凝结水过冷度的产生原因及运行控制

沈珊

摘要：汽轮机做完功的蒸汽在凝汽器中冷却形成凝结水是发电厂工质循环利用的一个关键环节，因此凝汽器的工作性能直接影响整个凝汽式汽轮机组的经济性和安全性。文章结合某核电机组分析了凝结水过冷度产生的各种原因，预想其会产生的影响，并从凝汽器运行维护的角度，提出减小凝结水过冷度的措施，以此来提高机组的经济性和安全性。

关键词：凝汽器；过冷度；经济性；安全性

一、前言

凝汽器将汽轮机低压缸内膨胀作过功的蒸汽排至冷凝成水，乏汽凝结过程中放出汽化潜热并被循环冷却水带走。最理想的运行工况是凝结水温度等于排汽压力下的饱和温度。但是，由于设备本身的质量或运行维护不当，经常使凝结水温度低于排汽压力下的饱和温度，造成凝结水过度冷却，凝结水的过冷度越大，说明被冷却水额外带走的热量越多，而这部分热损失需要反应堆额外提供热量来弥补，从而凝结水过冷现象产生了不可逆损失，导致系统热经济性的降低，而且过冷度越大，凝结水中的含氧量也越多，从而加速了相关管道、设备的腐蚀速度。因此需从各个方面对凝结水过冷度加以重视并采取措施使其最小，以提高机组运行的经济性和安全性。

二、凝汽器功能及工作原理

某核电凝汽器由俄罗斯列宁格勒金属工厂设计制造，单台机组共4台凝汽器，双流冷却水单流程，分别布置在高压缸两侧，每组凝汽器分高压、低压凝汽器，每台凝汽器由壳体、管束、水室等组成，管板为钛复合板，用碳钢做牺牲阳极，凝汽器冷却管采用钛管，胀焊在管板上，每台凝汽器内布置一台内置式低压加热器（1低加）。凝汽器安装在弹簧支架上，可以吸收气缸及设备的热膨胀，与低压缸为刚性连接。

（一）凝汽器功能

凝汽器是动力循环的冷源，在汽轮机低压缸内膨胀作过功的蒸汽排至凝汽器中冷凝成水，乏汽凝结过程中放出汽化潜热并被循环冷却水带走。核电凝汽器具体功能有：

（1）与抽汽系统一起为汽轮机建立和维持真空：

（2）把在低压缸内做完功的蒸汽冷凝成水；

（3）接收各疏水箱来的疏水和不凝结气体，回收和贮存洁净的凝结水，对凝结水进行初步除氧，以减少对设备的氧化腐蚀，为动力循环提供给水。

（二）凝汽器工作原理

乏汽从低压缸排入凝汽器，通过四台海水循环泵向凝汽器蛇形管唧送的冷却水来不断得以冷却。乏汽在凝汽器底部冷凝成水，由于水的比容比蒸汽的比容小许多倍，随着蒸汽冷凝，凝汽器中形成高度真空。然而，客观情况是，外界空气总要漏入低于大气压的地方，使蒸汽中总是含有空气和其它不凝结气体，如果不将这些气体不断地从凝汽器中排除掉，尽管对应于饱和温度的压力可以比大气压力低得多，但是由于凝汽器内总的压力等于混合物各个分压力之和，随着不凝结气体的累，其不凝结气体的分压力会不断升高，经过一段时间之后，容器的压力会上升到被冷凝蒸汽压力，蒸汽将不再流动，冷凝过程就停止了。因此，因此要保持凝汽器的真空度使冷凝器正常工作，除了要不断地冷却进入的蒸汽，并抽出凝结的水外，还必须不断地从冷凝器中除去不凝结气体。

三、凝结水过冷度定义

过冷度定义：

凝结水过冷度表征了凝汽器热井中凝结水的过度冷却程度，可定义为在凝汽器壳体中的绝对静压力下，离开热井时的凝结水温度与凝汽器中蒸汽的饱和温度之差。凝汽器对凝结水应具有良好的回热作用，以使凝结水出口温度尽可能不低于凝汽器压力所对应的饱和温度，以减小汽轮机回热抽汽，降低热耗。

四、凝结水过度冷却对机组的影响

（一）设备可靠性降低

凝结水过冷度的存在会威胁机组运行的安全性和可靠性。凝结水温度过低，即凝结水水面上的蒸汽分压力的降低和不凝结气体分压力的增高，使得溶解于水中的气体含量增加。因为溶于凝结水的气体量和热井水面上气体的分压力成正比，因此若凝结水出现过冷度，则其含氧量将会增加，这将导致凝汽器内换热管、低加及相关管道阀门腐蚀加剧，以致降低设备的使用寿命，不利于机组的安全运行，同时也加重了除氧器的工作负担，使除氧器的除氧效果变差。

（二）机组热经济性下降

凝结水过冷使凝结水温度降低，根据传热学原理，必然导致循环水带走过多的热量，同时要在低压高压加热器、除氧器加熱时吸收更多的热量，多消耗抽汽量。

五、结论

凝汽器凝结水过冷度的大小与凝汽器设计、安装、运行等因素均有关。对于凝汽器内凝结水过冷度的问题，文中从不同方面分析了凝结水过冷度产生的原因，详细阐述了其对机组运行经济性和安全性的影响，并提出了减少凝结水过冷度的对策。在凝汽设备的运行监测过程中，凝结水过冷度是一个不容忽视的性能指标，因此应在检修以及运行维护等各个环节采取措施控制和消除凝结水过冷现象，以提高机组运行的经济性和安全性，进一步提高机组的效率。endprint