汽轮发电机真空度低的故障检修思路

施光俊

（云南德胜钢铁有限公司，云南 禄丰 651299）

引言

在汽轮发电机系统正常运行过程中，真空下降就会导致汽轮机排气缸的温度迅速升高，从而引发汽轮发电机的轴承中心偏移，严重还会出现汽轮发电机组振动升高的情况，低压缸变形，同时整个汽轮机的热量消耗就会大大增加。对于这一情况，为了保证发电机的发电量不变，通常当汽轮发电机凝汽系统真空度降低时，都会增加一定的蒸汽流量，这虽然可以有效解决真空度低的问题，但也会导致其轴向推力增加，推力轴承承担过大的负荷，这样不仅影响了汽轮机的使用效率，还对机组运行的安全性造成较大影响。鉴于此，当前非常有必要对汽轮发电机真空度低的故障情况进行全面分析，结合实际问题，针对性地进行检修，这对于保障汽轮发电机凝汽系统正常运行是非常关键的。

1 汽轮发电机凝汽系统真空度低实例分析

2009年某市钢铁生产企业正式投产了4号纯凝式汽轮发电机组，机组使用的汽轮机型号为杭州汽轮机厂所生产的N25-5.88/0.4单缸直联次高温次高压纯冷凝式汽轮机。采用的凝汽器为表面式凝汽器，它的主要作用是建立并维持汽轮机排汽口的高度真空，增大蒸汽的可用热焓降，提高循环热效率，回收排汽的凝结水送回锅炉继续使用。由于在相同的压力下蒸汽比水的体积要大很多倍（例如在0.1 MPa的压力下，蒸汽比水的体积大1 725倍），所以在当汽轮机凝汽器中的蒸汽在冷凝结过程中，放出大量热量（汽化热）凝结成水时，体积急剧降低形成真空，当这一变化趋势越明显，凝汽器的真空度就越高。当确保蒸流流量及蒸汽初参数不发生明显变化时，适当提升凝汽器的真空程度，这样能有效增加汽轮机中可用的热焓，那么汽轮机整体工作效率会得到明显提升。但在2020年4号发电机组运行过程中真空度处于下降状态，由原来-74.9 kPa降至-72 kPa，耗汽量增大发电效率下降。但经仔细检查发电循环水系统、轴封抽气系统、凝结水系统、与凝汽器汽侧相连结的管道和阀门均无异常。综合分析认为，该现象由冷凝器换热效率下降导致。若凝汽器内铜管在使用过程中出现结垢问题，会使得凝汽器的热交换效率下降，引起更大的凝汽器端差，造成排气温度上升。造成真空下降的问题。且污垢堆积问题对真空影响是逐步累积的，与实际问题发生情况高度吻合。

后经工作人员对机组进行停机检测后发现，4号发电机组内部冷凝器因长时间使用而生成了较为顽固的内壁结垢现象，很难通过传统方式进行清洁，这才导致冷凝器换热效果下降，最终引发汽轮发电机凝汽系统真空度下降的问题。同年10月，该企业在公司整体系统检修中对4号发电机组冷凝器铜管进行了更换与检修，将原有1 mm厚度的铜管更换为0.5 mm的不锈钢管，有效解决了汽轮机真空度下降的问题，使其逐步恢复至-75 kPa左右，切实提升了汽轮发电机组的效率。

2 真空度低故障的检修和问题分析

2.1 检修顺序和问题排除

1）检修汽轮机轴封气平衡和抽气系统的运行情况。在检查过程中发现，气封密封汽平衡箱不能正常运行，由此也出现了蒸汽压力不稳定的情况。

2）对冷却循环水系统的运行状态进行检查。通过进一步的检测，冷却水泵的吸入端出现真空情况，循环水量减少且泵位处于水位线以下，所以认为泵入口滤网格栅存在一定的堵塞情况，需进行进一步探查并消除相应的堵塞隐患。

3）检测凝结水泵的工作状态。因凝结水泵密封装填过紧，出现了一定程度的烧蚀轴套的情况，而且密封处和泵吸入口相连接并连接冷凝器，很容易出现空气漏入的问题。

4）检测空气抽气器的工作情况。对喷嘴和扩压管的流道进行及时的疏通，并对一、二级凝结水疏水管道的通畅情况进行及时的检查，查看疏水阀的密封性以及蒸汽阀是否处于开启状态。在检查蒸汽阀的过程中发现，供汽阀箱并未设置疏排水装置，从而使得空气抽气器中的蒸汽含水量过多，抽气喷嘴内的喷孔也出现了不同程度的汽蚀和破损情况。因为在抽气的过程中真空度仍能保持在-0.089 MPa，所以，暂不考虑拆换喷嘴。

2.2 存在问题

1）通过检查和分析发现，当汽轮发电机组正常运行、抽气器开始抽真空时，冷凝器喉部温度从室温不断升高，此时，通过对冷凝水输入、输出水位以及对冷却水泵进排水量进行调整，均不能降低冷凝器喉部温度，所以认为，冷凝器喉部温度高是导致汽轮发电机真空度下降的主要原因。

2）从上述分析中得知，在以往机组运行中，空气抽气器工作时并未设置相应的疏水装置，在这种情况下，抽气器进行抽气工作时就会导致蒸汽的含水量过高，再加上蒸汽在较高压力的作用下，产生的水雾就会对抽气器喷嘴和连接座体造成一定的冲击汽蚀，磨损导流喷射锥，导致抽气能力大大降低。不仅如此，蒸汽在含水量较高的情况下，在进行抽气操作时，疏排水管路也就经常会出现疏排不顺的问题，对抽气器的工作效果造成较大影响。就当前汽蚀情况下的抽气效果而言，虽然抽气器也能达到预期的效果，但喷嘴能力并不理想，在汽轮机不做功情况下的真空度只到-0.089 MPa，可见，汽轮发电机真空度低、功率无法有效提升的很大一部分原因就是疏水装置欠缺导致的。

3）当冷凝器温度升高至68℃前，冷凝器进阀和出阀两侧连接管外的温度出现异常情况，抽气器一侧先热，然后通过抽气阀传递至进气阀，从温度的疏导方向上来看，这肯定是不正常的。在机组正常运行时，即便抽气管气体会从冷凝器进阀处流出，之后被空气抽气器吸出，但也会随着较低温度空气从冷凝器的抽出而使抽气阀出口温度逐渐降低，但现在温度却仍然较高，从这就可以看出，在冷凝器后部温度不断升高的情况下，空气抽气器并不能及时抽出空气，这就是导致冷凝器喉部温度较高、真空度低的原因之一。

3 汽轮发电机凝汽系统真空度低故障的排除和验证

3.1 冷凝器冷却能力故障的排除

当确认凝汽系统喉部温度高的问题后，对凝结水和冷却水的进排管路展开了有效的调整，但并未解决喉部温度较高的问题，这就可以确定冷凝器冷却能力并不是导致真空度低的原因。

3.2 新蒸汽阀箱疏水管阀故障的排除

在之前运行中，汽轮发电机空气抽气器蒸汽阀箱并未设置疏水管阀，此时增加疏水管阀，并且另设管道，确保在没有凝水收集舱情况下仍然能够连接到主机舱凝水舱进行回收工作。在经过一系列的改造后，空气抽气器的工作蒸汽质量得到了较大的改进，抽气效率也有明显提升，但冷凝器喉部温度高的问题并未得到有效解决，基本确定，空气抽气器蒸汽阀箱未设置疏水管阀也不是导致真空度低的关键原因[2]。

3.3 空气抽气器喷嘴螺纹穿孔、蒸汽倒灌故障的证实

在排除以上故障问题后，就需要重点对空气抽气器的故障进行检测，拆下抽气器喷嘴和座体并对其进行进一步分解后发现，喷嘴和座体连接的部分出现不同程度的汽蚀穿透情况，穿孔后形成一个导汽通道，此时，应该进入喷嘴的蒸汽有很大一部分高温蒸汽进入导汽通道中，导致空气抽气器不能正常进行抽气操作，汽蚀穿透故障如图1所示，而且，这些蒸汽还汇聚成了一个高压蒸汽区，不仅对冷凝器进行空气抽吸操作造成较大影响，冷凝器的真空压力也受到较大阻碍，泄漏蒸汽的压力影响冷凝器喉部流动，在这种情况下，汽轮发电机组运行过程中，冷凝器喉部的温度就会持续升高，空气抽气器受到严重影响，冷凝器此时的冷凝效果也得不到有效保障，凝水效果不理想，并且也出现了冷凝器水位调节失效的问题[3]。当反冲蒸汽进入冷凝器并不断升高喉部温度后，冷凝器真空度的保持能力就会变差，此时就需要及时更换喷嘴和连接的座体，空气抽气器重新工作。可以明确，在汽轮发电机运行过程中，正是因为空气抽气器的喷嘴和座体出现汽蚀穿透的情况，使得高温蒸汽不能正常流出，从而导致冷凝器的真空度低。

4 结语

汽轮机真空系统是火电厂的一个重要系统。真空系统运行情况的好坏直接影响到机组的经济性和安全性。在汽轮发电机组正常运行过程中，真空度低故障的造成原因是多样的，冷凝器冷却能力差、疏水管阀装置不通畅、空气抽气器喷嘴穿孔等故障的出现都会在不同程度上降低凝汽系统的真空度，如果能及时发现，尽快处理，就不会影响机组的安全经济运行，更不会造成故障停机。因此，在机组正常运行过程中，要想有效解决和避免此类问题，相关技术人员必须要做好故障检修和排除工作，定期检查汽轮发电机各部件的运行情况，严格按照操作规范启动汽轮发电机，对凝气系统进行全面的检查，只有这样，才有可能控制汽轮发电机真空度低的问题，为机组的安全、稳定运行提供有力支撑。