凝結水過冷度的產生原因及運行控制

沈珊

摘要：汽輪機做完功的蒸汽在凝汽器中冷卻形成凝結水是發電廠工質循環利用的一個關鍵環節，因此凝汽器的工作性能直接影響整個凝汽式汽輪機組的經濟性和安全性。文章結合某核電機組分析了凝結水過冷度產生的各種原因，預想其會產生的影響，并從凝汽器運行維護的角度，提出減小凝結水過冷度的措施，以此來提高機組的經濟性和安全性。

關鍵詞：凝汽器；過冷度；經濟性；安全性

一、前言

凝汽器將汽輪機低壓缸內膨脹作過功的蒸汽排至冷凝成水，乏汽凝結過程中放出汽化潛熱并被循環冷卻水帶走。最理想的運行工況是凝結水溫度等于排汽壓力下的飽和溫度。但是，由于設備本身的質量或運行維護不當，經常使凝結水溫度低于排汽壓力下的飽和溫度，造成凝結水過度冷卻，凝結水的過冷度越大，說明被冷卻水額外帶走的熱量越多，而這部分熱損失需要反應堆額外提供熱量來彌補，從而凝結水過冷現象產生了不可逆損失，導致系統熱經濟性的降低，而且過冷度越大，凝結水中的含氧量也越多，從而加速了相關管道、設備的腐蝕速度。因此需從各個方面對凝結水過冷度加以重視并采取措施使其最小，以提高機組運行的經濟性和安全性。

二、凝汽器功能及工作原理

某核電凝汽器由俄羅斯列寧格勒金屬工廠設計制造，單臺機組共4臺凝汽器，雙流冷卻水單流程，分別布置在高壓缸兩側，每組凝汽器分高壓、低壓凝汽器，每臺凝汽器由殼體、管束、水室等組成，管板為鈦復合板，用碳鋼做犧牲陽極，凝汽器冷卻管采用鈦管，脹焊在管板上，每臺凝汽器內布置一臺內置式低壓加熱器（1低加）。凝汽器安裝在彈簧支架上，可以吸收氣缸及設備的熱膨脹，與低壓缸為剛性連接。

（一）凝汽器功能

凝汽器是動力循環的冷源，在汽輪機低壓缸內膨脹作過功的蒸汽排至凝汽器中冷凝成水，乏汽凝結過程中放出汽化潛熱并被循環冷卻水帶走。核電凝汽器具體功能有：

（1）與抽汽系統一起為汽輪機建立和維持真空：

（2）把在低壓缸內做完功的蒸汽冷凝成水；

（3）接收各疏水箱來的疏水和不凝結氣體，回收和貯存潔凈的凝結水，對凝結水進行初步除氧，以減少對設備的氧化腐蝕，為動力循環提供給水。

（二）凝汽器工作原理

乏汽從低壓缸排入凝汽器，通過四臺海水循環泵向凝汽器蛇形管唧送的冷卻水來不斷得以冷卻。乏汽在凝汽器底部冷凝成水，由于水的比容比蒸汽的比容小許多倍，隨著蒸汽冷凝，凝汽器中形成高度真空。然而，客觀情況是，外界空氣總要漏入低于大氣壓的地方，使蒸汽中總是含有空氣和其它不凝結氣體，如果不將這些氣體不斷地從凝汽器中排除掉，盡管對應于飽和溫度的壓力可以比大氣壓力低得多，但是由于凝汽器內總的壓力等于混合物各個分壓力之和，隨著不凝結氣體的累，其不凝結氣體的分壓力會不斷升高，經過一段時間之后，容器的壓力會上升到被冷凝蒸汽壓力，蒸汽將不再流動，冷凝過程就停止了。因此，因此要保持凝汽器的真空度使冷凝器正常工作，除了要不斷地冷卻進入的蒸汽，并抽出凝結的水外，還必須不斷地從冷凝器中除去不凝結氣體。

三、凝結水過冷度定義

過冷度定義：

凝結水過冷度表征了凝汽器熱井中凝結水的過度冷卻程度，可定義為在凝汽器殼體中的絕對靜壓力下，離開熱井時的凝結水溫度與凝汽器中蒸汽的飽和溫度之差。凝汽器對凝結水應具有良好的回熱作用，以使凝結水出口溫度盡可能不低于凝汽器壓力所對應的飽和溫度，以減小汽輪機回熱抽汽，降低熱耗。

四、凝結水過度冷卻對機組的影響

（一）設備可靠性降低

凝結水過冷度的存在會威脅機組運行的安全性和可靠性。凝結水溫度過低，即凝結水水面上的蒸汽分壓力的降低和不凝結氣體分壓力的增高，使得溶解于水中的氣體含量增加。因為溶于凝結水的氣體量和熱井水面上氣體的分壓力成正比，因此若凝結水出現過冷度，則其含氧量將會增加，這將導致凝汽器內換熱管、低加及相關管道閥門腐蝕加劇，以致降低設備的使用壽命，不利于機組的安全運行，同時也加重了除氧器的工作負擔，使除氧器的除氧效果變差。

（二）機組熱經濟性下降

凝結水過冷使凝結水溫度降低，根據傳熱學原理，必然導致循環水帶走過多的熱量，同時要在低壓高壓加熱器、除氧器加熱時吸收更多的熱量，多消耗抽汽量。

五、結論

凝汽器凝結水過冷度的大小與凝汽器設計、安裝、運行等因素均有關。對于凝汽器內凝結水過冷度的問題，文中從不同方面分析了凝結水過冷度產生的原因，詳細闡述了其對機組運行經濟性和安全性的影響，并提出了減少凝結水過冷度的對策。在凝汽設備的運行監測過程中，凝結水過冷度是一個不容忽視的性能指標，因此應在檢修以及運行維護等各個環節采取措施控制和消除凝結水過冷現象，以提高機組運行的經濟性和安全性，進一步提高機組的效率。endprint