关于汽轮机组真空相关问题的探讨

中电建湖北电力建设有限公司 姜炼军

凝汽器真空对于汽轮机运行经济性和安全性均产生重大的影响，因此凝汽器真空状态的监测受到了设计和运行的普遍重视。尤其是随着汽轮机单机功率增大，汽轮机排汽口数量以及凝汽器的体积都增大，真空系统严密性更难保证。

1 真空系统存在的问题及其危害

印尼廖内省2×110MW电厂项目是由东方汽轮机厂生产的高压、单轴、双缸双排汽、湿冷、凝汽式汽轮发电机组。机组设计在额定满负荷（TRL）运行工况下，循环水的进水温度要求38℃，真空为-88.525kPa；在其他工况下运行，冷却水温度设计为29℃，真空为-93.125kPa。且机组的真空严密性试验下降速率一直达不到规定值（0.400kPa/min）。

汽轮机真空严密性差的危害主要表现在三方面：一是真空严密性差时，漏入真空系统的空气较多，真空泵不能够将漏入的空气及时抽走，机组的排汽压力和排汽温度就会上升，这无疑要降低汽轮机组的效率、增加供电煤耗，并可能威胁汽轮机的安全运行。另一方面由于空气的存在，蒸汽与冷却水的换热系数降低，导致排汽与冷却水出水温差增大；二是当漏入真空系统的空气虽能被及时抽出，但需增加真空泵的负荷，浪费厂用电及工业用水；三是由于漏入了空气导致凝汽器过冷度过大，系统热经济性降低，凝结水溶氧增加，可造成低压设备氧腐蚀[1-2]。

2 真空严密性差及真空低的原因探讨及其对策

印尼廖内省2×110MW电厂项目机组真空的严密性试验和运行时真空结果不理想，已达到非解决不可的地步。

2.1 施工安装中容易出现问题及处理对策

问题：凝汽器喉部连接处焊接质量不合格，出现砂眼、裂纹等；凝汽器壳体板块拼接处焊缝及板块本身出现砂眼等；抽真空系统真空泵（双联）吸入口及排汽口止回阀不严密；跟真空系统外接相关的阀门、压力表计不严密、内漏；跟真空系统外接相关的管道法兰不严密、管道有砂眼、焊缝漏焊；真空管路系统阀门及法兰、压力表接头处泄露；低压（末级）抽汽管路阀门盘根、法兰、压力表计接头泄露；凝汽器汽侧人孔门密封不严。

处理对策：灌水查漏。针对汽轮机轴封洼窝以下的部分，主要采取汽侧灌水查漏的方式检查，灌水检查时，将与低压缸汽侧相关的所有设备及管道关联起来一并灌水同时做好相应的临时安全措施（如临时支撑、吊点等），扩大检查范围。通过灌水直观检查，缺陷主要表现为焊缝砂眼、法兰泄露、阀门盘根泄露、压力表管路焊缝漏焊、仪表管路有裂纹、压力表计接口不严、疏水至无压放水管道的疏水阀门未关闭等。

问题：凝汽器内部真空管道没有正确引入分隔区域；真空管路系统清洁度不满足要求，滤网处堵塞；真空泵冷却水装置堵塞，造成冷却水温度高，导致真空泵出力不足；低压缸喷水管路不畅通，引起排汽温度高。

处理对策：对出力不够的设备进行解体检查。在廖内省真空泵运行过程中，发现两台真空泵在相同的工况下出力不一致，且密封水温度比较高：真空泵的密封水由凝结水补充水泵提供，凝结会补充水箱水温一直较高，具体见后文详细说明。经过技改后真空泵密封水进水温度保持在正常范围；真空泵B入口滤网堵塞，同时将真空泵入口止回阀解体检查，发现止回阀密封面接触不严，有异物卡涩；低压缸喷头在运行一段时间后，检查发现喷头有部分堵塞。将喷头拆下全面清理；凝汽器内部真空管路检查，安装正确。

问题：低压轴封间隙值（汽封间隙、周向膨胀间隙）超标，密封不严；低压缸水平、垂直中分面不严；低压外缸本体上热工仪表接口未封闭或封闭不严；低压缸大气排汽阀不严。

处理对策：针对汽轮机轴封洼窝以上部分的真空查漏，一般常见的采取在线氦气检测（氦质谱仪）、充压缩空气检测等手段。廖内省项目在凝汽器灌水查漏的同时，汽轮机洼窝以上部分采取充入仪用压缩空气方式检测（轴封处采取临时措施封堵严密、大气排汽阀处用临时顶针封闭）。用涂刷肥皂水方式对低压缸本体上的所有仪表接口、法兰接缝处、堵塞、大气排放阀等进行全面检查。通过排查发现以下问题：

检查出汽轮机汽缸水平中分面拐角处有局部位置漏气，同时由于充入凝汽器汽侧的水温达到50℃以上，经过昼夜温差影响汽缸水平中分面共计发现5处渗水。确认汽轮机汽缸水平中分面泄漏。此缺陷较大，待以后机组大修时检修处理；低压缸缸体上温度表接座有一个轻微泄露，热工人员重新安装，消除缺陷；低压缸大气排放阀法兰检查，未发现问题；轴封膨胀间隙在安装时发现缺陷，设计要求单圈总间隙为0.2～0.3mm而实际间隙全部超标：前汽封最大1#机组2.04mm（2#机组1.85mm），后汽封最大1.18mm（2#机组2.50mm），间隙超标过大。此次灌水充气检查因临时封堵不能直观发现问题。在机组运行过程中，通过提高轴封供汽压力，真空度略有改善但不显著。此缺陷等机组大修时进行消除。

2.2 在设计方面的影响因素

电动给水泵轴封水回水影响：电动给水泵轴封水进水由凝结水泵提供，回水回至凝结水补水箱，在机组长期运行过程中，凝结水补水箱水温逐步升高（相当于一个循环加热，水温长期保持在50℃以上）、电导率也持续上升。凝补水箱凝结水通过凝结水补充水泵输送至各个系统的密封冷却水、补充水均受到温度影响，从而影响各个设备的工况。特别是进入凝汽器时，对凝汽器内部温度干扰明显，间接影响凝汽器真空。后经过设计修改，将电泵密封水直接修改至凝结水再循环管路上，凝结水补充水箱水温恢复正常范围。此段密封水建议修改至疏水扩容器或直接回至凝汽器热井。

轴封加热器水封密封不严：原汽轮轮机厂家提供的水封与设计院设计的水封形式、安装位置均不一致。设计院设计的安装位置在零米层，在机组运行期间，水封内部无密封水，不能起到水封作用，对真空的影响较大。后经过修改水封装置（增加了水封管道高度）及修改安装位置（降低水封装置安装标高，将水封装置安装至-4米），水封能正常运行。

循环冷却水冷却塔内部结构设计图纸错误（12.7米层两侧的最佳通风处设计为楼板，实际应该为孔洞），整塔淋水冷却面积减少了178m2，导致循环冷却水冷却效率降低，达不到冷却效果。此部分涉及土建结构部分，只有等大修期间进行改造。

2.3 在运行期间的影响

2.3.1 循环冷却水在凝汽器内的温升及凝汽器端差对真空的影响

凝汽器真空的设计理论值是通过循环冷却水在凝汽器中温升的设计理论值和凝汽器端差的设计理论值体现出来的。在某一确定的汽轮机排汽量条件下，循环冷却水在凝汽器内的温升主要取决于循环冷却水流量，即循环冷却水流量设计理论值所对应的循环冷却水温升即为温升的设计理论值。当循环冷却水在凝汽器内的温升大于温升理论值时，说明凝汽器内的循环冷却水流量小于循环冷却水流量的设计理论值[3]。

由此可见，循环冷却水流量减小，可能是循环水泵性能降低或循环冷却水管路系统阻力增大引起的。循环水泵性能降低的原因可能是其效率降低，造成循环冷却水管路系统阻力增大的原因可能是凝汽器水侧结垢或脏污。单纯由于循环水泵性能降低或凝汽器水侧结垢造成的循环冷却水流量减小，一般对于凝汽器端差不会产生较大的影响。因此，凝汽器端差大于其理论值，主要是由于凝汽器总体传热系数小于其理论值所致。凝汽器总体传热系数小于其理论值，主要是由于凝汽器水侧结垢或汽侧积聚空气引起的。当凝汽器水侧结垢或汽侧积聚空气时，均会引起凝汽器端差的增大。因此，端差的大小反映了凝汽器水侧脏污程度和汽侧空气量的多少。

在运行期间，对循环水泵的出口流量用超声波进行在线监测，确认循环水流量符合循环水泵额定工况；廖内省在停机期间对凝汽器水侧主要进行以下检查：对循环水管路内部、凝汽器水室进行全面的检查，发现循环水管路内壁有局部焊缝裂开（基础沉降引起焊缝撕裂），导致管道内部产生大量淤泥及杂物。凝汽器水室内部有大量塑料袋、塑料薄膜附着在凝汽器钛管进水端。凝汽器钛管内壁附着厚厚一层淤泥及水垢；对凝汽器汽侧内部进行检查，发现汽侧钛管外表面上有厚厚一层浮锈。

为提高机组的真空，对以上问题采取如下对策：将循环水管路焊缝进行修复加强；将循环水冷却塔水池、循环水泵房前池、循环水管内部进行一次全面的清理；将凝汽器水室内部异物全部清理干净，同时对所有的钛管进行全面的清洁处理；对冷却塔内、循环水管路内的循环水进行大量置换；在以后的运行期间，定期投入胶球清洗装置；对汽侧钛管的浮锈进行全面清理；提高主蒸汽品质。

2.3.2 凝汽器热负荷的影响

减小凝汽器的热负荷可以提高真空。热负荷中除汽轮机排汽和加热器的正常疏水外，还有高温高压蒸汽的疏水泄漏进入凝汽器。具体有缸体、主蒸汽管道疏水；高、低压加热器危急疏水和辅调疏水；轴封及辅汽调节站的疏水。以上系统由于阀门不严或疏水节流孔板不合理易造成高温高压蒸汽泄漏。

为提高机组的真空，对以上疏水泄漏可采取如下对策：对疏水系统进行改造，使高温高压蒸汽的疏水合并减少泄漏概率。对缸体、主蒸汽等高温高压管道的疏水电动门前加装高一等级的手动门做为电动门的备用；利用红外线测温仪定期测量阀门前后管壁温度，确认存在内漏的阀门并进行检修处理。对高压加热器危急疏水和低压加热器辅调疏水阀门前、后电动门行程进行精确调整；定期对运行机组的疏水阀门内漏进行检查建立档案，对泄漏阀门限期检修。

2.3.3 凝汽器循环冷却水温度、水质的影响

除了冷却塔设计问题导致循环冷却水冷却效率降低，现场又进一步对冷水塔进行检查发现冷却塔配水管部分结垢比较严重，管路也因结垢而造成部分脆化断裂，喷嘴堵塞较多，造成喷水不畅、水量减少，淋水盘大部分断裂、老化，形成淋水不均匀，大部分形成盲区，造成冷却塔散热效果降低。针对循环水水温高现场采取了以下方式：调整冷却塔循环风机的风叶角度，将由原来的12°调整到14°；冷却塔内部喷淋管路全面清理、喷头更换；将淋水盘全部更换，消除盲区。

3 结语

通过以上措对策的实施，廖内省两台机组的真空有所改善，真空度整体上提高，严密性试验下降率有所改善，但是仍然不符合要求（表1）。

表1

综上，廖内省机组真空低是一个综合性问题，影响因素较多，要彻底解决必须对影响因素逐一消除并长期做好处理效果的保持。通过以上分析可以看出，影响真空严密性试验的主要问题为汽封轴向间隙过大、汽轮机低压缸水平中分面间隙泄漏；而影响真空度低下的主要原因是循环冷却水的温度及水质，而循环冷却水的温度高主要是因冷却塔内部结构、内部设备老化堵塞问题引起。以上几个主要问题，只有等待机组大修后，才能从根本上解决问题。