凝汽器真空系统影响因素及维护措施

陈晓玲

（山西天脊煤化工集团有限公司，山西 潞城 041606）

引 言

天脊煤化工集团热动厂热电车间现有1台双抽凝汽式汽轮机，其采用型号为N-2000-4型的凝汽器。凝汽器系统主要用途是：使汽轮机尽量膨胀做功，在汽轮机排汽口上建立并维持所需要的真空；同时，将汽轮机的排汽凝结成水，重新作为锅炉给水。凝汽器真空系统在正常生产中对本装置起着至关重要的作用。此系统工作失常，不仅影响汽轮机的经济运行，而且关系到工厂的能源消耗。为了确保装置的“安、稳、长、满、优”，保证凝汽器真空系统正常运行是十分必要的。

1 凝汽器主要工艺参数

1.1 主要设备参数

型号，N-2000-4型；型式，双路表面回热式双道制；排汽量，75t/h；冷却面积，2 000m2；冷却水量，5 400t/h；冷 却 水 温，20 ℃；铜 管 规 格 长 度，Φ24mm×1L＝6 070；铜管数量，4 420根；净重，34.55t。

1.2 主要工艺控制参数

真空控制，-86kPa～-76kPa；真空低报警值，-76kPa；真空低联锁值，-67kPa；凝汽器液位控制，250mm～550mm。

2 凝汽器真空建立的原理

在机组启动时，凝汽器真空的建立依赖于抽气器将凝汽器中的空气抽出。此时，建立真空的快慢由抽气器的容量及真空系统的严密情况决定。

机组冲转后，有排汽进入凝汽器中，排汽受到冷却介质的冷却而凝结成水。蒸汽凝结成水后，体积大大地缩小，原来由蒸汽充满的容器空间就形成了高度真空。由于冷却介质不断地将进入凝汽器中排汽的热量带走，使得凝结过程能不间断地进行，凝汽器中的真空就建立起来了。简单地说，此时，凝汽器中的真空是由排汽凝结成水形成的。其真空水平的高低受冷却介质的温度、流量、机组排汽量、凝汽器传热情况、真空系统严密状况及抽气器的工作状况等因素制约。

3 凝汽器真空理论

3.1 凝汽器内的压力

凝汽器中蒸汽在密闭容器中近似等压凝结，因此，凝汽器的压力单值取决于蒸汽温度tn（即汽轮机排汽温度）对应的饱和压力。凝汽器中蒸汽的温度tn随凝汽器换热条件的变化而改变，tn变化引起凝汽器压力（或真空）随即发生变化。

凝汽器结构、冷却面积及冷凝蒸汽负荷Dc一定时，凝汽器中蒸汽温度tn与冷却水进口温度tw1、冷却水出口水温tw2、冷却水进出口水温差Δt（一般维持在5℃～7℃）及端差δt（一般应在3℃～10℃）有关系，其关系式为式（1）。

凝汽器中蒸汽和冷却水温度沿冷却表面分布图见图1。

图1 蒸汽和冷却水温度沿冷却表面分布图

3.2 凝汽器真空与冷却水温度升高值Δt的关系

冷却水在凝汽器中的温度升高值可根据凝汽器热平衡方程式（2）得出。

式中：Dc为进入凝汽器的蒸汽量，kg/h；Dw为进入凝汽器的冷却水量，kg/h；hc，h＇c为蒸汽和凝结水的焓，kJ/kg；hw1，hw2为冷却水进、出口焓，kJ/kg。

在实际应用中，冷却水的焓值hw2-hw1＝4.187×（tw2-tw1），排汽与凝结水的焓值hc-h＇c＝（510～530）×4.187（kJ/kg）。对大型汽轮机而言，hc-h＇c＝520×4.187（kJ/kg）。

由此可知，在汽轮机负荷增大时，凝汽器冷却水的温升也增大，凝汽器中的真空度下降。

3.3 凝汽器真空与端差δt的关系

根据凝汽器传热方程式可知，凝汽器端差δt的表达式为式（4）。

式中：Δt为凝汽器冷却水温度升高值，℃；AC为凝汽器冷却面积，m2；K为凝汽器传热系数，kJ/（m2·h·℃）；Dw为凝汽器冷却水量，kg/h。

由式（3）、式（4）可得式（5）。

式中：假定冷却水量Dw不变，传热系数K在热负荷小范围内变化时可近似认为不变。可见，凝汽器端差δt与机组热负荷Dc成相同方向变化。即，机组负荷增加时，凝汽器端差δt增大，凝汽器真空度下降。其相互关系凝汽器的特性曲线如图2所示。

图2 凝汽器的特性曲线

由图2看出，端差δt与热负荷Dc并不是完全成正比例变化。主要是因为，其不仅受Dc的影响，而且受传热系数K的制约（K与冷却水温度及流速、蒸汽负荷、凝汽器铜管表面清洁程度及管束布置方式、真空系统严密等有关）。1）当汽轮机由大负荷向小负荷变化时（即Dc由大变小），δt是减小的；2）当Dc下降到一定程度后，δt将保持为一常数；3）冷却水入口温度tw1较低时，机组真空水平较高情况下上述变化更为明显；4）对运行中的凝汽器来说，减小δt的方法是设法提高其传热系数K。

综上所述，在一定的冷却水量和冷却水进口温度下，凝汽器中的压力随汽轮机负荷减小而降低。即，凝汽器的真空度随汽轮机负荷的降低而升高。当汽轮机的负荷和冷却水量不变时，凝汽器的真空度随冷却水进口温度的降低而升高。

4 凝汽器工艺流程

凝汽器工艺流程示意图见第67页图3。

1）主流程：高压蒸汽经过汽轮机膨胀做功后，其排气进入凝汽器。排气经过凝汽器冷却后，蒸汽凝结成水，经凝结水泵进入后序系统，并经过各级处理（轴封加热、低压加热、除氧、高压加热等）成为锅炉给水。

2）射水抽气器系统：本系统由2台型号为250S39A的射水泵和2台型号为CS-45-25-1的射水抽气器组成。射水泵将水抽出，水经过射水抽气器时节流膨胀做功形成负压，将凝汽器内的不凝汽抽出，保证凝汽器内维持正常真空度。

3）轴封系统：动力气经过轴封抽气器时节流膨胀做功形成负压，将汽轮机少量轴封漏气抽出，保证真空。轴封加热器应保持一定液位而起水封作用，以免外界空气直接进入凝汽器影响其真空度。

4）疏水器：汽轮机本体各疏水经疏水扩空器后，气体进入凝汽器，液体进入凝汽器热水井。

图3 凝汽器工艺流程示意图

5 凝汽器真空度异常问题分析及措施

5.1 真空度急剧下降的原因及其处理措施

5.1.1 循环水中断

5.1.1.1 象征

凝汽器真空度急剧降落；排汽温度显著上升；循环水泵电流到0或只有空载电流；凝汽器的循环水进出汽无压差。

5.1.1.2 处理措施

1）首先启动备用循环水泵（一般为联动自动切换），关闭事故水泵的出水阀；若2台运行水泵同时跳闸且及时发现并未反转时，可强行合闸。强行合闸无效时，应关闭2台泵的出口阀，启动邻近机组的备用泵供水。

2）若循环水泵电流降至空载数值时，表明循环水泵虽在运转，但已断水。此时查原因作如下处理：a）若是吸水池水位过低，应立即关闭循环水系统排水阀并补充水源，待水位升高后重新启动；b）若是水泵吸水侧漏入空气，则应更换盘根，消除漏气点，同时启动真空抽气系统抽出空气。c）若是水池水位不低，则应检查入口并清理杂物，然后重新启动。

5.1.2 低压轴封供汽中断

5.1.2.1 象征

将有大量空气从轴封间隙处漏入排汽缸，使真空度急剧降低。

5.1.2.2 处理措施

1）因负荷降低时未及时调整轴封供汽压力，致使供汽压力降低或可能是汽源压力降低，蒸汽带水造成轴封供汽中断；或是因轴封压力调整器失灵所致。为此，在机组负荷降低时，要注意及时调整轴封供汽压力为正常值。

2）若是轴封压力调整器失灵，应切换为手动，待修复后投入。

3）若是因轴封供汽带水而造成轴封供汽中断，则应及时消除供汽带水。

5.1.3 抽气器的水源中断

可能是射水泵工作失常或水箱水位过低等原因引起，在查明原因后采取相应措施处理。

5.1.4 真空系统管道严重漏气

可能是膨胀不均，使真空系统管道破裂，或是误开与真空系统连接的阀门所引起的。若是真空管道破裂漏气，则应通过找漏查出破裂漏气点予以解决；若是误开阀门则应及时关闭。

5.1.5 凝汽器满水

当凝汽器水位升高淹没抽气口后，空气就不能被抽出，而引起真空度急剧下降。这可能是凝结水泵故障，或是因负荷增加时未开大主凝结水阀，或误开大再循环水阀、软化水阀（来自1500＃的补水）而造成水位猛升。

此时，应及时启动备用凝结水泵，根据负荷增加情况相应调开主凝结水出水阀，关小再循环水阀，使凝汽器水位恢复正常。

5.2 真空度缓慢下降的原因及其处理

5.2.1 循环水量不足

5.2.1.1 象征

真空度逐渐下降的同时，循环水出口温度升高。

5.2.1.2 原因

1）循环系统有关部位故障。

2）当真空度下降时，凝汽器循环水的进出口压力差增大，循环水泵出口和凝汽器入口水压均升高，则可判断是凝汽器管板部分被堵。

3）若凝汽器循环水出口虹吸真空降低及凝汽器循环进出口压差变小时，表明凝汽器循环水出水管中聚集了空气；或虹吸井水位太低，虹吸被破坏。

4）如果循环水泵进口真空度降低，则是循环水泵进口阀门法兰或盘根等处漏气。

5.2.1.3 处理措施

1）若是循环水泵吸入侧漏气，可调整水泵盘根、密封水以及拧紧法兰螺栓等。

2）若是凝汽器管板部分被堵塞，可利用反冲洗，凝汽器半面清洗来消除。

3）若是虹吸被破坏，则应投入抽气系统，重新恢复虹吸管的真空度。

5.2.2 抽气器工作失常

5.2.2.1 象征

凝汽器真空度下降的同时，射汽抽气器出现排汽管冒白汽或水滴等现象，射水泵工作水温过高、射水泵故障等。

5.2.2.2 处理措施

先检查射水压力，若抽气器喷嘴前压力升高，可能是喷嘴堵塞，应进行冲洗或清理。还应检查射水泵的工作情况并作相应处理。

5.2.3 凝汽器水位升高

5.2.3.1 原因

可能是由于凝结水泵入口汽化（凝结水泵入口汽化的象征是凝结水泵电流指示数减小）、软水阀未关、备用凝结水泵的逆止阀损坏以及凝汽器钢管破裂。

5.2.3.2 处理措施

1）若关闭备用凝结水泵出水阀后水位不再升高，则表明备用泵逆止阀损坏，严重漏水。

2）若是凝汽器铜管破裂漏水，可通过检查过冷却度和化验凝结水质来鉴别，若凝结水硬度和过冷却度变大，则表明铜管漏水。可降低负荷，停止半面凝汽器查漏堵管。

3）若是凝结水泵汽化或损坏，应迅速启动备用凝结水泵，停故障泵。

5.2.4 真空系统管道及阀门不严密而漏气

5.2.4.1 原因

真空下降时，端差增大，而抽气器工作正常，说明真空系统或阀门不严密漏气所致。

5.2.4.2 处理措施

1）当真空系统漏气不太严重且漏气量与最大抽气量相平衡时，则真空降至某一数值后就不再继续下降。此时，应查漏消除。

2）若是因低压抽气管道或汽缸法兰结合不严密而引起的真空度下降，则其真空度下降是随负荷变动而变化的（即负荷大，真空度大；负荷小，真空度小）。此时，应尽量维持机组在高负荷下运行，待停机检修时再消除缺陷。

3）若是因停用加热器时未关闭空气口或疏水阀而导致空气进入真空系统，则应立即关闭上述各阀门，使真空恢复正常。

5.2.5 凝汽器冷却表面脏污

5.2.5.1 象征

随脏污的日益严重，凝汽器端差逐渐增大，抽气器抽出的空气混合物温度也随之升高。

5.2.5.2 处理措施

经真空严密性试验证明凝汽器漏气量并未增加而又有以上象征时，就可确认是脏污引起，应及时进行清洗。

6 改造效果

6.1 事例1

系统运行过程中发现，有台运行凝结水泵（两开一备运行）发生故障，车间采取启动备用泵、隔离检修故障泵的措施。在对故障泵进行检修时，凝汽器真空度突然下降，查明原因发现是因为故障泵排汽阀门泄漏导致的。及时对排汽阀进行修复，凝汽器真空系统恢复正常。

6.2 事例2

轴封加热器原先存在疏水排不走现象（因其布置在0m，比凝汽器热水井标高低），使真空抽不起来，只能达到-0.071MPa。分别采取了如下措施：将其抬高至4.5m，但其多级水封管未动，疏水还是排不走；后又改为其一、二级疏水各自直接到冷凝器，用1个三级U型管排水，但事实上二级疏水还是排不走；最后，又将三级U型管改为一级U型管，以减少疏水阻力，实现了轴封疏水通畅、真空达标目标。操作中应注意避免抽空轴加、轴加气管内积水问题。

6.3 事例3

系统运行时，曾发生因轴封加热装置液位空，外界空气通过轴封加热装置进入汽轮机，导致凝汽器真空度下降。认真排查发现是轴封加热装置发生假液位现象（现场就地液位计因堵塞而失灵），使调整不及时所致。后采取关闭轴加疏水阀积液至正常液位等措施进行解决。

6.4 事例4

本系统凝汽器循环冷却水管道上原来没有安装胶球清洗装置，在长期运行过程中发现，凝汽器内循环冷却水管道很容易发生脏污，不仅使凝汽器真空一直提不起来，而且使凝汽器冷却水管道的清洗工作变得十分困难，从而影响系统正常运行。

2011 年的系统大修期间，在凝汽器循环冷却水管道上安装了胶球清洗装置，并规定每天定时进行清洗，不仅使冷却水管道清洗工作变得简单易行，而且保证了凝汽器真空，系统运行效果很好。

6.5 事例5

有段时间发现凝汽器真空一直提不起来。分析其原因，2台射水抽气器空气吸入阀管段设有正U型弯管。自投入运行以来，由于抽气管道存在正U型管的布置，抽气管道中经常会积液而影响空气流通面积，进而造成凝汽器真空下降。同时，由于抽气器备用泵出口阀关不严或阀存在内漏，在切换射水泵时经常引起汽机真空波动。

采取办法及效果：真空系统保留原射水抽气器系统的射水泵和射水抽气器部分，对汽机8m平台下抽气器吸入口正U型弯改造处理，即将射水抽气器空气吸入口管段整体上移至汽机8m平台，并在抽气器与空气阀之间加装真空表，取消正U型弯管段，改为1条微带坡度的直管（相接时要有千分之一的坡度），以消除管段中的积液问题；对空气吸入阀位置进行相应位置改变；检修抽气器射水泵出口阀等一系列措施，保证凝汽器抽气管道的严密性。经改造后凝汽器真空系统运行良好，保证了汽轮发电机组的正常运行。改造前、后对比图见图4。

图4 改造前、后对比

7 结论

天脊集团热动厂热电车间汽轮发电组在正常生产运行中不仅为全厂提供生产用蒸汽，而且可自行发电，满足一部分工厂用电需求。维护汽轮机凝汽器真空系统，可为本装置的安全稳定运行提供保障。在生产运行中必须密切注意真空度变化，准确记录各参数，根据经验公式及图表准确判断出引起真空度恶化的原因；真空度大幅下降时，要根据规程及时准确处理；注意检查真空系统的严密性、冷却水的含氧量以及对管道设备的损害。