凝汽器真空和严密性的分析及对机组运行的影响

张冀兰 单志明 初德月

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

汽轮机凝汽器正常运行时需保持一定的真空度，凝汽器真空可以分为两个过程：一是汽轮机排汽绝大部分在凝汽器凝结成水，二是在凝结过程中产生的不凝结气体，通过抽气器连续抽出。为了使汽轮机的排汽能够迅速凝结成水，则是通过循环冷却水系统不断冷却带走凝汽器的热量实现的。

1 凝汽器真空对机组的影响

凝汽器真空降低，即意味着汽轮机排汽压力升高，使得汽轮机耗汽量增加，经济性降低。相反，真空升高，则排汽压力降低，耗汽量减少，经济性提高。

1.1 真空升高

当其他参数保持不变，凝汽器真空升高时，蒸汽总焓降增加，即蒸汽在汽轮机内做功增加，循环冷却水系统带走的热量损失减少；但维持较高真空，在循环水温度保持不变的情况下，必须增加循环冷却水流量，因而循环水泵消耗的电量将增加。所以，凝汽器真空维持在某一特定值时对机组的经济性才是最有利的。这一特定真空称为最有利真空，即通过提高凝汽器真空，使机组增加的发电量与循环水泵增加的消耗的电量之差达到最大值时对应的凝汽器真空。另外，由于汽轮机末级喷嘴蒸汽膨胀能力的限制,凝汽器真空达到一定值时，随着真空增加，机组的发电量不再增加，而且随真空增加，汽轮机末级的蒸汽湿度增加，增加了蒸汽对末级叶片的水蚀作用，使末级叶片处于不利的工作环境下，降低了末级叶片的使用寿命。即凝汽器的真空超过最有利真空时不仅经济性下降，而且对汽轮机的安全也是不利的。

汽轮机运行时，若真空出现异常，必须及时分析原因，并采取相应的措施。一般情况下可以使用下图来简单地判断真空是否正常以及分析因循环水进口温度、循环水出口温度、汽轮机排汽温度及凝结水温度异常而导致的真空下降。图中实线表示真空系统正常时的工作情况，虚线则代表异常工况。通过对比虚线与实线的斜率可以简单判断引起凝汽器真空异常的原因：

图1 真空变化因素示意图

若1～2间的虚线斜率大于实线，则表示冷却水量变少；若2～3间的虚线斜率大于实线，则表明传热情况恶化，如凝汽器钛管脏污、结垢等；若3～4间的虚线斜率大于实线，则表明过冷度增加，如漏入空气等；若各虚线的斜率不变，则主要是由于冷却水进口水温不同引起的。

1.2 真空下降

当其他参数不变时，凝汽器真空降低，蒸汽总焓降减少，即蒸汽在汽轮机内做功减少，循环冷却水系统带走的热量损失增加，对机组经济性和安全性有较大的影响，主要表现为：

1)真空降低、排汽温度升高，循环冷却导出到最终热阱的热量增加，蒸汽做功后的冷源损失增大，机组的热效率下降，经济性降低。

2)当凝汽器真空降低，保持机组负荷不变时，蒸汽流量增加，这时末级叶片可能超负荷。

3)当凝汽器真空降低，汽轮机排汽温度升高：使汽轮机低压缸及其轴承等部件受热发生形变不均匀膨胀，引起机组中心偏移，导致机组振动增大；可能引起凝汽器传热管胀接部位松弛，破坏凝汽器的严密性。

2 真空系统泄漏途径及影响因素

空气可通过两个渠道漏入凝汽器，一是通过蒸汽流动经排汽进入凝汽器，另一个也是主要的途径则是因真空系统本身的密封性不足而导致空气漏入。其中第一个途径进入凝汽器的不溶性气体，数量较少。因而空气主要是通过第二个途径漏入凝汽器，一般可能漏入空气的部位大概如下：阀门阀杆、法兰连接处、水位计接头以及其密封性较差的连接部件。除此之外，处于真空状态的汽轮机轴封系统、轴封加热器、抽气器排气管道等的严密性也直接影响凝汽器的真空。

3 真空系统严密性的影响及泄漏部位查找

凝汽器漏入空气时会明显地降低凝汽器管壁的传热系数，由于我厂使用的是射汽式抽气器，大量的空气漏入会导致抽气器过负荷，进一步使真空恶化。由于蒸汽、空气混合物在凝结时，将导致凝结水过冷度增大，水中含氧量增加，造成给水含氧量的增加，增加凝结水、给水管道、蒸汽发生器等设备氧化腐蚀的可能性，甚至引起蒸发器二次侧及汽轮机通流部分氧化物结垢，使设备的运行工况恶化。因此凝汽器真空系统的严密性应维持在较高水平，一般来说真空下降的速度与漏入的空气量成线性关系。在我厂真空严密性试验中其验收准则为：平均每分钟真空下降3mmHg合格；2mmHg为良好；1mmHg为优秀。而我国制定的凝汽器真空系统严密性标准为：真空值下降率400Pa／min(约为3mmHg)为优良，下降率667Pa／min为合格。可见我厂的标准比较严格。真空严密性实际上代表了凝汽器真空下降的快慢，也是机组稳定运行的重要参数，在真空严密性下降时，应尽快查找并消除漏点，一般步骤如下：

3.l 记录异常时的参数

系统发生异常，往往会表现在某些参数的异常变化上，所以凝汽器真空系统发生异常时，也需要及时记录相关参数，以便进行查找漏点时进行分析验证，一般来说需要记录的参数主要有：凝汽器真空，排汽温度，凝结水温、氧含量，循环冷却水入口温度、出口温度等。

3.2 参数分析

通过与正常值对比、分析，查找关键项目1)真空严密性试验结果是否正常；2)凝汽器端差正常时为2～6℃，我厂正常运行时约3～4℃，若其达l0℃以上，则说明该泄漏点较大；3)凝结水溶氧一般在5ug/kg以下，若系统漏空，该值将大幅度地增大；4)若漏点较大，漏入的空气在凝汽器传热管外壁形成一层空气薄膜，使得传热效果大大减弱，因而循环冷却水温升将大大降低。

由于凝汽器传热系数基本相同，正常运行时我厂两台凝汽器两侧因循环水量相同，两侧循环水温升也基本相同，所以，当某台凝汽器某侧出现漏空点时，该侧蒸汽凝汽传热系数将下降，传热量减少，循环水温升降低，而另一侧循环水温升则增大，这也可为确定凝汽器漏空气点、查找漏气点提供新的依据。

3.3 漏空点分析

一般来说，根据对系统影响的不同，漏空点可以分为两类：若泄漏点在凝汽器热阱水位以下，则其对真空影响较小，对凝结水溶氧含量影响较大；若泄漏点在凝汽器热阱水位以上，则其对真空影响较大，对凝结水溶氧影响较小。这是因为水面下的漏空点漏入的空气首先进入凝结水中，在其中经过溶解部分氧气后进入凝汽器，被抽气器抽出，故凝结水含氧量会较高；而在水面以上的漏空点，漏入的空气，在漏入量不超过抽气器负荷时，大部分空气首先就会被抽气器抽出，只有微量氧气溶于凝结水中。一般漏空点都是在负压区，随机组负荷升高，凝汽器背压提高，因压差减小，漏入空气量相对降低。如果漏入量较小，没有超过两台主抽的抽吸能力，凝汽器内真空在负荷升高时，真空升高，凝结水溶氧降低；负荷降低时，与此相反。如果漏入量非常大，则真空会迅速降低，应立即按规程降负荷停机。

4 查找、分析漏空点方法总结

4.1 机组工况

在真空严密性试验不合格或出现漏入空气的现象时，首先考虑当前机组状态，判断机组是一直保持运行，还是刚刚启动不久，系统状态未回复正常。若机组启动不久或者机组工况发生过变动，则应检查是否有真空系统的疏水门没有关闭，或者是因机组启、停导致某些真空系统管道焊口裂缝漏空等。

4.2 运行操作

机组在长期稳定运行中若发现凝汽器真空异常下降，则首先应检查近期的相关运行操作是否影响真空系统的严密性，操作过程中涉及真空系统的设备、阀门状态是否恢复正常状态，尤其是疏水阀、放气阀等。

4.3 其他异常情况

当机组因故障、瞬态等原因发生过甩负荷、负荷突变、重要阀门状态突变等异常情况时，很容易因温度、压力波动较大造成一些薄弱环节的焊接部位、伸缩节等位置产生裂缝，产生漏空点。这些漏空点一般在管道的保温层内，不易发现。

上面给出的一些分析的方法，希望能够对快速、有效地查出漏空点起到一点借鉴。综上所述可知凝汽器的真空并不是越高越好，应当尽量保证在最有利真空条件下运行，及经济真空下运行。与此同时，凝汽器的汽侧严密性对真空的维持又是至关重要的，在实际运行中真空的异常下降是一个不容忽视的大问题，原因很多，但主要是真空系统严密性下降或抽气系统故障所致。由于凝汽器的真空对机组的运行至关重要，所以应做到防患于未然，定期检查相关设备、系统的状态，才能保证机组的长期稳定运行。

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