關于汽輪機組真空相關問題的探討

中電建湖北電力建設有限公司 姜煉軍

凝汽器真空對于汽輪機運行經濟性和安全性均產生重大的影響，因此凝汽器真空狀態的監測受到了設計和運行的普遍重視。尤其是隨著汽輪機單機功率增大，汽輪機排汽口數量以及凝汽器的體積都增大，真空系統嚴密性更難保證。

1 真空系統存在的問題及其危害

印尼廖內省2×110MW電廠項目是由東方汽輪機廠生產的高壓、單軸、雙缸雙排汽、濕冷、凝汽式汽輪發電機組。機組設計在額定滿負荷（TRL）運行工況下，循環水的進水溫度要求38℃，真空為-88.525kPa；在其他工況下運行，冷卻水溫度設計為29℃，真空為-93.125kPa。且機組的真空嚴密性試驗下降速率一直達不到規定值（0.400kPa/min）。

汽輪機真空嚴密性差的危害主要表現在三方面：一是真空嚴密性差時，漏入真空系統的空氣較多，真空泵不能夠將漏入的空氣及時抽走，機組的排汽壓力和排汽溫度就會上升，這無疑要降低汽輪機組的效率、增加供電煤耗，并可能威脅汽輪機的安全運行。另一方面由于空氣的存在，蒸汽與冷卻水的換熱系數降低，導致排汽與冷卻水出水溫差增大；二是當漏入真空系統的空氣雖能被及時抽出，但需增加真空泵的負荷，浪費廠用電及工業用水；三是由于漏入了空氣導致凝汽器過冷度過大，系統熱經濟性降低，凝結水溶氧增加，可造成低壓設備氧腐蝕[1-2]。

2 真空嚴密性差及真空低的原因探討及其對策

印尼廖內省2×110MW電廠項目機組真空的嚴密性試驗和運行時真空結果不理想，已達到非解決不可的地步。

2.1 施工安裝中容易出現問題及處理對策

問題：凝汽器喉部連接處焊接質量不合格，出現砂眼、裂紋等；凝汽器殼體板塊拼接處焊縫及板塊本身出現砂眼等；抽真空系統真空泵（雙聯）吸入口及排汽口止回閥不嚴密；跟真空系統外接相關的閥門、壓力表計不嚴密、內漏；跟真空系統外接相關的管道法蘭不嚴密、管道有砂眼、焊縫漏焊；真空管路系統閥門及法蘭、壓力表接頭處泄露；低壓（末級）抽汽管路閥門盤根、法蘭、壓力表計接頭泄露；凝汽器汽側人孔門密封不嚴。

處理對策：灌水查漏。針對汽輪機軸封洼窩以下的部分，主要采取汽側灌水查漏的方式檢查，灌水檢查時，將與低壓缸汽側相關的所有設備及管道關聯起來一并灌水同時做好相應的臨時安全措施（如臨時支撐、吊點等），擴大檢查范圍。通過灌水直觀檢查，缺陷主要表現為焊縫砂眼、法蘭泄露、閥門盤根泄露、壓力表管路焊縫漏焊、儀表管路有裂紋、壓力表計接口不嚴、疏水至無壓放水管道的疏水閥門未關閉等。

問題：凝汽器內部真空管道沒有正確引入分隔區域；真空管路系統清潔度不滿足要求，濾網處堵塞；真空泵冷卻水裝置堵塞，造成冷卻水溫度高，導致真空泵出力不足；低壓缸噴水管路不暢通，引起排汽溫度高。

處理對策：對出力不夠的設備進行解體檢查。在廖內省真空泵運行過程中，發現兩臺真空泵在相同的工況下出力不一致，且密封水溫度比較高：真空泵的密封水由凝結水補充水泵提供，凝結會補充水箱水溫一直較高，具體見后文詳細說明。經過技改后真空泵密封水進水溫度保持在正常范圍；真空泵B入口濾網堵塞，同時將真空泵入口止回閥解體檢查，發現止回閥密封面接觸不嚴，有異物卡澀；低壓缸噴頭在運行一段時間后，檢查發現噴頭有部分堵塞。將噴頭拆下全面清理；凝汽器內部真空管路檢查，安裝正確。

問題：低壓軸封間隙值（汽封間隙、周向膨脹間隙）超標，密封不嚴；低壓缸水平、垂直中分面不嚴；低壓外缸本體上熱工儀表接口未封閉或封閉不嚴；低壓缸大氣排汽閥不嚴。

處理對策：針對汽輪機軸封洼窩以上部分的真空查漏，一般常見的采取在線氦氣檢測（氦質譜儀）、充壓縮空氣檢測等手段。廖內省項目在凝汽器灌水查漏的同時，汽輪機洼窩以上部分采取充入儀用壓縮空氣方式檢測（軸封處采取臨時措施封堵嚴密、大氣排汽閥處用臨時頂針封閉）。用涂刷肥皂水方式對低壓缸本體上的所有儀表接口、法蘭接縫處、堵塞、大氣排放閥等進行全面檢查。通過排查發現以下問題：

檢查出汽輪機汽缸水平中分面拐角處有局部位置漏氣，同時由于充入凝汽器汽側的水溫達到50℃以上，經過晝夜溫差影響汽缸水平中分面共計發現5處滲水。確認汽輪機汽缸水平中分面泄漏。此缺陷較大，待以后機組大修時檢修處理；低壓缸缸體上溫度表接座有一個輕微泄露，熱工人員重新安裝，消除缺陷；低壓缸大氣排放閥法蘭檢查，未發現問題；軸封膨脹間隙在安裝時發現缺陷，設計要求單圈總間隙為0.2～0.3mm而實際間隙全部超標：前汽封最大1#機組2.04mm（2#機組1.85mm），后汽封最大1.18mm（2#機組2.50mm），間隙超標過大。此次灌水充氣檢查因臨時封堵不能直觀發現問題。在機組運行過程中，通過提高軸封供汽壓力，真空度略有改善但不顯著。此缺陷等機組大修時進行消除。

2.2 在設計方面的影響因素

電動給水泵軸封水回水影響：電動給水泵軸封水進水由凝結水泵提供，回水回至凝結水補水箱，在機組長期運行過程中，凝結水補水箱水溫逐步升高（相當于一個循環加熱，水溫長期保持在50℃以上）、電導率也持續上升。凝補水箱凝結水通過凝結水補充水泵輸送至各個系統的密封冷卻水、補充水均受到溫度影響，從而影響各個設備的工況。特別是進入凝汽器時，對凝汽器內部溫度干擾明顯，間接影響凝汽器真空。后經過設計修改，將電泵密封水直接修改至凝結水再循環管路上，凝結水補充水箱水溫恢復正常范圍。此段密封水建議修改至疏水擴容器或直接回至凝汽器熱井。

軸封加熱器水封密封不嚴：原汽輪輪機廠家提供的水封與設計院設計的水封形式、安裝位置均不一致。設計院設計的安裝位置在零米層，在機組運行期間，水封內部無密封水，不能起到水封作用，對真空的影響較大。后經過修改水封裝置（增加了水封管道高度）及修改安裝位置（降低水封裝置安裝標高，將水封裝置安裝至-4米），水封能正常運行。

循環冷卻水冷卻塔內部結構設計圖紙錯誤（12.7米層兩側的最佳通風處設計為樓板，實際應該為孔洞），整塔淋水冷卻面積減少了178m2，導致循環冷卻水冷卻效率降低，達不到冷卻效果。此部分涉及土建結構部分，只有等大修期間進行改造。

2.3 在運行期間的影響

2.3.1 循環冷卻水在凝汽器內的溫升及凝汽器端差對真空的影響

凝汽器真空的設計理論值是通過循環冷卻水在凝汽器中溫升的設計理論值和凝汽器端差的設計理論值體現出來的。在某一確定的汽輪機排汽量條件下，循環冷卻水在凝汽器內的溫升主要取決于循環冷卻水流量，即循環冷卻水流量設計理論值所對應的循環冷卻水溫升即為溫升的設計理論值。當循環冷卻水在凝汽器內的溫升大于溫升理論值時，說明凝汽器內的循環冷卻水流量小于循環冷卻水流量的設計理論值[3]。

由此可見，循環冷卻水流量減小，可能是循環水泵性能降低或循環冷卻水管路系統阻力增大引起的。循環水泵性能降低的原因可能是其效率降低，造成循環冷卻水管路系統阻力增大的原因可能是凝汽器水側結垢或臟污。單純由于循環水泵性能降低或凝汽器水側結垢造成的循環冷卻水流量減小，一般對于凝汽器端差不會產生較大的影響。因此，凝汽器端差大于其理論值，主要是由于凝汽器總體傳熱系數小于其理論值所致。凝汽器總體傳熱系數小于其理論值，主要是由于凝汽器水側結垢或汽側積聚空氣引起的。當凝汽器水側結垢或汽側積聚空氣時，均會引起凝汽器端差的增大。因此，端差的大小反映了凝汽器水側臟污程度和汽側空氣量的多少。

在運行期間，對循環水泵的出口流量用超聲波進行在線監測，確認循環水流量符合循環水泵額定工況；廖內省在停機期間對凝汽器水側主要進行以下檢查：對循環水管路內部、凝汽器水室進行全面的檢查，發現循環水管路內壁有局部焊縫裂開（基礎沉降引起焊縫撕裂），導致管道內部產生大量淤泥及雜物。凝汽器水室內部有大量塑料袋、塑料薄膜附著在凝汽器鈦管進水端。凝汽器鈦管內壁附著厚厚一層淤泥及水垢；對凝汽器汽側內部進行檢查，發現汽側鈦管外表面上有厚厚一層浮銹。

為提高機組的真空，對以上問題采取如下對策：將循環水管路焊縫進行修復加強；將循環水冷卻塔水池、循環水泵房前池、循環水管內部進行一次全面的清理；將凝汽器水室內部異物全部清理干凈，同時對所有的鈦管進行全面的清潔處理；對冷卻塔內、循環水管路內的循環水進行大量置換；在以后的運行期間，定期投入膠球清洗裝置；對汽側鈦管的浮銹進行全面清理；提高主蒸汽品質。

2.3.2 凝汽器熱負荷的影響

減小凝汽器的熱負荷可以提高真空。熱負荷中除汽輪機排汽和加熱器的正常疏水外，還有高溫高壓蒸汽的疏水泄漏進入凝汽器。具體有缸體、主蒸汽管道疏水；高、低壓加熱器危急疏水和輔調疏水；軸封及輔汽調節站的疏水。以上系統由于閥門不嚴或疏水節流孔板不合理易造成高溫高壓蒸汽泄漏。

為提高機組的真空，對以上疏水泄漏可采取如下對策：對疏水系統進行改造，使高溫高壓蒸汽的疏水合并減少泄漏概率。對缸體、主蒸汽等高溫高壓管道的疏水電動門前加裝高一等級的手動門做為電動門的備用；利用紅外線測溫儀定期測量閥門前后管壁溫度，確認存在內漏的閥門并進行檢修處理。對高壓加熱器危急疏水和低壓加熱器輔調疏水閥門前、后電動門行程進行精確調整；定期對運行機組的疏水閥門內漏進行檢查建立檔案，對泄漏閥門限期檢修。

2.3.3 凝汽器循環冷卻水溫度、水質的影響

除了冷卻塔設計問題導致循環冷卻水冷卻效率降低，現場又進一步對冷水塔進行檢查發現冷卻塔配水管部分結垢比較嚴重，管路也因結垢而造成部分脆化斷裂，噴嘴堵塞較多，造成噴水不暢、水量減少，淋水盤大部分斷裂、老化，形成淋水不均勻，大部分形成盲區，造成冷卻塔散熱效果降低。針對循環水水溫高現場采取了以下方式：調整冷卻塔循環風機的風葉角度，將由原來的12°調整到14°；冷卻塔內部噴淋管路全面清理、噴頭更換；將淋水盤全部更換，消除盲區。

3 結語

通過以上措對策的實施，廖內省兩臺機組的真空有所改善，真空度整體上提高，嚴密性試驗下降率有所改善，但是仍然不符合要求（表1）。

表1

綜上，廖內省機組真空低是一個綜合性問題，影響因素較多，要徹底解決必須對影響因素逐一消除并長期做好處理效果的保持。通過以上分析可以看出，影響真空嚴密性試驗的主要問題為汽封軸向間隙過大、汽輪機低壓缸水平中分面間隙泄漏；而影響真空度低下的主要原因是循環冷卻水的溫度及水質，而循環冷卻水的溫度高主要是因冷卻塔內部結構、內部設備老化堵塞問題引起。以上幾個主要問題，只有等待機組大修后，才能從根本上解決問題。