凝汽器液位高低的探討

大唐陽城發電有限責任公司 宋 頡

1 凝汽器概述

1.1 凝汽器內部蒸汽的凝結過程

蒸汽在凝汽器中的凝結是有序的，如圖1，內部管束布置成楔形，汽輪機低壓排出的蒸汽進入凝汽器后，一部分蒸汽在經管束向下方流動，凝結的水滴落到空冷區的擋板上后進入管束迎流區，一部分蒸汽沿兩側直接從管束底部向上通過管束迎流區凝結同時加熱從上方流下的凝結水，一方面除氧、另一方面減少凝結水過冷度。真空泵的抽吸作用使空冷區形成較低的壓力，引導蒸汽向該區域流動，最后管束中所有不凝結氣體流經該區域后不斷被抽走。

圖1 凝汽器內部結構圖

1.2 凝結水結構特點及回熱系統

凝汽器剛性地座在水泥基礎上，売體板下部中心處設有固定死點，運行時以死點為中心向四周自由膨脹，凝汽器與后汽缸之間設有橡膠補償節，補償相互間的差。循環水連通管及后水室均設有支架支撐，并且允自由滑動，以適應凝汽器自身的膨脹。后水室處的管板與殼體間布置有波形補償節，用以補償殼體與冷卻管縱向熱膨脹的差值，同時也改善了冷卻管的振動情況，并減少了凝汽器冷卻管與管板間的焊口處所承受的拉力或壓力。每個凝汽器下部均有四只小支撐座和四只大支撐座，呈對稱布置，在每個支撐座下面布置有調整墊鐵。凝汽器下部正中央布置凝汽器的死點座。為避免高壓或高溫對管子及構件的沖擊，裝設有導流板和分流板，其厚度不小于10mm，材料為不銹鋼。導流板和分流板還可防止蒸汽上升進入汽輪機的排汽缸。凝汽器在管束間采用了合理的汽側通道設計，其目的是使凝汽器在各種條件下有較佳的汽流分配，同時降低汽阻損失和保證凝汽器出口凝結水過冷度。凝汽器進口水室的入口接管安裝在離管板較遠的部位，其目的是防止紊流的產生而造成入口管板處的冷卻管道侵蝕，同時還可保證所有冷卻管道通流流量的均勻分配。

大功率機組雙背壓凝汽器大都采用凝結水回熱裝置，以減小凝結水過冷，提高機組循環熱效率。在該凝汽的低壓側殼體內設有集水板，從集水板下引出兩根凝結水回熱主管，通過低壓側熱井引向高壓側熱井并與高壓側熱井中的回熱管系相接。高壓側、低壓側熱井之間有凝結水連通管，回熱主管從中穿過與淋水盤相連。

2 凝汽器液位高低對運行中的探討

液位計說明：開關量為浮球式液位計、模擬量為電容式液位計。

2.1 凝汽器液位運行中的連鎖關系

圖2 凝汽器液位計的布置

表1 凝結水系統的報警值

高壓凝汽器水位＞1120mm，自動開凝結水再循環旁路閥（LCA33AA003）；高壓和低壓凝汽器水位都≥710mm，自動關閉凝汽器補水調閥（LCP30AA101）；高壓和低壓凝汽器水位都≤710mm，延時10s，自動關閉凝結水再循環旁路閥（LCA33AA003）；高壓和低壓凝汽器水位都≥250mm，延時5s，凝汽器補水旁路閥（LCP30AA003）自動關閉；高壓凝汽器水位＜100mm，自動開凝汽器補水旁路閥（LCP30AA003）；高壓凝汽器水位與凝汽器水位設定值偏差≥300mm，且凝結水再循環調門投自動，凝結水再循環調門（LCA33AA101）自動開啟，該調閥開度超過2%發“W”報警。

2.2 凝汽器液位高低的危害

凝汽器液位高的危害：液位高至淹沒部分凝汽器換熱面，汽輪機汽側凝結的空間降低，換熱面積減小，排汽溫度上升，背壓上升，機組的效率下降；凝結水過冷度增加，鍋爐燃燒量增強，還會由于凝汽器換熱面積降低、單位面積熱負荷增加，致上端差增大；凝結水溫變低，引起除氧器工作惡化，致使除氧器含氧量高、汽水兩相振動；給水含氧量變大，鍋爐受熱面腐蝕加劇，凝結水泵耗電率增加；若液位繼續上升高過抽空氣管口時，會引起真空泵運行惡化，背壓急劇上升，造成低壓缸末級水沖擊，威脅機組安全運行。

凝汽器液位低的危害：液位過低，凝結水泵耗電率降低，嚴重則會使水泵產生汽蝕，運行時使水泵產生振動及電流擺動的現象；液位過低引起凝結水泵不通過軸封冷卻器、軸封加熱器運行異常，軸封風機電流升高；液位過低凝結水泵出力降低，使凝結水各用戶工作異常，影響整個機組的安全。

2.3 凝汽器液位高的探討

2.3.1 液位高的情況

機組啟動過程中：凝結水未回收；凝結水回收后調整除氧器液位過程中。

正常運行中：凝結水泵故障停泵；低頻率使凝結水泵出力不足；凝結水泵進口濾網有雜物，堵塞入口管道；運行中負荷增加過快、凝補水量增加過快等原因，使凝結水泵出力不足致使凝結水不能及時排出；凝結水泵出口不暢，如上水閥誤關、除氧器噴嘴部分堵塞等；凝結水小流量循環閥誤開；凝汽器泄漏（銅管）。

2.3.2 不同工況下水位高的分析

機組啟動過程中：凝結水未回收工況。啟動初期，凝結水水質不合格，需要沖洗，沖洗又分為管道沖洗和低加沖洗兩步進行，先沖管道及低加旁路，待出水合格后再沖洗低加系統，沖洗水放至雨水井，當沖洗合格后除氧器才能上水。而沖洗一般采用大流量沖洗，因此需集聚一定量的水。啟動中雖然有凝補水，但為節約用水一般設定凝汽器液位為600mm，剩余的水量主要來至主再熱蒸汽管道疏水、軸封溢流、及高低旁的回收水，因此凝汽器水位的集聚是不確定的，這也是容易使凝汽器液位高的原因。

凝結水回收后調整除氧器的液位過程中（一般主要在沖轉并網前后）：這個階段主要是調節除氧器水位而忽視凝汽器液位高，此時由于鍋爐的蒸發量低（特別是并網前屏過壁溫高是二期機組啟動控制的難點，尤其在第二臺磨啟動后要時刻監視屏過壁溫，緩慢增加磨得出力，由于受壁溫所限鍋爐燃料量只能在一個較低的范圍），因此除氧器水位下降緩慢，最終導致的就是凝汽器液位高。

綜上所述，在啟動過程中凝汽器液位高是最容易出現的。

2.3.3 正常運行中

非事故情況下：機組運行過程中，負荷與除氧器水位、凝汽器熱井水位的關聯如下：機組運行過程中，負荷增加時，首先為低壓缸蒸汽流量增加，凝汽器熱井水位的升高，接著就會反映到汽包水位降低而增加給水泵的出力，除氧器水位降低。然后凝結水上水閥開度增加，穩定除氧器水位，凝汽器液位降低。最后凝汽器補水門開度增加，保持熱井水位穩定；機組運行過程中負荷降低時，首先為低壓缸蒸汽流量降低，凝汽器熱井水位的降低，接著反映到汽包水位上升，使給水泵的出力降低，減少汽包給水，除氧器水位升高，凝結水上水閥開度減小，穩定除氧器液位，最后凝汽器補水門減小開度，保持熱井水位穩定。

以上說明機組升負荷的過程中會出現水位的暫時升高，但這只是暫時的，負荷穩定后會穩定在一個區間內。由于冬天供熱的需要，其回水會有一部分回至凝汽器，同時由于輔汽一二期相連（一期主機有高壓比保護，一期輔汽設定壓力高，因此二期輔汽供氣量相對較少），再加上凝補水供凝汽器調門存在內漏。因此，實際運行中凝汽器的液位較設定值高，有時高壓側凝汽器液位會超過高一值710mm。特別是夏天高負荷背壓高，高壓側凝汽器液位會達到高二值1120mm。

事故情況下可歸納為兩種：主要為凝泵故障，聯啟不正常、入口濾網堵塞、上水調閥故障等，發現上述現象，首要的就是快降負荷，消除故障，否則停機處理；凝汽器泄漏（銅管）會影響到凝結水水質，迅速打閘停機，降低循環水的壓力。

2.4 凝汽器液位高保護是否應該投入

查閱規程的參數如下：低壓缸排汽流量（T/h）在50%、75%、100%額定出力工況下分別為716.19/991.57/1326.17，在額定出力工況下凝結水的過冷度為0.5℃。

圖3 凝汽器內部結構圖

查閱汽機培訓教材：汽器殼體下部有較大的存水空間，可存儲5分鐘的凝結水量。凝結水集水箱為矩形，位于凝汽器下部殼體的底部，其上部裝有凝結水出水管及排水管，排水管上裝有真空隔離門，該隔離門能在1小時內排出正常水位下的全部凝結水；熱井水位控制不低于既可保證正常的回熱效果、又可保證在汽輪機突然關閉主汽閥后3分鐘的凝結水量時的水位。

由凝汽器內部結構圖紙可知：最低排冷卻管中心標高為0.874米，也就是說凝汽器液位超過874mm凝結水就會淹沒部分管束，就會出現過冷現象，因此啟動中、運行中都不應超過874mm，同時日常運行中還應監視過冷度不超過0.5℃，但實際運行中凝汽器液位高于710mm就會引起過冷度大于0.5℃；水位計的零點為凝汽器底板，最大測量量程為2000mm，（查閱凝汽器圖紙）凝汽器真空吸入腔室最低點距離凝汽器底板3500mm，即真空泵吸入口距離凝汽器可視最高水位高約1500mm，考慮芯管影響，核算水量增加約40噸（估算）就能淹沒真空泵的吸入口。

由規程的參數和機培訓教材中查閱的數據可算出，凝結水集水箱額定工況下可存儲5min的凝結水量為110.5t，從而可推算出75%額定出力工況下約7min集滿集水箱、50%額定出力工況下約9.2min集滿集水箱。

綜上，日常運行中凝汽器水位的調整不僅只在于液位的監視，還有過冷度、端差，以及液位超量程后水量增加的量是否威脅機組的安全。凝汽器水位開關量信號取自熱井，凝汽器水位高可能是熱力回熱系統回水或凝結水補水造成，不會造成凝結水水質超標，且由于凝汽器有足夠大的水容積、液位不會立即升高，因此有充足的時間去解決。若是汽輪機高位布置向下排汽，凝汽器布置在下方的，即使水位上升到淹沒凝汽器冷卻管，首先受影響的也是凝汽器真空，當真空不能維持時，真空保護也會動作跳閘汽輪機。若是由于循環冷卻水換熱管道大量泄漏造成液位高，可利用在線水質分析儀及化學取樣及時發現，可根據不同情況采取不同的措施，如必須停機處理手動打閘也來得及，因而可退出凝汽器水位高跳閘保護信號。