìn)汽量減少約13 t/h，單臺(tái)真空泵運(yùn)行電流下降2 A。此時(shí)，凝結(jié)水pH 值由6.2 回升至8.5，表明凝結(jié)水中酸性氣體消失，余熱汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為71 Pa/min，試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)秀。由此判斷：凈化裝置廢熱鍋爐泄漏后大量合成氣進(jìn)入中低壓蒸汽，由此導(dǎo)致余熱汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格、凝汽器真空度下降。

4 真空嚴(yán)密性不合格應(yīng)對(duì)措施

鑒于余熱汽輪機(jī)汽源的特殊性，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中如出現(xiàn)真空度下降或真空嚴(yán)密性不合格的情況，應(yīng)考慮來(lái)汽汽源中混入大量不凝結(jié)氣體，并通過(guò)以下手段進(jìn)行初步確認(rèn)：（1）當(dāng)發(fā)現(xiàn)凝汽器真空度開(kāi)始下降時(shí)，測(cè)量真空泵排汽口處CO 和H2S的含量。（2）關(guān)注機(jī)組進(jìn)汽流量變化，并測(cè)量凝汽水pH 值是否符合要求。（3）關(guān)注真空泵運(yùn)行電流，如果額定工況下真空泵電流較27 A 有較大提升，則考慮有不凝結(jié)氣體混入中低壓蒸汽中。一經(jīng)確認(rèn)，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系甲醇凈化裝置退出泄漏廢鍋進(jìn)行消缺，同時(shí)在處置期間啟動(dòng)2 臺(tái)真空泵來(lái)維持機(jī)組真空。