200MW汽轮机真空问题探讨

摘要：分析汽轮发电机组运行中凝汽器真空形成的原理及影响机组真空的主要因素，通过对西夏热电有限公司2号汽轮机两年来真空系统存在的诸多问题以及所采取的各项检查和改造措施，提出分析机组运行中真空低的一般方法和改善的措施，以供借鉴。

关键词：凝汽器 真空 方法 措施

1 概述

西夏热电厂一期工程2×200MW燃煤供热机组，安装的2台200MW汽轮机，采用超高压中间再热、单轴三缸两排汽抽汽凝汽式汽轮发电机组。汽轮机与670t/h超高压自然循环汽包锅炉、210MW级的发电机相匹配，汽轮机系东方汽轮机厂生产的，抽汽凝汽式汽轮机，型号为C200/140-12.75/0.245/535/535。

2 汽轮发电机组运行中凝汽器真空低的危害

西夏热电厂2#机组于2008年11月30日投入商业运行，自投运以凝汽器真空存在着诸多问题，在机组运行中凝汽器真空低对机组运行安全性和热经济性有很大影响。凝汽器工作状态恶化将直接引起汽轮机热耗、汽耗增大和出力降低。另外，真空下降使汽轮机排汽缸温度升高，引起汽机轴承中心偏移，严重时还引起汽轮机组振动。为保证机组出力不变，真空降低时应增加蒸汽流量，这样导致了轴向推力增大，使推力轴承过负荷，影响机组安全运行。2号汽轮发电机组投产以来，机组的真空出现过不少问题，特别在夏季，真空低成为机组稳发、满发的最大制约因素，也造成日常维护工作量增大。为此，公司先后做了一些改进工作，使机组真空有了较大的改善。但因为设备、管道原先设计的原因，凝汽器真空低的问题依然存在，与国内先进水平相比仍有差距。

3 真空分析的理论依据

凝汽器内的真空实际上是凝汽器内汽液共存状态下的饱和压力。凝汽器内的压力由排汽的冷凝温度确定，此温度由热平衡和换热器的端差决定。用ts表示凝汽器内蒸汽凝结温度，蒸汽在凝汽器中大量凝结放热，冷却水在吸热过程中，由入口温度tw1逐渐吸热上升到出口处温度tw2，冷却水温升Δt=tw2-tw1。蒸汽凝结温度ts与tw2之差为凝汽器的传热端差，以δt表示：δt=ts-tw2。则主凝结区的蒸汽温度为：ts=tw1+Δt+δt。凝汽器中蒸汽压力为ts所对应的饱和压力。由于凝汽器中还存在不凝结气体，所以凝汽器总压力实际上是凝汽器中蒸汽分压和不凝结气体分压之和，真空泵的作用就是抽出不凝结气体降低不凝结气体的分压，同时减小换热端差。真空的低限是蒸汽冷凝时的饱和压力。

提高机组真空的途径主要是尽量减小凝汽器中不凝结气体和降低蒸汽冷凝温度。

4 凝汽器真空低的原因分析及处理

4.1 机组真空系统的空气渗漏 空气通过两个渠道漏入凝汽器：一是通过机组真空系统的不严密处漏入，另一个是随同蒸汽一起进入凝汽器。由于锅炉给水经过多重除氧，所以后者数量不多，约占从凝汽器抽空气总量的百分之几。综上所述，真空泵抽出的空气主要是通过机组负压状态部件的不严密处漏入。

4.1.1 除了凝汽器自身的严密性外，真空系统的气密性，它们包括轴封加热器、低压加热器、低压汽缸、低压缸轴封、向空排气的管道等。空气大量漏入凝汽器，将造成凝汽器传热恶化，使抽气设备过载，凝结水过冷度及含氧量急剧增加，破坏凝汽器真空度，使凝汽器设备无法正常工作。

4.1.2 低压缸轴封套结合面泄漏及低压缸轴封供汽不足。采用氦质谱检漏并配合真空严密性试验，发现当提高轴封压力到60-80kPa后，低压缸轴端没有蒸汽漏出，根据其他电厂的经验，轴封压力在60kPa以上时，低压缸轴端明显会有蒸汽溢出，密封效果会明显改善。而2号机在调整轴封压力至100kPa时，低压缸轴端才有一定蒸汽溢出，密封效果才显现出来。这就表明2号机低压缸轴封系统存在供汽不足或大量漏气的问题。然而机组运行时因防止轴封冒汽和润滑油带水有可能使轴封汽压力过低，造成空气漏入。轴封进汽管与轴封套结合处因平时无法检查，在大修时要特别注意。此处的泄漏也会引起轴封汽压力低造成真空恶化。

4.1.3 排汽缸及凝汽器壁泄漏。这个问题还尚未发现，但是不能简单的排除就没有，还需要在进一步的观察。

4.1.4 疏水扩容器上的高低压疏水电动门、凝泵、低加疏水泵等至凝汽器的空气管及疏水管，特别是接入凝汽器喉部的管道如发生裂缝将直接影响机组的真空。

以上一些泄漏点按正常的检查方式均能查到，而一些特殊地方检查及处理都比较困难。机组末级及次末级抽汽管与汽缸下部是靠法兰连接，产生的泄漏不易发现且较难彻底处理。次末级抽汽压力在高负荷时为微正压，此时泄漏点不会漏入空气，而在低负荷时变为微负压就会影响真空。机组如在低负荷时真空低，而负荷增加真空改善的现象就很有可能是这方面引起的。

4.2 循环水系统 根据凝汽器内传热的热平衡方程，蒸汽在凝结时放出的热量应等于冷却水吸收的热量，即

Q=1000Dc(hc-hc，)=1000Dw(hw2-hw1)

=4187DwΔt

式中Q──凝汽器的传热量，kJ/h；

Dc、Dw──进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量，t/h；

hc、hc,──蒸汽和凝结水的比焓，kJ/kg；

hw2、hw1──冷却水出口比焓和进口比焓，kJ/kg。

在低温范围内，水的比焓hw2、hw1在数值上约等于水温tw2、tw1，通过上式可得

式中：m为凝结1kg蒸汽所需要的冷却水量，称为冷却倍率或循环倍率。

由上式可以知道，凝汽器真空除了漏入空气，还与循环水流量、进水温度及传热效果等有关。

4.2.1 冷却水进口温度 在其它条件相同，冷却倍率不变时，冷却水进口温度越低，排汽温度也越低。即凝汽器真空就越高。实践中，2号机组在夏天时，由于冷却塔设备老化，内部脏污，散热效果较差，致使夏天循环水进水温度最热时高达33℃，极大的影响了真空。

4.2.2 冷却水温升Δt 当汽机负荷、冷却水温度不变时，增加冷即水量，冷却水温升必然减小。冷却水温升的大小反映冷却水量是否足够。当其温差大于8℃～12℃时， 应增加冷却水量。

4.2.3 汽器端差δt的影响 端差是反映凝汽器热交换状况的指标，相同条件下，端差增大，说明凝汽器汽侧存了较多空气，防碍了传热管的热水交换，更主要说明凝汽器传热管内侧表面脏污，造成热交换性能差。由于西部风沙大，尤其春夏季，再加上环境干燥，一起风，各种垃圾、杂草和灰尘就很容易飞进冷却塔内，从而堵塞滤网，甚至进入循环泵和凝汽器铜管，恶化换热。故要求对循环水进凝汽器的入口滤网及循泵入口滤网不定期冲洗，增加了日常维护的工作量。由于滤网结构原因，循环水中杂物多，滤网无法冲洗干净。一部分滞留于循泵入口滤网上的污物被带到循泵入口，从而进入冷却水系统，导致二次滤网及凝汽器铜管堵塞，真空度下降，影响机组出力，尤其随着循环水质的恶化，由此引起的危害也日益加重。

4.2.4 虹吸被破坏，吸水高度瞬间上升，使供水量立即下降，造成冷却水量减少，冷却水出口温度上升，从而使凝汽器里的传热效果变差，凝汽器真空下降。

4.3 真空泵出力不足

4.3.1 真空泵的工作压力与凝汽器的压力是一个动态平衡过程，不管循环水温度的高低，真空泵的抽吸压力必须低于凝汽器的压力，才能把凝汽器内的不凝结气体抽走。因此，真空泵工作水温度必须低于排汽压力对应的饱和温度，否则就会真空恶化，还会导致真空泵叶轮的汽蚀损坏。虽然理论上工作水的冷却水应该很干净，真空泵工作水用的也是用清洁的除盐水，设计的换热器应该能基本满足真空泵的冷却要求，但实际上在运行一段时间后，这些换热器都产生了明显的水垢，造成端差加大，使工作水温度逐渐饱和。这就要求加强对真空泵工作水温度的监测，及时清理冷却器或增大冷却器的换热面积。

4.3.2 真空泵补水的选择。如果真空泵补水选择的是凝结水，当凝结水补入汽水分离器时，必然会因为真空泵的抽吸压力低于凝汽器的压力而放热，这就加重了真空泵工作水冷却器的负荷，同时也可能因为凝结水压力低而造成空气从补水阀漏入真空泵，造成真空泵处理不足。如果将凝结水作为真空泵补水水源改为压力高、温度低的闭式冷却水将不会有以上问题。

4.3.3 真空泵入口滤网脏污。

4.3.4 真空系统阀门的法兰存在漏气。在所有真空系统阀门的法兰上涂抹黄油，对真空系统起到了相当好的密封作用。

4.4 改善机组真空的措施

4.4.1 按规程规定进行真空严密性试验，加强对凝汽器进、出口水温、端差、真空、过冷度等运行参数的综合分析，找出影响机组真空的主要原因，制定处理措施。

4.4.2 采用氦质谱检漏、灌水等方法认真做好真空系统查漏工作，对漏点及时彻底处理。

4.4.3 通过设备改造，提高机组真空。将循环水进凝汽器的滤网扩孔、增加真空泵工作水冷却器冷却面积、在真空系统阀门的法兰上涂抹黄油等。

4.4.4 对容易漏空气的设备如高低压扩容器及管道进行整治改造。高压缸两侧汽加热柜由原先的6mm碳钢板改为8mm不锈钢板，解决了原先变截面处容易产生裂纹的问题。

4.4.5 循环水质容易恶化，应加强对凝汽器胶球清洗系统的维护管理，提高清洗效果。一般选择合适的软质胶球的校准是直径比钛管内径大1～2mm，密度与循环水接近。因循环水水源大部分为中水使水质变化较大，加上循环水流量的影响，凝汽器上部钛管泥垢较难去除。这样就需在机组停运时对水室及铜管进行及时的冲洗清理。在运行时也可单侧隔离进行冲洗或用干燥法去除泥垢。

4.4.6 轴封系统，特别是低压轴封原设计二路φ57进汽、一路φ57回汽，回汽管明显不够，造成轴封冒汽。在大修时对轴封系统进行改造，使低压轴封回汽放大到φ76。改造后运行情况较好，不会因为保证轴封汽不外冒，将低压轴封汽压力调整得较低，造成低压轴封处泄漏。

4.4.7 对于真空泵，平时要加强监视工作水温度的变化，定期轮换真空泵并清洗工作水换热器，防止运行时工作水温度过分升高。如果真空泵发生故障，工作水发生汽化，严重影响真空泵的抽真空能力，造成凝汽器内空气聚集，造成真空急剧下降的严重事故。

5 结束语

西夏热电有限公司经过这几年的设备改造和整治，机组真空得到较大的改善。但影响真空的因素很多，特别是老机组给检查、处理带来较多困难，这条路任重道远。以上仅是个人的一点经验，以供他人参考。

参考文献：

[1]翦天聪主编.汽轮机原理.北京：水利电力出版社，1986.

[2]张明智.凝汽器真空度下降的分析与处理.电力科学与工程，2003.

[3]齐复东，贾树本，马义伟.电站凝汽设备和冷却系统.水利电力出版社，1990.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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