汽輪機凝汽器真空下降的原因分析及處理

劉 冰

(許昌龍崗發電有限責任公司，河南 許昌 461000)

0 引言

凝汽器真空是火力發電廠監視的重要參數，真空的高低直接關系到整個電廠的安全性和經濟性。以660 MW超超臨界機組為例，真空下降1 kPa影響煤耗約2.35 g/kW·h，影響熱耗率約0.25%，在當前節能降耗的嚴峻形勢下，足見真空這一指標對電廠熱經濟性及電廠效益的重要性。另一方面，真空下降也會引起汽輪機軸向位移增大，推力瓦過負荷，排氣溫度升高，氣缸中心線變化引起機組振動，蒸汽流量增大，機組葉片過負荷等異常，對機組安全運行構成嚴重威脅。因而，無論從經濟性還是安全性，探討如何解決真空偏低的問題，使機組處于最佳真空狀態，對于火電廠運行具有十分重要的現實意義。

1 真空的影響因素

凝汽器中的壓力，理想情況下應為蒸汽的飽和壓力，而飽和壓力又由飽和蒸汽溫度ts決定[1]：

ts=tw1+Δt+δt

(1)

通過式(1)可知影響凝汽器真空的因素有：冷卻水入口溫度tw1、冷卻水溫升Δt及凝汽器端差δt。此外，真空系統存在漏點，也是真空偏低的常見因素。

1.1 冷卻水入口溫度tw1

冷卻水溫度受氣候、季節、大氣溫度及環境相對濕度影響外，還取決于循環水冷卻設備運行的好壞，如自然通風冷卻塔內的塔芯填料的塌陷、噴嘴的堵塞、及冬季水塔結冰等都將造成淋雨密度不均勻，影響循環水在塔中的散熱。

1.2 冷卻水溫升Δt

冷卻水溫升取決于冷卻倍率，即凝汽器循環冷卻水量與排汽量的比值。當排入凝汽器蒸汽量一定時，冷卻水溫升升高，說明冷卻水不足。冷卻水量不足的原因主要是循環水泵出力不足或凝汽器銅管堵塞等原因引起水阻增加。

1.3 凝汽器端差δt

端差與凝汽器銅管表面清潔度以及凝汽器內部積聚的空氣量等因素有關。另外，凝汽器水位過高，淹沒部分冷卻銅管，使冷卻面積減少，也會影響真空。

1.4 真空系統存在漏點

真空系統管道或閥門零件發生損壞時會引起空氣漏入凝汽器，造成真空下降，通常表現為同一負荷下的真空值較正常時低，如汽泵密封水回水不足、汽輪機低壓缸防爆膜破損、加熱器汽側放水門誤開等。

2 機組實際運行中造成真空下降的原因

真空下降在機組日常運行中為常見故障，其中又可分為緩慢下降和急劇下降兩種表現形式[2-3]。

運行中造成凝汽器真空緩慢下降的因素主要有：①循環水入口溫度升高。②凝汽器水位過高。③大機或小機軸封供汽壓力不足。④水封閥密封水門運行中誤關。⑤凝汽器熱負荷過大。⑥加熱器或除氧器事故疏水閥誤開。⑦凝結水收集水箱水位過低(根據系統供水布置情況而定)。⑧真空系統少量泄漏。

造成凝汽器真空急劇下降的因素主要有：①循環水中斷或水量不足。②真空系統大量泄漏。③凝汽器滿水。④大機或小機軸封供汽中斷。⑤機械真空泵故障。⑥真空系統閥門操作不當或誤操作。⑦真空破壞門誤開。⑧低壓缸安全門薄膜破損或小機排汽缸安全門薄膜破損。⑨汽輪機旁路誤開。

3 真空低的若干案例

造成機組真空低的很重要的原因之一是真空泄露，而真空系統查漏通常有以下6種方法：灌水查漏、氦質譜儀查漏、超聲波查漏、火燭法、涂抹肥皂泡、鹵素檢測等。這6種方法各有優缺點，但真空系統包含大量的設備及系統，連接的動靜密封點多，在輕微漏空氣的情況下很難發現漏點，且許多漏點需要半邊隔離，甚至停機后才能查漏。機組根據日常運行經驗，大多真空系統泄露能夠在運行中進行分析排查，本文主要從運行機組系統排查的角度進行分析。

3.1 案例一

某廠10月份，3、4號機均為低速泵運行，因膠球系統異常，發現4號機真空值較3號機明顯偏低，以530 MW相同負荷下為例，4號機真空-91.75/-94.05 kPa，3號機真空-92.79/-94.79 kPa，差值1.04/0.74 kPa，3、4號機循環水出水溫度偏差2℃，4號機A、B側循環水出水溫度差值為2℃。而且4號機真空仍有惡化的趨勢。原因分析：因膠球系統異常(A/B側收球網電動頭頻繁故障。A側問題不能根除，B側電動頭無備件)，造成凝汽器端差增大，降低真空，影響經濟性。秋季來臨，特別是9月中旬后水庫來水中有機物含量上升，來水濁度大于30 NTU、硬度均超標嚴重，(濁度正常小于20 NTU，鈣硬度小于860 mg/L)經中水處理后效果不明顯，循泵前池濾網經常堵塞，循環水水質持續下降。

3.2 案例二

某廠12月某日監盤發現高背壓凝汽器真空快速降低，就地檢查發現電泵暖管管路爆開。原因分析：電泵暖管管路管徑較小，管壁較薄，而電泵暖泵用水取至高溫的除氧器，暖泵回水至高背壓凝汽器，回水在暖管管路中處于汽化高速流動的狀態，對管壁(接近高背壓凝汽器的部分)沖刷較厲害，日積月累造成暖管管路泄漏、爆管。

3.3 案例三

某廠2018年2月5號至今發現1號機循環水凝汽器出口兩側溫度時常出現偏差大(2.5℃)，且真空偏低，進行原因排查。原因分析：①低壓軸封進口濾網(3瓦側)輕微堵塞。②DCS只有進口母管壓力顯示，軸封回汽手動門實際開度不一致，實際大軸兩端壓力偏差較大，造成汽缸低壓段兩側軸封壓力不一致。

4 真空下降查漏及處理方法

1)若發現真空下降時，要派盤前人員快速就地檢查真空泵及開啟高、低背壓聯絡門，為恢復真空爭取時間。

2)由于真空泵一般接帶不同凝汽器，值班人員要必須清楚每臺真空泵所接帶凝汽器，建議在接班運行日志中體現，規范運行值班管理，做到“交接班五清楚”。

3)提高除鹽水壓力，因為經常影響到真空下降的幾個因素，例如汽泵密封水回水、軸加疏水回水、凝泵密封水失去及除鹽水管道突然失壓等，都可經過提高除鹽水壓力消除漏真空。建議正常運行時，保持與真空相關的各用戶供水手動門有一定的開度。

4)若出現凝汽器真空下降，應首先考慮是否有影響到真空的缺陷或檢修工作，派巡檢就地檢查相關作業面，盡快確認泄漏點。

6)若出現單個高(或低)背壓凝汽器真空降低，可以排除循環水系統出現故障，應重點檢查與該背壓凝汽器相連接的管道或閥門。

7)若漏真空時，由于冷空氣進入凝汽器，可能會引發凝汽器內部響動，可通過聲音判斷漏點部位。

8)若有影響到凝汽器真空下降的缺陷及檢修工作時，可以改變備用真空泵的運行方式，當出現真空下降時能夠及時啟動有效的備用真空泵。

9)注意凝汽器真空變化對凝汽器水位的影響，并從水位變化初步判斷泄露點位置。

10)機組檢修后，由于低壓凝汽器殼側放空氣與放水閥門較多，且位置隱蔽，往往由于檢修誤開和恢復措施執行不到位，造成啟動后漏真空，需要重點關注。

11)此外應根據漏真空情況，按規程要求降低機組負荷運行。

5 結語

機組真空監視與事故處理是火力發電廠運行管理的重要組成部分，根據本廠設備管道布置和過往經驗，梳理符合機組實際的影響真空因素，查找路線和簡明有效的處理方法是快速解決問題的關鍵，這樣不僅能節約大量的人力物力，也能在關鍵時刻保證機組安全運行。