某600 MW机组抽真空系统故障诊断及改进

杜 鹏

(山西漳电同达热电有限公司，大同 037000)

0 引 言

凝汽器是汽轮机冷端重要设备，其作用是将汽轮机排汽凝结成水，并形成高度真空，提高汽轮机做功能力。据统计，凝汽器真空每提高1%，机组热耗率下降0.6%～1%[1-3]，对经济性影响非常显著。为避免凝汽器内积聚空气增多影响真空，汽轮机冷端通常利用抽真空装置将漏入凝汽器的空气抽出，同时加强真空系统严密性治理，尽可能减少外界空气漏入凝汽器。改造抽真空系统结构[4-5]、降低真空泵工作水温[6-7]以及查漏堵漏提高真空严密性[8-9]以改善凝汽器真空的研究和应用案例较多，但结合严密性试验、查漏技术对抽真空系统结构优化和运行的研究尚不多见。文中针对一起真空严密性试验结果优秀、但确系抽真空系统故障导致凝汽器真空较差的典型案例进行诊断分析，并提出系统优化建议以供同类机组参考。

1 抽真空系统及问题

1.1 真空系统简介

某厂两台亚临界600 MW双背压机组抽真空系统如图1所示，每台机组配有3台真空泵，2运1备。其中A泵和C泵分别抽吸高压凝汽器和低压凝汽器中不凝结气体，B泵可分别代替A泵或C泵工作。

图1 抽真空系统示意图

1.2 存在的问题

某次B修投运后，其中一台机组在负荷、循环水参数、胶球系统、真空严密性等处于同等条件甚至占优的情况下，真空却较另一台机组真空低，偏差最大时超过2 kPa(如图2所示)。

图2 两台机组负荷真空对比

一个显著特征是，在真空严密性指标优秀的情况下，凝汽器端差处于3.5～9.5 ℃，且随机组负荷呈反向变化关系(如图3所示)，在夏季循环水入水温度接近30℃时，低负荷时端差接近10 ℃。

图3 凝汽器端差与负荷对应关系

3 诊断分析

3.1 凝汽器端差与负荷关系理论分析

根据汽轮机原理可知，汽轮机排入凝汽器的蒸汽量与机组负荷成正比，因此，凝汽器端差与机组负荷之间的关系可以利用凝汽器传热方程推导得出。凝汽器传热方程为：

式中，Q为凝汽器热负荷，与机组负荷成正比，kW；Dw为循环水流量，kg/s；cp为水的定压比热容，4.186kJ/(kg·℃)；Δt为循环水温升，℃；Dc为汽轮机排汽量，kg/s；

Δhc为汽轮机排汽凝结放热量，kJ/kg；k为凝汽器传热系数，kW/(m2·℃)；F为凝汽器换热面积，m2；Δtm为对数平均温差，℃；δt为凝汽器传热端差，℃。

所以，凝汽器端差可表示为：

机组负荷变化时，汽轮机排汽量与机组负荷成正比关系。在循环水量和凝汽器面积一定时(Δhc基本上保持不变，与负荷无关)，机组负荷降低，则Dc减小，此时凝汽器端差δt增加，证明传热系数k随机组负荷降低而减小，说明具有某种随负荷而变动的因素直接影响凝汽器传热效果。据传热原理可知，凝汽器管侧污垢影响不随负荷变化，因此，导致凝汽器传热系数减小的因素只能是汽侧集聚空气。鉴于真空严密性试验结果优秀，可以断定除抽真空管道外，其余部分空气泄漏量并非集聚空气主因。但在严密性优秀的前提下，加之抽真空系统结构本身不便于查漏，故未做系统查漏工作，也就无法断定抽真空管道及阀门是否泄漏。

3.2 凝汽器压力与真空泵入口压力关系

众所周知，汽轮机排汽为湿蒸汽，其热力特性决定压力与温度一一对应，故凝汽器中压力可表示为：

pc=f(ts)=pp+Δp

式中，pc为凝汽器压力，kPa；pp为真空泵入口压力，kPa；Δp为抽真空管道及阀门压损，kPa。ts为凝汽器中湿蒸汽温度，℃。

ts=tw2+δt=tw1+Δt+δt

式中，tw1、tw2分别为凝汽器进、出口循环水温度，℃；

其余符号同公式。

式表明，凝汽器真空还与真空泵入口压力和抽真空管道压力损失有关。真空泵抽吸能力跟抽空气量、工作水温有关，抽空气量越多、真空入口压力越高[10]；工作水温度越高，抽吸能力越强，入口压力越低。在真空泵抽吸能力一定时，抽真空管道压损越大，凝汽器真空则越差。

3.3 故障点的确定

由图 2可见，低负荷时1号机真空不能同比升高，很有可能是真空泵抽吸能力不足引起，故怀疑入口管道阀门及管道泄露或者阻力过大是真空偏低的主要原因。非常遗憾的是，本系统真空泵入口压力测点位于气动阀与逆止阀之间，虽然显示除真空泵入口逆止阀外的管道压损正常，但无法断定真空泵入口逆止阀是否存在较大压损。

随然无法准确判定故障点和原因，但问题的焦点集中指向真空泵入口逆止阀，遂依次更换该阀门。在更换B真空泵入口逆止阀B2后，启动B泵停C泵，则B泵入口真空明显提高，低压凝汽器真空恢复正常，同时A泵入口真空仍然偏高(如图4所示)，可以断定故障原因为泵入口逆止阀开度不够压损偏大。

图4 真空泵入口阀门更换前后对比

4 系统分析及改进建议

结合本次真空问题诊断过程中遇到的问题，对抽真空系统各种潜在的问题深入分析后，认为系统存在以下问题及并提出改进意见如下：

3台真空泵出口排气管道合一送至厂房外，不利于阀门内漏检测。万一真空泵入口阀门内漏，即使严密性指标不合格，仍然无法通过检漏确定泄露点，徒增真空泵抽空气负荷，影响机组真空。建议将每台汽水分离器出口管道单独排空，或者在汽水分离器出口管道上预留泄露检测小孔，便于采用氦质谱等进行检漏。

每台真空泵入口压力测点应布置在真空泵入口处，测点至真空泵入口不应有其它部件。此种情况下，真空泵入口压力反映真空泵抽吸能力是否正常，真空泵入口压力与凝汽器压力差表征抽气管道压损是否合理，便于管道及附件故障诊断。

凝汽器严密性试验要综合考虑抽真空系统局部结构。凝汽器查漏不但要检测抽真空系统局部是否存在外界空气经阀门或管道漏入系统内部，也要检测各阀门是否内漏。

实际运行中，应定期切换停备真空泵，并同时严格监视真空泵入口压力和凝汽器真空的变化情况，与历史数据进行对比，以便及时排除抽真空系统自身故障。

5 结束语

文中就一起真空严密性指标优秀但凝汽器真空不佳的问题进行了分析，根据凝汽器端差与负荷呈反向变化的现象，诊断出真空泵入口阀门故障是凝汽器真空偏低的主要原因，并指出系统结构存在的潜在风险问题，提出了结构系统改进、检漏查漏以及运行调整的建议。主要结论如下：

(1)凝汽器端差与机组负荷之间的关系，是判断凝汽器故障的重要方法，端差与负荷呈反向变化规律，往往是凝汽器汽侧集聚空气导致传热性能恶化而影响真空。

(2)凝汽器真空与真空泵抽吸能力以及抽空气管道压损直接相关，运行维护中不但要关注系统严密性，降低真空泵负荷，同时也要注意管道阻力，避免阀门开度不够、压损大而影响真空泵抽吸能力。真空泵入口压力测点应紧靠真空泵入口，以便正确反映抽吸管道阻力变化情况。

(3)每台真空泵出口排空气管道应独立布置，或者在并入母管前留有孔口，以便抽真空系统阀门内漏检测。真空系统查漏应包括抽真空系统的外部空气漏入检查，也应考虑阀门内漏的检查。

(4)建议运行中定期切换真空泵，并关注真空泵入口压力和凝汽器真空变化情况，及时发现并排除抽真空系统自身故障对真空的影响。