300MW汽轮机出现真空低现象的分析与对策

2021-03-27四川广安发电有限责任公司黄远东

电力设备管理 2021年10期

四川广安发电有限责任公司黄远东

我厂二期机组汽轮机型号为N300－16.7/537/537-8，为亚的临界中间再热，单轴双缸双排汽冷凝式机组。机组已安全运行17年。汽轮机作为火电厂的关键组成部分，亦是三大主机的构成，在火电厂运转中以及运行中的经济性和环保性均起到了一定作用。但汽轮机真空低现象已经普遍发生的情况，对汽缸、凝结水系统和运行功率均造成了一定程度的干扰，因此在实际工作中，应当对相关因素进行排查，制定针对性措施，保证汽轮机组的正常运行，保障火电厂的稳定。

若要加强蒸汽轮机的真空度，就应先明确建立和形成的过程。在经过启动后设备可以顺利运转，从而创建凝汽器真空，在该阶段中真空泵将会摄取凝汽器内的空气。需明确的是，真空的启动速度是由真空泵的性能、容积或密封性决定的。当汽轮机启动后，因冷却介质的热交换，通过排汽冷却形成水，体积大幅缩小，在蒸汽的位置将会形成过真空。在正常运行情况下，凝汽器排汽压力和排汽温度间具有密切联系。饱和压力由泄露到凝汽器中的空气分压和蒸汽排除的分压组成。蒸汽排出蒸汽的分压是由饱和蒸汽温度决定的，凝汽器排汽温度则是经过温度的变化、终点差以及冷却水的温度来决定的。由此可知，冷凝蒸汽轮机真空度的影响原因包括了凝汽器循环水的入口温度、凝汽器的密封是否良好、凝汽器热交换的区别和凝汽器的工作效能。

1 汽轮机真空低情况的因素

凝汽器真空密封性较差。正常情况下真空系统多数存在密封性较差的情况，主要是由于真空系统的内压力较之外压明显较低，若蒸汽轮机的封闭度无法保证其平衡时，将会存在空气传递至冷凝式蒸汽轮机当中。如空气经过凝汽器壁，与凝汽器的排汽管进行连接低压缸和轴外壳的结合面，高压与中压蒸汽加热系统等进入凝汽器。因空气难以冷凝，当大量空气渗透至凝汽器中时会影响真空度，促使其逐渐降低，空气混合蒸汽一同传递至凝汽器，真空泵不能及时抽出时真空下降。

凝汽器端差过大。在水中的微生物与污泥及碳酸盐共同发生沉淀时，其将附着于凝汽器铜管的侧端，长此以往逐渐形成水垢。又因为水垢的热阻极高，当同量的热量传递过程中热量传递终点差更为明显，提升了凝汽器排汽温度，最终引发真空度降低的情况。

循环冷却水入口温度过高。在操作过程中，若冷却塔的异常操作使水塔温度变化时，真空度也会随之变化。且因空气湿度上升或环境温度增加时，冷却塔内循环水温度开始下降，从而导致凝汽器循环水的入口温度显著上升，最终引发真空情况。同时循环冷却水的缺乏也会对真空度造成影响。循环冷却水量小于设置极限时排汽压力将会上升，随之变化的还有凝汽器排汽温度，大大影响了汽轮机的真空度。若凝汽器双侧的水流分布失衡时也会影响真空度的变化[1]。总体来说，影响凝汽器真空度变化的因素繁多，需结合实际情况进行评估，需深入明确导致真空度降低的原因方可针对性制定对策。

2 火电厂汽轮机低真空运行的危害及因素

对汽缸膨胀的影响。汽轮机组在低真空状态下运动将会提升排汽温度，从而提高了汽缸膨胀量，该情况的发生将会对动静间隙的通流位置造成影响。多数体现在若是静子膨胀与转子的拉伸，温度变化不明显时，间隙改变所引起的摩擦或震动是可以控制的，若排汽温度继续变化，动静间隙发生变形促使结合面螺栓发生松动，会进一步加重机组的振动，严重者将会损害结合面的压密性。凝汽器发生膨胀时将会促使轴承升高，影响机组的轴向中心，轴承方面会承受更大的压力。

对凝结水系统的影响。在低真空下运行会增加排汽温度与凝汽器的膨胀量，同时结合管束和管板接口膨胀量，将会对密封性造成严重程度不一的影响，大大限制了凝汽器的工作效率，增加了汽轮机后轴承及提高振动频率，大大降低机组的整体稳定性。

对功率的影响。低真空状态下运动将会提升背压，是因为对中间各级的级前压力及复速级级后压力提升，此级的焓降受到影响从而降低功率。也会降低机组末级和次末级的焓降，从而发生负值，加快蒸汽流速的降低频率，会出现对转子旋转的阻力，限制了发电机的功率。并且低真空状态下运行蒸汽难以膨胀，降低了内效率的同时降低运行功率。

凝汽器真空压密性缺乏。因为汽轮机运行环境不理想，一般情况下凝汽器的真空系统多数存在压密性缺乏的情况，主要因素是因真空系统内压力和大气压存在明显差异，将会发生外部空气进入内部时发生液化等情况，该现象发生会进一步对真空状态进行影响，在凝汽器的运动过程中少量空气渗透至蒸汽内的凝汽器，从而引发真空降低的情况。

凝汽器的端差较大。因循环水中具有多样微生物、碳酸盐及其他杂质，附着于单侧管壁从而凝成水垢，提高了管道的热阻力，在热量传递的过程中发生传热端差明显的情况，提高了凝汽器的排汽温度，从而大大降低了真空度。

循环冷却水进水温度过高。汽轮机在运行过程中，冷却塔发生障碍时存在排放水温过高的情况，对真空状态造成不利影响。并会改变空气中的湿度和温度，在进入凝汽器中对真空状态进行影响。若循环冷却水的水量降低依旧会影响真空度。通水量失衡也会影响真空度，因此需根据实际要求把控循环水的水量。

收球网收球率较低。在收球区域中，需保证网的上沿和循环水管壁进行贴合，且上沿和下方箱的间隙应当把控好，避免跑球或卡球的情况。同时，水垢发生与否和收球网的工作效率具有密切联系。这就需要利用大收球网和小圆钢焊合并的工作模式来改善工作效率，及时清理小收球网上的异物，保证工作的正常运行[2]。我厂原来的胶球清洗装置收球效率低，每投入1000个胶球，循环几次后只能回收一半回来。于是2018年投入巨资更换为全新的国外进口全自动胶球回收装置，3年多来运行良好。

3 提高真空性的方法以及对策

3.1 提高真空泵的抽吸能力

我厂凝汽器的抽汽系统使用的是两套水环式真空泵。水环式真空泵是带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时把水抛向泵壳并形成与泵壳同心的水环，水环同转子叶片形成了容积周期变化的旋转变容真空泵。其形成的真空受工作水温的限制（真空不会高于工作水温对应的凝汽器真空）。故厂里前几年通过技改增加真空提升装置，其原理是利用除氧器余热制冷冷却真空泵的工作水，使其温度下降10℃以上，真空泵的极限真空上升约1kPa，在夏季运行时取得较好经济效益。冬天因环境温度低该装置一般不投。

3.2 降低冷却水水温

冷却水的温度越低冷却水量从凝汽器中带走的热量越多，可显著加强凝汽器的真空。冷却塔的工作情况决定了冷却水的温度。正常情况下冬天的冷却水温度低于夏天，凝汽器的真空越高。且冷却塔的工作情况大大影响了冷却水的温度变化，因此在对冷却塔设计过程中，应满足凝汽器对冷却水量的要求，若冷却水量高于冷却塔的处理水量，其淋水密度将会上升，降低了风量，经过冷却处理的水温降低高于冷却塔的设计参数，最终降低真空。

同时冷却塔的日常维护十分关键，在运行状态下应明确塔中的布水管是否存在杂物或水垢、喷水头喷水是否正常、填料层中是否有污垢等。因水和空气的换热均在填料中进行，故填料的工作直接影响了冷却的冷却质量，所以重点应检查填料是否存在阻塞情况，避免因阻塞导致的风阻上升，降低了冷却风量，影响冷却质量。单机运行时我厂一般要求开启两台机组的循环水回水门和凉水塔水池联络门，投入停运机组的凉水塔，让其与运行机组并列运行，冷却效果大幅提高，可显著降低冷却水温度。

3.3 增加冷却水量

更改冷却水量能改变吸热量，随着水量的变化真空随之提升，同时也提高了水泵的耗电量，凝汽器真空的提升增加了汽轮机的功率，因此在保证经济的前提下保证真空是重点，所以应先确定经济水量。需注意的是，机组在运行过程中，调大或调小冷却水阀门来调节水量并不是最佳选择，在调低阀门后供水量降低，但循环水泵的功率变化较小。总体来说，提升冷却水量增加凝汽器的真空，需结合冷却塔的处理能力及循环水泵的耗电量。据测算，我厂规定若两台循环水泵运行时，循环水进出口温升大于11℃，必须运行3台循环水泵。

3.4 加强真空系统的密封性

加强真空系统的密封性可从多角度入手，其中选择机组停运的情况下对喉部以下位置的凝汽器和真空系统实施灌水检查，消除管道接口、水位计联通接头等位置的漏气点；在运行过程中，结合负荷的变化情况对汽轮机轴封供汽压力进行调整，确保低压缸轴封的密封性；综合调整轴封加热器的水位，防止无水运行。查机组真空严密性时对轴封加热器后的U型水封应重视，防止其积滞空气造成密封失效。可通过注入除盐水来检验，若注水后真空上升说明U型水封密封不良，需采取措施处理。

有一次，机组除盐水箱水位异常降低，空气沿除盐水箱到凝汽器的补水管进入凝汽器，造成真空较快下降，幸好发现及时迅速关闭补水门阻断空气漏入，没有造成真空低跳机事故。

3.5 确保换热面的整洁

整洁的换热面对凝汽器的真空十分关键，若换热管出现污垢将会影响热能传递，因此需足够重视。在运行过程中按时对凝汽器换热管实施清洗，保证换热管的整洁。因水中杂物过多，可在凝汽器冷却水进口管上应用滤网预防阻塞。循环冷却水的使用应当是选择经过综合处理过的水，确保冷却水的水质过关[3]。并设置清洗周期，前期的水垢清洁难度不高，可若凝汽器铜管上的水垢难以清理，真空已经显著下降且无法正常运行时需实施酸洗。最近我厂对一台机组凝汽器进行了酸洗，对比洗前凝汽器端差减小，真空变化明显。