外部環(huán)境對凝汽器的影響分析及對策

摘 要：凝汽器能夠保證長期穩(wěn)定地正常運(yùn)行，除了正確的熱力計(jì)算外，還需要了解凝汽器實(shí)際運(yùn)行時所處的環(huán)境，外部環(huán)境的種種參數(shù)的變化會直接影響凝汽器的運(yùn)行。本文從外部環(huán)境的溫度、腐蝕、地震等幾個方面來分析對凝汽器的影響，對凝汽器的設(shè)計(jì)及運(yùn)行工作具有重要指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：凝汽器；溫度；腐蝕；地震

在現(xiàn)代大型電站凝汽式汽輪機(jī)組的熱力循環(huán)中，凝汽器設(shè)備起著冷源的作用，其主要任務(wù)是將汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成水并在汽輪機(jī)排汽口處建立與維持一定的真空度[1]。凝汽器的運(yùn)行狀況對汽輪機(jī)裝置的效率、功耗等有重大影響，在凝汽器設(shè)計(jì)時，我們在保證熱力計(jì)算結(jié)果正確性的基礎(chǔ)上，同時還需掌握季節(jié)更替、空氣濕度等外部環(huán)境因素變化對凝汽器設(shè)備產(chǎn)生的影響，因此準(zhǔn)確掌握凝汽器設(shè)備的外部環(huán)境參數(shù)對于凝汽器的設(shè)計(jì)乃至與整個凝汽式汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行都有重要作用。

1.環(huán)境溫度的影響

凝汽器的換熱過程是通過循環(huán)水泵提供的循環(huán)冷卻水將汽輪機(jī)排氣口排出的乏汽冷凝成水，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化導(dǎo)致循環(huán)冷卻水溫度產(chǎn)生變化時，凝汽器的背壓就會發(fā)生變化，進(jìn)而對凝汽器的換熱面積產(chǎn)生影響。

在凝汽器內(nèi)，蒸汽是在汽側(cè)壓力對應(yīng)的飽和溫度下凝結(jié)[2]。當(dāng)凝汽器中蒸汽和冷卻水的流動近似于逆流情況時，其溫度沿冷卻表面的分布如圖1所示。蒸汽凝結(jié)的溫度ts應(yīng)由下式確定

ts= tw1+Δt +δt= tw1+（ tw2- tw1）+δt （1）

式中：tw1， tw2為冷卻水進(jìn)，出口溫度；Δt為冷卻水溫升；δt為傳熱端差。從式（1）中可知，凝汽器運(yùn)行時，通過tw1，Δt和δt可計(jì)算得到飽和蒸汽溫度ts，從而求得排汽壓力Ps，進(jìn)而確定凝汽器的換熱面積。在假定冷卻水溫升Δt和傳熱端差δt不變的情況下，若循環(huán)水進(jìn)水溫度tw1發(fā)生變化必然會引起排汽壓力Ps和凝汽器的換熱面積的變化，從而對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。所以環(huán)境溫度決定凝汽器的設(shè)計(jì)必須考慮到循環(huán)水進(jìn)水溫度變化對背壓和換熱面積的影響以及對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。

2.腐蝕的影響

在一些沿海城市，淡水資源匱乏，必須采用海水作為冷卻水，由于海水具有強(qiáng)腐蝕性，這就決定凝汽器的設(shè)計(jì)必須考慮到海水腐蝕性的影響。

海水是含有多種鹽類的水溶液，其中含有約3%的氯化鈉，使其對鐵的腐蝕速度大大增大。凝汽器中的水室與換熱管中是充滿冷卻水的，當(dāng)冷卻水采用海水時，作為重要承裝容器的水室必須能夠承受來自海水的腐蝕。通常做法是將水室與海水隔離，即襯里技術(shù)。采用內(nèi)襯涂層、內(nèi)襯塑料、內(nèi)襯橡膠等來達(dá)到隔離效果，降低海水腐蝕水室的可能性。同時采用陰極保護(hù)的電化學(xué)保護(hù)措施，通過犧牲陽極來減緩海水對水室的腐蝕速率。進(jìn)而提高設(shè)備的壽命。對于換熱核心部件的冷卻管來說，更加必須考慮海水的腐蝕。一旦換熱管被腐蝕穿孔，意味著海水泄漏進(jìn)入凝汽器以及后續(xù)的回?zé)嵯到y(tǒng)，對于整個機(jī)組都有很大傷害。以往我們采用不銹鋼管作為換熱管，但還是不能完全避免腐蝕穿孔的可能，經(jīng)過長時間的摸索，現(xiàn)在鈦管在我國的濱海電站的凝汽器中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用[3]，而事實(shí)證明鈦管對于海水的抗腐蝕性非常高，并且換熱效果也較不銹鋼有較大提高。

3.地震的影響

由于方方面面的因素制約，有些電廠的選址處于地震帶上，雖然地震發(fā)生的概率很小，但是不容我們忽視。

地震所引起的地面振動是一種復(fù)雜的運(yùn)動，總的來講，它是由縱波和橫波共同作用的結(jié)果[4]?？v波使地面上下顛動。橫波使地面水平晃動。由于縱波傳播速度較快，衰減也較快，橫波傳播速度較慢，衰減也較慢。

當(dāng)縱波作用于凝汽器上時，凝汽器有上下波動的趨勢。發(fā)生向上趨勢時，由于上面與低壓缸喉部采用膨脹節(jié)連接，膨脹節(jié)會吸收一部分位移，并且凝汽器殼體板允許發(fā)生一定的彎曲；發(fā)生向下趨勢時，幾乎全部力量都作用在凝汽器下面的凝汽器底板和底部支座上，這就決定了底板的選材和厚度以及底部支座的布置要求。此外，凝汽器管束兩端采用管板固定，中間采用多個隔板，增加隔板密度可一定程度上降低管子震動，以此來降低地震導(dǎo)致管子震動破裂的可能。

當(dāng)橫波作用于凝汽器上時，凝汽器有前后波動的趨勢。主要受力在于凝汽器的水室進(jìn)出水口處的外部管道對于凝汽器的拖拽力，凝汽器水室設(shè)計(jì)時要對進(jìn)出水口的開孔補(bǔ)強(qiáng)做細(xì)致計(jì)算。為了盡量保證凝汽器不發(fā)生橫向位移，凝汽器底板支座一定要牢牢固定，這就決定在設(shè)計(jì)地腳肋和死點(diǎn)座時要考慮地震等級的因素，盡量做到地腳肋和死點(diǎn)座不斷裂，不發(fā)生橫向位移。

4.總結(jié)

4.1環(huán)境溫度的變化可導(dǎo)致凝汽器背壓發(fā)生變化，進(jìn)而對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。

4.2腐蝕的可導(dǎo)致凝汽器換熱管和外殼腐蝕。

4.3地震可導(dǎo)致凝汽器泄漏甚至解體。

本文從三個方面分析了外部環(huán)境對于凝汽器的影響，并提出了相應(yīng)的對策，這對于凝汽器的設(shè)計(jì)具有一定的意義。其實(shí)還有其他的外部環(huán)境因素也影響凝汽器的壽命，有待于進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]張卓澄.大型電站凝汽器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992：1

[2]康松，楊建明，胥建群.汽輪機(jī)原理[M].北京：中國電力出版社，2000：115

[3]呂旺燕，蘇偉，劉世念，魏增福.凝汽器的腐蝕與防護(hù)研究進(jìn)展[J].全面腐蝕控制，2014（2）：27

[4]孫家振，李蘭斌.地震地質(zhì)綜合解釋教程[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2002：1.

作者簡介：耿建華（1987-），男，工程師，主要從事汽輪機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)工作。