電廠汽輪機真空降低的原因分析及處理

李 洋

（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古托克托 010206）

0 引言

真空泵主要用于蒸汽輪機中的真空系統，在設備運行期間建立一定的真空度，并在設備運行期間維持真空狀態。如果真空泵的性能低下，將直接影響凝汽器真空。因此，真空泵工作的安全和經濟運行非常重要。

1 水環真空泵工作原理

水環式真空泵葉輪安裝在泵筒內。向恒定高度的水泵內注入水作為工作液，隨著葉輪旋轉，水會受到離心力的作用，當水進入泵壁時形成一個閉合的偏心環。水環上內表面與葉輪接觸，下內表面與葉片的尖端接觸。此時，在葉輪與水環之間形成了一個空間，該空間被驅動器分成了幾個對應于葉片數量的小孔。以葉輪的頂部0°為起點，則當葉輪旋轉180°時，小孔的體積逐漸縮小，最后與端蓋上吸氣口連通，空間中的氣壓降低，氣體被吸入，小孔與吸氣口分離。當葉輪從180°旋轉到360°時，水環的內表面與葉輪分離，空間中的氣壓也隨之變化。如果其壓力超過吸入壓力，則當小孔與出口連通時，氣體被釋放。每次葉輪旋轉一周時，空間（小孔）都會吸氣排氣一次，各小孔連續工作。以這種方式，泵連續地吸收或迫使氣體離開渦輪真空系統。這樣，真空系統在機組啟動時建立真空或在運行中維持真空。

2 真空泵系統工作流程

圖1 真空泵系統工作流程

真空泵系統的正常運行如圖1 所示。將冷凝器的空氣和非冷凝氣體抽出后，由閥門抽出進入真空泵，然后氣流和工作液體（水）蒸汽通過導管流入水箱中，空氣和非冷凝氣體通過汽水分離器中的排氣管，使汽水分離器保持在水中并在冷卻器中排空冷卻，以完成循環。為了將汽水分離器中的水位保持在恒定高度，水箱配備了溢流管冷凝水。如果水箱中的水位高于要求的水位，則會從溢流管中排出水；如果水箱中的水位低于所需水位，則液位控制閥自動打開，冷凝水與工作液一起流入水箱中，使水位上升，達到要求水位時，液位控制閥自動關閉。冷卻器冷卻水進出口管線連接到反沖洗水出入口閥，該反沖洗水出入口閥用于在相應的工作位置進行反沖洗工作。

3 水環式真空泵真空度降低的因素及采取措施

3.1 工作循環水水面高度

需要在工作循環液面設置一定液面高度，如果液位太高，汽水分離會變得困難，排氣會變得不暢通。當真空泵的真空度降低且真空泵電機負荷過高，甚至會發生自燃。為了避免液位過高，在真空泵到泵出口處設置有溢流管。汽輪機系統中使用的真空泵在正常運行期間吸入氣體和蒸汽的混合物，水蒸汽被泵中的冷凝液吸收，當循環工作泵的流量增加時，水蒸汽超過溢流并從溢流管排出。在正常工作期間監視真空環的流量，通過溢流管檢查排水情況，確認多余的水已從排水管中排出。此時，真空泵的流量增加，表明工作期間真空泵的液位很高。通過操作蒸汽分離點入口管的出水管或通過電磁閥的控制，可以適當地排出水。需要調節汽水分離的程度時，可以打開和關閉液位控制閥前面的手動門。汽輪機的真空系統真空泵運行時，工作液是在排水運行方式。尤其在冬季，真空泵會吸引混合物中不包含的許多氣體，排氣中會攜帶更多的水，并且使排氣管變干，從而使真空泵處于真空狀態。此時，通過放水來調節工作液的液位。

3.2 工作循環水溫度

真空泵工作時，吸入區處于真空狀態。如果水循環溫度超過與抽水泵的抽水區相對應的溫度，抽水區中的水將蒸發，抽水機的真空度將下降并造成損壞。因此，循環水溫度越低、泵容量越大，真空度越高。循環水的溫度是監測真空環水泵正常運行的重要參數，影響工作水溫的因素有以下6 項。

（1）運行中的冷卻水的溫度。在夏季，環境溫度的長期升高會降低冷卻液的冷卻能力，進而增加水溫度。

（2）工作循環冷卻液中包含的冷水量。如果真空泵運行中的冷水量減少，則冷卻水的冷卻效率降低，循環水溫度升高。真空泵的冷卻器通常由汽輪發電機中的開式循環水驅動，運行中監視由冷卻液引起的冷卻水壓力變化，并確認冷卻液量減少。

（3）清潔冷卻系統。電廠中的冷卻泵是冷板式冷卻泵，冷卻水由開式水供應。由于開式水質的影響，冷卻器容易臟污，冷卻效率降低，工作溫度升高。通常，冷卻器每年在電廠中清洗2 次，清洗后的水溫可降低至5～15 ℃，從而提高了真空泵的效率。在運行期間監視循環水的溫度，并將其與環境溫度進行比較，以確定冷卻器是否需要清潔。

（4）水環真空泵的補水溫度。電廠的真空泵的補水來自汽輪機凝結水。在夏季，凝結水的溫度達到50 ℃，補充水后，真空泵中循環水的溫度會升高。在夏季，真空泵工作狀態下循環水溫度升高。

（5）汽輪機排汽溫度過高。在夏季，由于環境溫度高，汽輪機的背壓約為40 kPa 時，汽輪機的排汽溫度為75 ℃，造成水環真空泵吸入的混合物溫度升高。當工作液的溫度升高時，汽輪機的排汽溫度越高，水環真空泵的循環水溫度越高；環境水溫越高，泵的真空度越低，汽輪機壓力越高，汽輪機排汽溫度更高，形成周期性循環。真空泵的工作溫度甚至可以達到55 ℃，這是安全的工作溫度。此時，操作員將汽輪機降低壓力以降低排汽溫度，或降低汽輪機的負荷以降低汽輪機的排汽溫度，或暫時啟用備用真空泵、停止正在運行的泵，然后等到水溫下降。

（6）循環水位低。循環水的液位低，真空泵的真空質量下降，水循環溫度高。

3.3 水環真空泵組機械故障

（1）軸端密封效果。在真空泵內部通過軸端盤根達到密封效果，以確保真空泵的抽吸效率，從而實現密封效果。如果軸端的墊片數量少或填料壓力不足，則會在軸端發生漏氣，從而影響真空泵的吸力并降低功率。從盤根壓蘭外露余量可以看出盤根數量是否足夠。檢查真空泵兩側的壓力螺栓，強度是否足夠且相同，可以確定是否因軸端密封效果的影響導致功率下降。

（2）閥門的密封效果。真空泵的兩側各有1 個柔性排氣孔的閥盤，其作用是消除真空泵運行期間可能發生的過度壓縮或壓縮不足，從而避免泵的消耗增加和效率下降。閥盤以“S”形扭曲，與真空泵端面緊貼，如果扭曲時間較長，由于中間應力集中，閥中央的閥片會損壞。如果1 個閥盤損壞，該進氣管的溫度將低于另一根進氣管的溫度，泵體的振動將增加，軸強度也將增加。如果閥片的兩側都損壞，則真空系統真空度將迅速減小，增加振動和噪音，增加功耗。因此，閥片斷裂后必須及時更換閥盤。如果沒有檢測到真空泵的振動和異常聲音，且對真空泵的兩側進行了檢查未發現損壞，維修后的真空度卻未得到改善，可以確定不是由于閥片的損壞而使真空泵的出力降低。

3.4 循環水系統處理

由于開式循環水所取的循環水系統中含有很多漂浮物，需要將過濾器安裝在循環泵的入口處、集水槽和循環泵池的入口處以及各循環泵的入口位置。通過對水生植物、小型水生動物如魚蝦、沉積物、蠕蟲等進行攔截，能夠有效消除由于水質導致的銅管堵塞，并在處理后獲得預期的結果。除此之外，為了解決夏季水溫過高的問題，主要是采用強流量換熱處理方法，并將循環水流量從1500 m3/h 增加到3000 m3/h。

3.5 主機與小汽機軸封系統異常

如果主軸密封系統工作不正常，就會導致供給汽輪機的軸封蒸汽壓力不夠，或者在真空狀態下從外部逸出不可冷凝氣體。而冷凝的氣體保留在冷凝器中會影響熱傳遞，從而導致真空度下降。與此同時，由于真空迅速下降，導致運行中的轉子嚴重收縮，且脹差向負方向變動，這類問題通常都是由軸封蒸汽壓力的自動調節和手動設置不當造成的。此時，要對所有的調門進行調節，以便軸封的蒸汽壓力恢復正常。如果軸密封是隨機分布的，則單獨的軸密封允許空氣穿透。應調整軸封蒸汽疏水閥門，使蒸汽平均分配到每個軸的墊圈上。這樣就能有效避免軸封漏氣和系統調整不當的現象。

4 結語

分析水環真空泵工作原理和真空泵系統工作流程，從工作循環水水面高度、工作循環水溫度、水環真空泵組機械故障、循環水系統處理以及主機軸封系統工作不正常、小汽機軸封系統異常等方面，提出了水環式真空泵真空度降低的因素及應對措施。