汽輪機凝汽器與真空
汽輪發(fā)電機組真空系統(tǒng)漏泄直接影響著汽輪機組的熱經(jīng)濟性和安全性，一是影響機組熱經(jīng)濟性，一般真空值每降低1，汽耗約增高1.5%--2.5 %左右，傳熱端差每升高1°C，供電煤耗約增加1.5%--2.5%左右，所以真空值的高低對汽輪機的熱經(jīng)濟性有很大影響；二是影響二次除氧效果，加劇低壓設(shè)備管道腐蝕，對機組的安全運行非常不利；三是影響蒸汽凝結(jié)及熱交換性能，增大過冷度和換熱端差，增加真空泵的負擔(dān)。
凝汽式或抽凝式汽輪機的真空下降原因很多，短時間很難查清或處理，是一項難以解決的問題。綜合自己二十年的工作經(jīng)驗，將影響因素逐級分類，范圍逐步縮小，對常見問題基本都能判斷準(zhǔn)確。雖然是針對中小機組而言，但大機組也可以借鑒。
大致判斷過程是通過端差和過冷卻度變化確定大類，再通過溫度、壓力、液位、負荷及真空波動情況確定原因。
一、當(dāng)只有真空下降，過冷卻度和端差都基本不變時，一般是循環(huán)水系統(tǒng)故障。
(1)凝汽器進口管板臟污或出口水室存氣會增加設(shè)備流動阻力，使循環(huán)水進出口壓差增大，水量減少，液相傳熱系數(shù)降低，總熱阻增大，傳熱溫差(飽和水汽與循環(huán)水平均溫差)增大，排汽溫度升高，真空降低：同時，總傳熱量基本不變，水量減少，進出口溫差增大，進口不變時，出口溫度升高。
(2)凝汽器進水管道阻塞，會使循環(huán)水泵出口壓力與凝汽器入水壓力差增大，循環(huán)水量減少，真空降低，出口水溫升高，凝汽器進出水壓差減小。
(3)凝汽器出水管路堵塞或閥門未全開，會使水量減少，真空降低，出口水溫升高，整體壓力升高，凝汽器進出口壓力差下降。
(4)循環(huán)水泵故障(水池水溫低、入口濾網(wǎng)堵塞、吸入空氣、水輪導(dǎo)葉磨損等)，會使管路整體壓力下降，泵電流降低，真空下降，出水溫度升高。部分循環(huán)水泵跳閘，會使水壓和排汽真空迅速下降，泵電流消失。
(5)冷卻風(fēng)機斷電，會是凝汽器進水溫度持續(xù)上升，真空不斷下降。循環(huán)水故障會使真空降低，但不會使真空波動。
二、當(dāng)伴隨真空下降，只有端差增大，過冷卻度沒有變化時；此現(xiàn)象基本可以判斷為凝汽器銅管結(jié)垢。
結(jié)垢(如圖片)使傳熱熱阻增大，傳熱溫差增大，而總傳熱量基本不變，循環(huán)水進出水溫差不變，所以出水溫度不變，排汽溫度增加，端差增大，真空降低。
三、當(dāng)真空隨熱負荷的增加而下降，基本上可判斷為凝汽器的熱負荷過高造成。
由于機組的調(diào)節(jié)汽門疏水、各級抽汽逆止門疏水、軸封加熱器疏水以及兩端汽封疏水均經(jīng)本體疏水?dāng)U容器進入凝汽器，增加了凝汽器的換熱強度，當(dāng)機組抽汽量增加或循環(huán)冷卻水量不足或雖冷卻水量一定但因其水溫較高時，就都會導(dǎo)致凝汽器真空度下降。
四、真空隨機組的電負荷的增加而增高。
基本上可定為機組的末段抽汽至低壓加熱器管、閥泄露或低壓加熱器的空氣門及其疏水系統(tǒng)泄露或汽機后軸封漏空氣造成。當(dāng)機組在低電負荷時末端抽汽為微負壓，此時若該抽汽系統(tǒng)或與之相連的低壓加熱器有泄漏點就會造成機組的真空降低。當(dāng)機組的電負荷增高時末端抽汽就會逐漸形成正壓，就能封住上述的泄漏點，真空也就會逐漸增高。
后軸封漏空氣影響真空一般為后軸封塊磨損嚴重或供后軸封汽壓力低。但有一盲區(qū)；汽機排污管，有的機組排污管是從后軸封末端引出的，無論此管漏與堵均會影響真空。
五、當(dāng)端差和過冷卻度都增大，除去凝汽器液位過高外，可以判斷為凝汽器集氣。
凝汽器液位過高，淹沒銅管，使凝結(jié)水過冷卻，過冷卻度增加；同時使汽–水換熱面積減少，同樣傳熱量，傳熱溫差增大，傳熱溫差增大，排汽溫度升高，真空降低，出水溫度基本不變，端差增大。凝汽器集氣使凝汽器汽側(cè)蒸汽分壓降低，低于排汽中分壓，其凝結(jié)溫度自然小于排汽溫度，過冷卻度增加；同時會使汽相傳熱系數(shù)降低，總熱阻增加，傳熱溫差增大，端差增大；冷卻水還要額外承擔(dān)蒸汽冷卻熱，出水溫度也增加了。
凝汽器集氣原因主要分兩類，一是漏氣，二是抽氣器故障。可以通過真空系統(tǒng)嚴密性試驗判定，試驗合格就是抽氣器問題，不合格就存在漏點。
抽氣器故障又分以下三個方面：
(1)噴嘴堵塞。雜物堵塞噴嘴會使混合室形成真空低，抽氣能力下降，對射汽抽氣器，表現(xiàn)為一、二級蒸汽壓力均上升，堵塞級關(guān)前面截止閥汽壓下降慢；射水抽氣器也表現(xiàn)為前面水壓升高。可升降壓沖洗。
(2)汽、水源不足。射汽抽氣器因鍋爐檢修等原因，蒸汽管道有雜質(zhì)，堵塞了濾網(wǎng)或節(jié)流孔，就會使通過汽量減少，抽吸能力下降，表現(xiàn)為一、二級蒸汽壓力均下降，而且波動，壓力高時噴嘴工作，低時不工作，真空波動，排氣口有氣喘現(xiàn)象，只二級運行效果有時反而更好些。射水抽氣器水壓低主要是射水泵工作不正常，抽汽器連管過高過長所致，從而影響真空。
(3)射水箱內(nèi)水溫過高。射水箱內(nèi)水溫過高會使射水抽氣器的噴嘴處造成汽化，形成汽塞，從而影響抽出凝汽器內(nèi)部不凝結(jié)氣體的能力，使射水抽氣器的效率低下、凝汽器集氣，真空降低。
六、汽側(cè)水位過高或過低也會使抽氣能力下降。
過高淹沒換熱管，擴壓管排放混合汽通道減小，凝結(jié)換熱空間減少，混合物中蒸汽不能完全凝結(jié)，影響抽氣器運行，未凝結(jié)汽從排氣口排出，排氣口冒白汽，甚至冒水。當(dāng)疏水水封做得低時，疏水閥開度大，一級水位過低，凝汽室壓力正常時，與機組凝汽器壓差大于水封水柱壓強，水封被破壞，凝汽室蒸汽排凝汽器，造成凝汽器真空降低，凝汽室真空上升，壓差減少，水封又形成，表現(xiàn)為凝汽器和凝汽室真空規(guī)律性波動。
七、冷卻水室存氣也會是換熱面積減少，換熱量下降，抽氣能力下降。
但一般只發(fā)生在開停車階段，因為正常運行時經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后已經(jīng)是不飽和水，溶解度增加，即使泵輕微漏氣，也會溶解，加熱也不會析出。所以，水室中不會有氣體存在。凝汽器換熱管兩側(cè)介質(zhì)都是潔凈、無腐蝕的，不存在堵塞、腐蝕現(xiàn)象。有些地方凝結(jié)水再循環(huán)門始終開著，使經(jīng)過抽氣器和汽加的水流量增大，負壓形成較高，但同時也增加了凝汽器的熱載荷，但低排汽量時，對保護凝結(jié)水泵是有利的。真空系統(tǒng)漏氣會使凝汽器集氣，使真空降低，端差和過冷卻度增大。但漏點位置不同，對端差和過冷卻度的影響不一樣。空氣相對于蒸汽密度大，在凝汽器內(nèi)向下流動，當(dāng)漏氣點在下部時，空氣容易積聚，不易被抽出。上部空氣少，無過冷卻，換熱系數(shù)基本不變，端差增加較少，冷卻水出水溫度隨排汽溫度增加；而下部水面上蒸汽分壓低，對應(yīng)凝結(jié)水溫度低，過冷卻度增大。
八、負荷變動時，均壓箱調(diào)整不及時或不當(dāng)，會使后汽封缺汽，使空氣漏入，排汽真空迅速降低，操作時要切實注意。
當(dāng)后汽封汽封齒和汽封片結(jié)合不好或汽封損壞時，空氣就容易漏入，開機時，汽封壓力很難達到要求，真空抽不到規(guī)定值，后汽缸溫升快；正常運行時，真空靠蒸汽凝結(jié)形成，漏氣影響變小，同時，供汽由前汽封和蒸汽系統(tǒng)各閥閥桿漏汽承擔(dān)，汽量有保證，真空有所提高，但容易波動。凝結(jié)水泵軸封不嚴也有這種現(xiàn)象。換熱管泄漏會使冷卻水漏入，帶入空氣影響真空，但一般不會很大，過冷卻度增加，凝結(jié)水水質(zhì)發(fā)生變化，端差變化不大。
九、除鹽水補水也會帶入空氣，影響真空。
但如果補水口位于凝汽器上部，漏氣容易被抽出，對過冷卻度影響不大，同時，補水和蒸汽換熱，回收一部分熱量，節(jié)約冷量，使真空升高、排汽溫度降低，端差變化應(yīng)該也不明顯。補水口位于下部，就不好了、與上述正相反，定會影響真空。
十、最后
凝汽器真空降低，往往是多種因素共同作用的結(jié)果，由于真空系統(tǒng)比較龐大，嚴密性的治理也比較困難。但我們只要不盲目采取儀器進行普查，需冷靜認真分析、逐段排查，縮小查漏范圍，就不難逐一確定，采取相應(yīng)措施，就能保持機組的正常運行。
一、真空嚴密性的重要性
凝結(jié)器真空是發(fā)電廠重要的監(jiān)視參數(shù)之一，凝結(jié)器真空變化對汽輪機安全、經(jīng)濟運行有較大影響。
運行試驗表明，凝汽器真空每降低1KPa會使汽輪機汽耗增加1.5%～2.5%，發(fā)電機煤耗增加0.25%，使循環(huán)效率下降。
汽輪機排汽溫度的升高，會引起汽輪機軸承中心偏移，嚴重時會引起汽輪機的振動。
此外，凝汽器真空降低時在保證機組出力不變時，必須增加蒸汽流量，導(dǎo)致軸向推力增大，影響汽輪機安全運行。
另一方面，空氣漏入凝結(jié)水中會使凝結(jié)水溶氧不合格，腐蝕汽輪機、鍋爐設(shè)備，影響機組的安全運行。
所以在汽輪機運行過程中，真空是一項非常重要的參數(shù)，真空值的高低，直接影響機組的經(jīng)濟性與安全性。
二、凝汽器真空壓力低的原因
（1）加熱器或除氧器事故疏水閥誤開，引起加熱器或除氧器汽水大量流到凝汽器，導(dǎo)致真空下降。
（2）大機或小機軸封系統(tǒng)故障或調(diào)整不當(dāng)，大量空氣從汽輪機后汽封吸入引起真空快速下降。
（3）凝汽器循環(huán)冷卻水中斷或水量不足。循環(huán)水中斷，將出現(xiàn)凝汽器循環(huán)水進口失壓的情況，導(dǎo)致汽輪機排汽溫度急驟升高，真空迅速降低。循環(huán)冷卻水量不足，不能滿足冷卻汽輪機全部排汽量的要求，將導(dǎo)致真空的逐漸下降。
（4）循環(huán)冷卻水進口溫度高，必然會影響到汽輪機排汽的冷卻，進而影響到機組的真空。
（5）凝汽器水位過高。凝汽器中凝結(jié)水液面超出熱井水位計上限，淹沒部分冷卻水管時，由于凝汽器汽側(cè)冷卻面積減少而使真空緩慢下降，嚴重時，如水位升高凝結(jié)水進入抽氣管，則真空迅速下降。
(6)真空泵工作不正常，必然引起凝汽系統(tǒng)的不可溶氣體不斷增多，導(dǎo)致凝汽系統(tǒng)真空降低。
(7)真空系統(tǒng)不嚴密，漏入凝汽器汽側(cè)的空氣量增多，抽氣器超負荷工作引起真空下降。
機組運行過程中如果出現(xiàn)真空下降的問題，排除比較常見的故障外，真空系統(tǒng)的泄漏是造成真空下降的主要原因。其主要現(xiàn)象為真空下降、真空泵電流增大等。
三、氦質(zhì)譜檢漏儀真空查漏法
系統(tǒng)原理如圖所示。
凝汽器真空系統(tǒng)壓力低主要是由于系統(tǒng)內(nèi)有管道或儀表接口松動，墊片破損或焊口裂縫造成空氣被吸入產(chǎn)生的。
漏入真空系統(tǒng)的空氣通過真空泵抽出，排到大氣中。
試驗中，將高靈敏度氦質(zhì)譜檢漏儀的吸槍架在真空泵排氣口；將氦氣噴灑到真空系統(tǒng)各個可能發(fā)生泄漏的區(qū)域，若有漏點，氦氣將被負壓吸入到凝汽器中，由真空泵抽出，通過排氣口排到大氣中，吸槍會吸入部分帶有氦氣分子的氣體，檢漏儀便會顯示出檢測到的氦氣分子量。
漏點越大，被吸入的氦氣分子量就越多，從而被檢漏儀捕捉到的氦氣分子也越多，這樣就能準(zhǔn)確鎖定漏點的位置和大小。
四、經(jīng)濟性提高的推算
湖北某電廠210號汽輪機型號是N330-16.67/538/538型機組，試驗發(fā)現(xiàn)其真空嚴密性為0.57kPa/min，采用氦質(zhì)譜檢漏儀發(fā)現(xiàn)漏點，進行消缺后，真空嚴密性降為0.06kPa/min。在300MW負荷工況下，真空-95.2kPa變化為-97.2kPa。
300MW機組真空每升高1kPa，對熱耗影響1.0502％，對發(fā)電煤耗的影響3.099g/（kW·h）。本文所述機組經(jīng)真空查漏消缺后，機組真空提高約2kPa，煤耗下降6.198g/（kW?h），按照本文所述機組年利用4706小時計算，每年可節(jié)約發(fā)電燃煤9628.48噸煤，每年可節(jié)約發(fā)電成本481.4萬元。
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