影响汽轮机真空的因素分析

2015-01-26朱磊

中国设备工程 2015年8期

关键词：抽气轴封抽汽

朱磊

（华电国际莱城发电厂，山东莱芜 271100）

影响汽轮机真空的因素分析

朱磊

（华电国际莱城发电厂，山东莱芜 271100）

介绍汽轮机运行时凝汽器的传热过程，分析真空降低原因，提出了改善机组真空的主要措施，提高了真空系统正常运行效率，提升了汽轮机的经济性和安全性。

汽轮机；凝汽器；真空

一、凝汽器的传热分析

1.由于凝汽式汽轮机的排汽处于饱和状态，因此，凝汽器内蒸汽的饱和压力和饱和温度是对应的，为使凝汽器内获得较高真空，就要使凝汽器内蒸汽的饱和温度尽量接近冷却水温度。而冷却水量和冷却面积是有限的，因此当蒸汽凝结放出的汽化潜热通过管壁传给冷却水时，必然存在传热温差。为了能够在凝汽器内形成较高的真空，减少凝汽器的传热端差，通常凝汽器的冷却水管一般都采用传热系数较高的铜材制作，从而使进入凝汽器的排汽与冷却水之间形成较好的传热效果。

2.凝汽器内存在3种换热：蒸汽在循环水管外壁进行凝结放热；循环水管内壁与外壁之间发生金属导热交换；循环水管内部进行介质的流动换热。将它们的换热系数设定为a1、a2、a3，则：1/a1、1/a2、1/a3分别为3个换热的热阻，通过对凝汽器换热系统的理论计算得出3个热阻：1/a1＜1/a2＜1/a3，传热系数表明了传热过程的强烈程度，传热系数越大，传热过程越强，热阻越小，凝汽器内传热性越好，由此可知，凝汽器的真空下降也会相应使得过冷度增加、汽阻增大。

凝汽器里水平排列着很多根铜管，当在上部铜管凝聚水珠下落时，大部分水珠要落在下面铜管上，被冷却水冷却，因此，凝结水温度低于凝汽器排汽压力下的饱和温度，他们的差值即为过冷度，凝汽式机组的过冷度一般在为0.5～1℃范围内。循环水带走的热量越多，造成过冷度越大，其温差损失需要靠锅炉燃烧更多的燃料来提高。并且过冷度的数值提高会造成凝结水系统中的含氧量增加，从而加快管道和设备腐蚀。此外，循环水带走凝汽器排汽的汽化潜热受到排挤并减少，造成凝汽器的真空下降，使得凝汽器的热经济性下降。凝汽器内汽阻也受到过冷度的影响，凝汽器抽汽口处压力相对最低，排汽与漏入空气的混合物就从凝汽器的喉部向抽汽口流动，流过管束时产生一定动阻力，从喉部到抽汽口一段的压力降称之为汽阻，汽阻一般为260 ～400Pa，运行过程中要求汽阻要小一些，因为当抽汽口压力一定时，汽阻越大，汽轮机的背压越高，而且当汽阻增加时，过冷度也会随之增大，从而影响汽轮机的真空。

二、真空度降低原因分析

1.轴封系统。机组轴封设计为0.02～0.06MPa，实际运行中轴封的压力为0.05MPa。为了确定轴封系统是否漏气，将轴封压力从0.05MPa缓慢升高到0.1MPa，并将轴封调节阀的旁路阀门打开，虽然机组现场高点轴封放空处有蒸汽不断的溢出，但机组的真空度没有改变。可以确认轴封系统运行正常。

2.凝汽系统。凝汽器系统满水是汽轮机日常真空度下降的一个主要原因。当汽侧空间水位升高后，淹没了一部分冷凝管，减少了凝汽器的冷却面积，使汽轮机的排汽压力升高。如凝汽器水位升高至抽汽口的高度，则凝汽器的真空度下降，根据凝结水淹没抽汽口的程度，开始真空度降低缓慢，随后便迅速加快，这时连接在凝汽器喉部的真空表指示下降，而连接在抽空器上的真空表指示上升。此时如果不及时采取必要的措施，将有水由抽气器的排气管冒出。现场检查并重新校验业务表的结果表明液位显示正常。

现场两级射汽抽气器的抽气口离热井液位的距离较长，为分析该液位对系统的影响情况，将热井的液位控制高度从70%调低到60%，结果表明真空度没有变化。因此可以确定凝汽系统的液位设置不会影响射汽抽气器的正常使用。

3.循环冷却水。在正常情况下，如果没有操作，机组的循环水不会中断。检查发现凝汽器的实际循环水质量流量为660t/h，远小于设计值1550t/h。

一般凝汽器的循环水冷却倍率为40～60，按照进汽的质量流量31.5t/h和实际循环水质量流量660t/ h来计算，该机组的冷却倍率只有21，远小于正常设计值。

凝汽器管程短路也是影响冷却效果的重要因素，经过长时间的使用，凝汽器管程隔板有可能在循环水的冲击下发生变形或产生移位，导致循环水的进水不经过凝汽器的管束而直接形成短路返回回水管线中。但现场测得进水和回水的压力分别为0.4MPa 和0.3MPa，与系统主管中的循环水进、回水压力一致，同时测得进、回水的温差＞15℃，说明凝汽器没有短路，只是循环水质量流量与实际设计值偏差很大。

4.凝汽器冷却面积垢。凝汽器冷却面积垢是日常生产中引起机组真空度下降的常见因素。由于循环水水质差，其中很多杂质可引起凝汽器积垢，影响冷却效果。检查说明，导凝口排放的循环水比较浑浊，有时还有泥沙颗粒。这说明经过长时间运行后，凝汽器积垢严重，不仅使流体的阻力增大，而且降低了凝汽器的冷却效果，导致中压蒸汽做功后不能完全被冷却，抽空器的负荷过大，凝汽系统达不到所要求的真空度。

5.抽气器系统故障。机组选用的抽空器为启动抽气器，并配有两级射汽抽气器，根据设计，开机时先使用启动抽气器，而两组两级射汽器1开1备，但是正常使用时由于真空度过低，启动抽气器和两级射汽器已经全部投用，系统的真空度仍然达不到正常使用要求。为了确定抽空器工作喷嘴是否堵塞，在降低负荷的情况下进行检查，发现喷嘴工作正常。但第一级射汽抽气器的疏水回水管线缺少设计中的U型管水封，只是通过直线管路连接到凝汽器上，与设计不符，造成抽气器第一段排汽冷却后，空气返回凝汽器，使第一级射汽抽气器失去作用。

三、改造措施

1.按规程规定进行真空严密性测试，加强凝汽器进、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。

2.容易漏入空气的设备系统，如低压缸、给水1、2、3号加热器、轴封系统、对空排汽的管道以及高加疏水扩容器、凝泵、低压加热器的抽空气管等与凝汽器连接的管道和疏水管，特别是凝汽器喉部连接的管道一旦出现裂缝或断裂将严重影响机组的正常运行，因此要在设备检修时加强查漏堵漏工作，对影响真空的问题制定整改计划彻底解决。

3.加强凝汽器胶球清洗系统的运行与检修管理，提高清洗质量。选择胶球的湿态比重与循环水相近、直径较铜管内径大1～2mm的圆形橡胶球，经常检查胶球的收球率与磨损情况，当胶球磨损减小时，及时更换新球。当回水管收球网前后循环水压差增大时，立即进行胶球系统反冲洗，一定保证胶球正常有效工作。

4.对于凝汽器系统的射水抽气器，正常时主要对抽气器工作水温的变化进行监视，连续或定期补充冷水，排出内部高温水，避免工作水温度太高降低抽气效率。恰当的选择出水口的位置和布置高度，当射水抽气器出水口处于射水池水面下部时，如果出水口淹没的太深，因为射水管中的水温比水池的水温高、比重低，排水管外的压力过大将抑制抽气器工作水的排出，从而导致射水抽气器的抽气能力下降。