某機組真空偏低原因診斷分析及對策

＊張鴻軍

（國家電投協鑫濱海發電有限公司 江蘇 224500）

1.機組概述

某廠1、2號機組均是由上海汽輪機有限公司引進德國西門子技術生產的1000MW超超臨界汽輪發電機組，型號為N1050-27/600/600。凝汽器采用上海電氣電站設備有限公司生產的N-53000單背壓、雙殼體、雙流程、表面式凝汽器；真空系統配置3×50%容量的水環式真空泵，正常運行時1臺運行、2臺備用；循環水系統采用擴大單元制海水直流式供水系統，每臺機組配置3臺混流式循環水泵。

2.機組真空異常現象

自8月份以來一直存在同工況下2號機組真空低于1號機組的現象，1、2號機組負荷-真空變化曲線如圖1所示。

圖1 1、2號機組負荷-真空變化曲線圖

由圖1可以看出同等工況下2號機組真空偏低于1號機組，且隨著負荷的增加，偏差越來越大，1000MW時比1號機組真空低約1.12kPa。

在機組運行期間，真空度的降低將直接引起汽輪機熱耗、汽耗增大和出力降低。當汽輪機的負荷不變時，真空每下降1kPa，將引起汽輪機功率降低約額定容量的1%；當汽輪機負載保持恒定時，真空度每下降1%會增加標煤耗1.5g/kWh；真空度每降低1kPa，汽輪機的蒸汽消耗量就會增加1.5%至2.5%。此外，機組的低真空度也會增加汽輪機的排氣溫度，導致汽輪機軸承的中心偏移。在嚴重的情況下，它還可能導致渦輪機組的振動增加。由此可見，凝汽器的真空度高低將直接影響機組的經濟性和安全性。

3.汽輪機凝汽器真空度下降故障分析

(1)真空降低的原因

在凝汽器中，汽輪機末級葉片排氣的冷卻過程是循環運動反應發生物理相變過程。凝汽器中蒸汽凝結的空間是汽液兩相共存的，其壓力決定于汽、水熱力平衡溫度，即該溫度對應的飽和壓力。從以上分析可以看出，提高汽輪機組凝汽器真空度的主要方法是減少凝汽器中的不凝氣體，降低蒸汽冷凝溫度，即pc=f（tc），飽和溫度可使用以下公式計算：

式中：tw1冷卻水進口溫度；△t 為冷卻水溫升；δt為凝汽器端差；hc、hc’分別為汽輪機的排氣焓和冷凝焓；DC、Dw分別為汽輪機排氣量和冷卻水量；Ac、k分別為冷卻面積和冷凝器傳熱系數；cp為冷卻水的比熱容。根據計算結果分析了冷凝器的流動和傳熱特性，結果表明，pc與tw1有關、汽輪機排汽量Dc和冷卻水量Dw、Ac和k有關。因此，凝汽系統及凝汽器真空影響因素先前已知包括：抽氣設備性能、進水溫度、凝汽器熱負荷和冷卻水流量、凝汽器冷凝面積及冷凝器的型式、真空系統高度的嚴密性、凝汽器清潔系數等。

(2)診斷試驗過程

①真空表計準確性的檢查

經檢查凝汽器真空值與汽輪機排汽溫度一一對應，說明運行表計測量沒有問題。

②真空泵運行性能的檢查

機組正常運行時，真空泵為一運兩備。運行真空泵B的電流為166A，與去年同期及1號機組均接近，檢查真空泵B冷卻水進水溫度28～32℃之間，水溫在設計范圍內，同時將真空泵由B切至A或C，機組真空均未有變化，由此可以判斷真空泵抽氣能力正常。

③真空系統嚴密性試驗

2號機組凝汽器真空正常，機組負荷應穩定在額定負荷的80%以上。試驗過程中，機組負荷及其運行參數應保持穩定，實測試驗結果如下，A/B側冷凝器的真空下降率分別為58Pa/min和62Pa/min。真空度基本未變化，空氣泄漏不顯著，排除了該設備泄漏對真空度的影響。

④凝汽器循環冷卻水量

循環冷卻水的流量由循環水泵的性能特性、循環水泵的運行方式和循環水系統的管道特性決定。6月15日前循環水系統采用兩機三泵聯絡運行，通過調整兩臺機組循環水回水門開度控制兩臺機組真空一致。隨著環境溫度的上升，6月15日循環水系統改為兩機四泵循環水運行，同時兩臺機組循環水進、回水門全開。兩臺機組循環水系統布置示意圖如圖2所示。

圖2 循環水系統布置示意圖

由圖2可以看出循環水至2號機組凝汽器距離大于1號機組，相應其管道阻力也大于1號機組，當循環水聯絡門開啟時，因管道阻力不一致，兩臺機組循環水量會存在分配不均，1號機組循環水量大于2號機組。6月24日關閉循環水聯絡門，2機組凝汽器主要參數變化數據見表1。

表1 機組凝汽器主要參數變化（聯絡門關閉前后）

從表1可以明顯看出，聯絡門關閉后，2號機組凝汽器循環水入口壓力增加約7kPa，循環水出口溫度降低0.5℃，排汽溫度下降0.7℃，真空提高0.2kPa。聯絡門關閉后，1、2號機組負荷-真空變化曲線如圖2所示。

從圖3可以明顯看出，聯絡門關閉后，兩臺機組真空偏差有明顯減小，機組負荷1000MW時由原來的0.88kPa減小至0.49kPa，但2號機組真空仍比1號機組偏低，且隨著負荷的升高而逐漸增大。由此可以得出結論，循環水流量不是2號機組真空度低的主要原因。

圖3 1、2號機組負荷-真空變化曲線圖（聯絡門關閉后）

⑤凝汽器清潔度

凝汽器冷卻管的污垢堵塞或結垢會對機組的真空度產生重大影響。隨著機組連續運行時間的增加，凝汽器冷卻管道很可能會被循環水中所攜帶的膠體、填料、海洋生物等雜物堵塞管道。碎屑堵塞程度越高，可用于循環水流動的冷凝器冷卻管道的橫截面積越小，內部阻力越大。單位時間內冷卻管道中循環水流量的大小和速度將明顯低于標準水平，使得循環水溫升增大，機組真空降低。如果單側冷凝器的冷卻管道出現結垢或堵塞，會造成運行中凝汽器真空緩慢下降，該側循環水受到溫升作用的時間變長，導致凝汽器兩側循環水出口溫度產生很大偏差。與此同時，該側凝汽器循環水進出口水壓力也會發生明顯變化。與去年同期2號機組凝汽器主要參數對比如表2所示。

表2 額定工況下2號機組凝汽器主要參數同期對比

由表2可以看出B側循環水進、出口壓力均增大，特別是B側循環水溫升高明顯，同比升高2.6℃，比A側偏高3.5℃。由此表明2號機組B側凝汽器存在冷卻管結垢或臟污現象。

⑥真空低原因診斷結果

綜上所述，可見2號機組真空偏低的主要原因是機組長周期運行，循環水中所攜帶的膠體、填料、海洋生物等雜物在B側凝汽器內緩慢堆積，造成冷卻管道可用于循環水流通的橫截面積減小，內部阻力增大，與標準水平相比，單位時間內冷卻管道中循環水的流量和速度變小，特別是當兩臺機組循環水聯絡門開啟后，因2號機B側凝汽器因鈦管存在臟堵，阻力增大，造成2號機循環水量會大幅度減小，兩臺機組真空偏差更明顯。故本次2號機組真空偏低的根本原因是B側凝汽器的清潔度系數降低造成機組真空度降低。

4.應對措施及建議

（1）在停機期間或機組運行期間，隔離半側凝汽器，檢查并清潔2號機組的B側冷凝器，并盡快恢復冷凝器的正常清潔。

（2）未對B側凝汽器清污前，盡量增大B側循環水流量。兩機四泵、循環水回水門全開時采用關閉循環水聯絡門，避免因B側凝汽器內阻大，造成循環水大量流向1號機組，同時可以關小2A凝汽器循環水回水門，增大2B凝汽器循環水流量。兩臺機組循環水采用聯絡運行時，關小1A、1B、2A凝汽器循環水回水門，開大2B凝汽器循環水回水門，保持兩臺機組各臺凝汽器循環水溫升一致。

（3）加強循環水旋轉濾網的清潔保養。設備維護人員應定期清潔循環水濾網，發現損壞應及時修復，盡量將污垢留在濾網外，并根據循環水臟的情況及時調整循環水旋轉濾網的運行方式，確保循環水的潔凈度。

（4）加強膠球清洗裝置的維護和運行管理。發現缺陷及時聯系維修人員排除，確保膠球清洗系統正常運行；同時，規范運行管理，確保每天定期使用膠球清洗，及時查明膠球清洗裝置接球率下降的原因，確保膠球系統的可靠運行。