汽輪機真空低原因分析及對策

王曉輝 劉廣于 楊會永 左興堂 張海波

（北京首鋼股份有限公司，河北唐山 064404）

0 引言

汽輪機凝汽器真空的高低直接影響著汽輪機運行的安全性、穩定性和經濟性。當凝汽器真空降低時，汽輪機汽耗、熱耗相應增加，負荷下降。當真空嚴重下降時，排汽缸溫度會升高超過允許值，造成排汽缸膨脹變形，機組中心偏移，引起機組振動，當機組發生強烈振動時，動靜間隙消失，轉子與靜子發生碰磨，對機組破壞性極大[1]。凝汽器真空調整過高會增加循環泵和冷卻水塔風機的耗電量，增加發電成本，影響機組運行的經濟性。為了保證汽輪機高效、穩定地運行，必須要分析和處理好影響凝汽器真空的各個因素，將真空控制在合理范圍內。

1 問題描述

進入夏季，受環境溫度影響，我單位1#汽輪機帶高負荷時凝汽器真空低于正常值，通過啟動四臺冷卻塔風機高速運行來降低循環水溫度，增強凝汽器的冷卻效果，達到提高真空的目的。如表1所示，當凝汽器循環水入口溫度降低到26℃時，嘗試帶負荷到額定負荷25MW，真空下降到-84.9 kPa并呈繼續下降趨勢，所以那段時間1#汽輪機負荷最高只能帶到23.5 MW。對比2#汽輪機同負荷、同循環水溫的狀態下，其凝汽器真空為-92 kPa，相差5 kPa。由于1#汽輪機真空低的原因，電負荷無法帶滿，造成鍋爐煤氣資源浪費，而且為降低循環水溫度，增加了水塔風機數量和運行時間，產生了巨大的廠用電消耗。

表1 各運行工況下1#汽輪機凝汽器真空的變化數據表

2 原因分析及處理

2.1 循環水系統的檢查

熱電汽輪機循環水系統配套的凝汽器為兩流程兩道表面式，1#、2#汽輪機共有四臺循環泵并聯設計，兩臺機組正常運行時，兩臺循環泵運行，兩臺備用，經現場檢查，循環泵工作電流正常，流量滿足設計要求。

運行中1#汽輪機凝汽器西側循環水入口二次濾網多次由于淋水填料碎片出現堵塞，西側循環水入口壓力下降，由0.15 MPa下降至0.12 MPa，使得該側循環水流量下降，凝汽器冷卻效果降低，真空下降。崗位人員降負荷停運凝汽器半側進行該側二次濾網反沖洗，清除堵塞在二次濾網處的碎屑。

二次濾網反沖洗方法如下：將機組電負荷降至15 MW或以下，如圖1所示，開啟一側循環水入口二次濾網排污電動門a，開啟循環水回水放空門b，關閉該側循環水進水電動門c，凝汽器內部循環水靠重力作用向下反沖洗二次濾網，附著在二次濾網上的碎屑被反沖掉，經排污管進入回水管道從放空門排出。

圖1 凝汽器循環水進出示意圖

檢查發現二次濾網堵塞的碎屑成分是涼水塔淋水填料，檢查四臺涼水塔填料更換日期，均在有效期內，但有部分淋水噴頭出現堵塞，造成水塔淋水分布不均，部分填料受沖擊嚴重發生損壞。利用機組檢修更換了堵塞的涼水塔噴頭62個，改善了涼水塔的淋水均勻分布狀態，降低了水流對淋水填料板的沖擊。

雖然反沖洗后西側循環水進水壓力升高至正常壓力，但因為二次濾網排污管與回水管接通，反沖洗后會造成部分碎屑回到涼水塔中不能徹底排出，經過一段時間后就又發生堵塞，需要再次進行二次濾網反沖洗。

利用機組檢修對二次濾網排污管進行改造，如圖2所示，將二次濾網排污管與回水管道斷開，直接將循環水外排。改善后，反沖洗效果顯著，徹底排出了堵塞的雜物，清潔了二次濾網。

圖2 二次濾網排污管改造示意圖

2.2 凝汽器冷卻效率的檢查

1#汽輪機帶負荷24.01MW時，凝汽器真空為-87.82kPa，當時凝汽器東西兩側循環水溫升均為11 ℃，超過設計循環水溫升值（Δt=7 ℃）；凝汽器端差為20 ℃，超過設計端差值（該型號汽輪機設計端差值為8 ℃）。通過對1#汽輪機凝汽器端差和循環水溫升檢測，認為凝汽器冷卻效率較差，判定為凝汽器銅管表面污臟或結垢。銅管中污垢的存在導致流體與換熱壁面之間的傳熱熱阻增加，管內對流傳熱系數下降，傳熱惡化。

目前，本機組凝汽器銅管的清洗方法是膠球在線清洗和停機后人工高壓清洗。如圖3所示，1月—6月，1#汽輪機凝汽器膠球清洗后東側的收球率逐漸降低，嚴重時投入150個，只收回6個，停機檢查后發現收球網底部有破損，膠球丟失影響了清洗銅管污垢的效果。

圖3 1#汽輪機膠球清洗后收球率變化趨勢

如圖4所示，利用6月底機組停運檢修，將破損的部位進行補焊修復，凝汽器膠球清洗后的收球率提高至98%左右（圖3中7月—8月），膠球隨冷卻水進入銅管后不規則跳動，并與銅管內壁碰撞，加之水流的沖刷作用，將附著在管壁上的沉積物清除掉，達到清洗的目的。同時制訂檢修計劃，對1#汽輪機凝汽器2 400根銅管進行高壓水沖洗，徹底清除內部污垢。

圖4 收球網漏點處理前后對比

2.3 循環水濃縮倍率的監視調整

循環水濃縮倍率是指在循環冷卻水系統運行過程中，循環水由于水分蒸發、風吹損失等因素不斷濃縮的倍率，它是衡量水質控制好壞的一個重要指標。濃縮倍數低，耗水量增大且水處理藥劑的效能得不到充分發揮；濃縮倍數高，循環水在銅管內易發生結垢和腐蝕。

本著節約用水又要防止結垢的原則，我單位對循環水質的管控采取根據總磷指標定期加入阻垢劑，每月兩次投加殺菌劑，循環水濃縮倍率控制指標為2.3～2.5等措施，崗位人員每2 h進行一次水質化驗，并根據化驗結果，參照當時機組負荷、循環水溫度以及水塔風機運行情況進行循環水補水量調整，將循環水手動補水門改為電動門，可以遠方控制閥門開度，為循環水指標控制提供了便利，提高了工作效率。

2.4 真空破壞門的檢查

真空破壞門是從凝汽器至射水泵抽空管道上引出，如真空破壞門誤開或發生內漏，將會影響射水抽氣系統的工作效率，造成真空下降。檢查真空破壞門關閉到位，用手背靠近破壞門出口管口，無明顯倒吸感覺，為徹底排除該因素，將水注入到真空破壞門后管道中做水封，做好水位標記，1 h后未發現水位有下降，可以判定該閥門無內漏[2]。

2.5 軸封供氣系統的檢查

由于1#汽輪機低壓缸軸封內與真空系統相連、外與空氣接觸，開啟后軸封供氣是為阻斷空氣進入低壓缸，如果后軸封供氣壓力低，阻斷空氣的能力減弱，空氣順軸封間隙進入與低壓缸相連的凝汽器，就會使真空下降。

對后軸封的供氣情況進行檢查：1#汽輪機后軸封供氣氣源來自均壓箱，均壓箱的壓力穩定尤為重要，1#汽輪機均壓箱氣源是由主蒸汽經減溫減壓器后供給，查閱運行中主蒸汽參數三個月內的曲線，變化范圍在4.71～4.97 MPa，均壓箱壓力在65～100 kPa，符合規定范圍，所以排除軸封供氣壓力低或者斷氣的可能。

2.6 真空系統閥門的檢查

機組真空系統嚴密性直接影響凝汽器真空度，真空嚴密性差說明漏入真空系統的空氣量大，會降低凝汽器的換熱效率，導致真空下降。由于空氣分壓力增大，氧在凝結水中的溶解度提高，凝結水含氧量增大，凝結水管道和低壓加熱器的腐蝕加劇。由于空氣分壓力的升高，蒸汽的分壓力下降，凝結水溫度低于排汽壓力下對應的飽和溫度，還會引起凝結水過冷卻，使汽輪機的經濟性降低。

1#汽輪機運行時，崗位職工對與凝汽器相連的所有負壓管道、法蘭、閥門進行統計，列出清單，按照清單采取燭火法和涂抹皂水的方式進行查漏，均未發現漏點。利用1#汽輪機停機檢修，按照操作步驟進行凝汽器灌水查漏，上水至凝汽器喉部，水漫進低壓加熱器進汽管道到汽輪機抽汽口下部，檢查真空系統所有管道、閥門、法蘭均沒有漏水現象，因此排除了真空系統嚴密性差，系統存在漏點，導致1#汽輪機真空低的可能。

2.7 射水抽氣系統的檢查

2.7 .1 射水抽氣器的拆檢

對1#汽輪機1#、2#射水抽氣器進行倒換，切換前后，1#汽輪機真空值未有明顯變化。利用機組檢修，解體1#汽輪機射水抽氣器逆止門和混合室噴嘴進行檢查，發現噴嘴輕微氧化、通道無堵塞、彈簧張力良好。對噴嘴表面稍作處理后進行了回裝。

2.7 .2 射水抽氣器工作狀態的檢查

通過試驗可得，在相同的負荷下，射水抽氣器工作水溫升高會影響射水抽氣器抽吸空氣的能力，當水溫超過40 ℃后，抽氣能力下降。這是因為混合室內絕對壓力低，工作水溫升高，水易汽化，由于汽的比容比水大得多，所以混合室壓力升高，維持真空的能力下降，會使凝汽器真空降低。因此運行中必須監視水溫的變化，定期或連續向射水池中補充冷水保證工作水溫度。

經檢查，1#汽輪機射水池補水為循環水，循環水溫度受環境影響大，夏季時溫度范圍為29～35 ℃，當1#汽輪機帶高負荷時，測得射水池水溫能超過35 ℃，需要補入大量的循環水來降低射水池工作水溫。由于補水接在循環水母管上，大量補水會使母管壓力下降，影響其他用戶的工作；循環水溫度高，不易很快將射水池水溫降下來，影響了抽氣器的工作效率；另外，為降低循環水溫度啟動涼水塔風機，又產生了大量廠用電消耗。

將溫度相對較低的生產水引至射水池內作為補水來代替循環水。生產水溫度低于20 ℃，作為射水池補給水，冷卻效果強，通過摸索，不僅能保證射水池正常水溫，還可將1#汽輪機軸冷風機改由射水抽氣器代替工作，提高了射水抽氣器的綜合效益。

3 效果驗證

通過對1#汽輪機凝汽器真空低的原因分析，采取以上措施對影響因素進行了驗證和處理，處理前后數據對比如表2所示。

表2 1#汽輪機真空低問題處理前后數據對比

1#汽輪機真空、發電負荷都有所提高，當1#機帶滿負荷（25 MW）時，循環水溫度為30.2 ℃，三臺水塔高速運行就能讓真空維持在-90.71 kPa，較之前提高2.89 kPa，單機發電量平均每小時增加將近1 000 kW，解決了因真空低無法帶滿負荷的問題，同時減少一臺涼水塔風機高速運行，也節約了廠用電，降低了發電成本，產生了可觀的經濟效益。