论文部分内容阅读
摘 要：本文分析了凝汽器低真空专项预防措施，介绍了凝汽器真空形成的原理，影响凝汽器低真空的原因，采取的调试措施。
关键词：凝汽器；低真空；措施
凝汽器作为汽轮机热力系统的冷端，对机组运行的安全性和经济性均具有重要的意义，凝汽器真空度低于设计值会对机组运行造成如下严重影响：1）凝汽器真空低易造成排汽缸及轴承座受热膨胀过大，造成汽轮机轴系中心偏移，机组振动增大；2）凝汽器真空低致使汽轮机排汽温度高，引起凝汽器冷却水管胀口松弛，从而凝汽器泄漏，使得凝结水污染；3）凝汽器真空下降使汽轮机排汽容积流量减小，极易在汽轮机末几级叶片处形成脱流及旋流等恶劣工况，造成汽轮机叶片损坏。
凝汽器真空度低于设计值使得汽轮机热耗及汽耗增大，机组经济指标下降，不同容量机组额定负荷时真空变化对机组热耗及发电煤耗的影响如下表：
由此可见，维持凝汽器真空在设计值，对于机组经济运行具有非常重要的意义，由于凝汽器相关系统复杂，且凝汽器真空度好坏牵涉设计、制造、安装、调试等多个环节的质量控制，因此预防凝汽器真空低成为新建、扩建机组建设过程中非常重要的专题之一。
1.凝汽器真空形成的原理
汽轮机组的真空系统由抽真空系统和密封蒸汽系统2部分组成，主要是用来建立汽轮机组的低背压，即用来建立凝汽器的高真空，使蒸汽能够最大限度地把热焓转化为汽轮机动能。凝汽器的工作原理是增大蒸汽在汽轮机组中的理想焓降，提高机组的循环热效率，将机组乏汽凝结为水以回收工质，并重新送回锅炉作为给水使用。乏汽凝结成水后，其体积急剧减小，在凝汽器内形成真空。
凝汽器内真空实际上就是凝汽器内汽、液共存状态下的饱和压力。该压力由排汽的冷凝温度确定，而冷凝温度则由热平衡和换热器端差来决定。冷却水由入口温度tw1逐渐吸热上升至出口处温度tw2，即冷却水的温升值Δt=tw2-tw1。由于凝结温度ts与tw2的差为传热端差δ，即ts=tw1+Δt+δ，则凝汽器中的蒸汽压力为ts所对应的饱和压力。由于凝汽器内还存在不凝结气体，所以该饱和压力就是凝汽器内蒸汽分压和不凝结气体分压的总和。
由上述分析可知，提高汽轮机组凝汽器真空度的途径主要是减少凝汽器内不凝结气体和降低蒸汽冷凝温度。
2. 影响凝汽器真空度的原因
引起汽轮机组凝汽器真空度下降的原因大致可分为外因和内因2种。外因主要有循环水量中断或不足、循环水温升高、后轴封供汽中断、抽气器故障等；内因主要有凝汽器满水（或水位升高）、凝汽器结垢或腐蚀、传热恶化、凝汽器水侧泄漏、凝汽器真空系统不严密以及汽侧泄漏导致空气涌入等。
2.1 胶球清洗装置对凝汽器真空度的影响
在机组运行过程中，凝汽器常用投胶球在线清洗来实现冷却管洁净的目的。如果胶球泵不能正常投运，将会造成凝汽器水侧或汽侧结垢，影响凝汽器的热交换，使其端差增大、排汽温度上升。此时凝汽器内水阻增大，冷却通流量减小，冷却水出入口温差随之增大，造成其真空度下降。资料显示，凝汽器端差每增加1℃，汽耗率增加0.25%～1%，煤耗上升约1g/kWh。因此，胶球清洗装置投运是否正常，将严重影响运行机组凝汽器真空度。
2.2 机组真空系统不严密对凝汽器真空度的影响
在运行机组中，机组真空系统不严密是比较常见的现象。在确定运行机组真空系统变差时，可采用查找空气泄漏等常规手段来判断。通常空气泄漏进入凝汽器的渠道有2个：一是在机组真空系统不严密处漏入；二是随同蒸汽一起进入凝汽器。由于锅炉给水经过多重除氧，所以出现第二种情况不多。因此，凝汽器内的空气主要是通过机组负压状态部件的不严密处漏入，如凝汽器壁、低压缸及轴封套结合面、接入凝汽器喉部的排气管道、排汽缸膨胀节、汽缸轴封、高中压汽加热系统等。空气大量漏入凝汽器将造成其传热恶化，使抽气设备过载。凝结水过冷度及含氧量增加会使凝汽器真空度快速下降，甚至使其无法正常工作。
3.初步设计阶段
（1）精准计算汽轮机冷端参数，确保凝汽器传热性能满足设计要求
针对机组边界条件进行机组热力系统核算，确定凝汽器循环水量、循环水冷却方式、凝汽器冷却管布置方式、胶球清洗方式，确保凝汽器具有良好传热性。
（2）合理设计凝汽器热负荷余量，确保凝汽器能够满足机组运行工况。
凝汽器热负荷量必须满足机组各种运行工况，同时尽量控制主蒸汽、再热蒸汽及抽汽系统排入凝汽器的疏放水量，对于管径较大的系统采用增加节流孔等方式进行节烈，且在管路系统增设截止阀，在不需要疏放水时及时关闭相应阀门，降低凝汽器附加热负荷。
（3）精简接入凝汽器的相关系统，合理布置接入凝汽器系统管线
精简其它系统与凝汽器的接口，防止相关系统与凝汽器接口泄漏，对接入凝汽器的系统进行管路优化设计，将相关阀门和测点布置在易于观察和操作的位置，便于及时进行相关部位的查漏和堵漏。
4. 调试阶段防范措施
a.消除机组负荷的影响
当凝汽器真空降低到一定报警限值时，及时降低机组负荷，以维持凝汽器的最低真空。
b.消除凝汽器漏入空气量的影响
若分析得出凝汽器存在漏空气问题，则进行凝汽器在线查漏和堵漏。
c.消除高、低压加热器疏水的影响
对于高、低压加热器疏水引起凝气真空下降的问题需确保水位调节阀的可靠性，且在设备运行中，加强对高、低压加热器水位、精心监视高、低压加热器的压力、温度、疏水温度、加热器端差、水位等参数的监视，及时发现异常问题并予以解决。
d.消除各高压蒸汽疏水的影响
加强对各高压蒸汽疏水控制系统的监视与维护，保证各高压蒸汽疏水动作正确性；在保证机组安全情况下及时关闭高压蒸汽疏水，以免高压蒸汽对阀芯长时间冲刷。
一旦出现高压蒸汽疏水关闭不严密的情况，应关闭其前手动隔离门，但是若出现机组他跳闸时需即刻打开相应的手动隔离门。
e.消除循环水流量及温度的影响
合理调整循环水冷水塔、循环水泵的运行方式来弱化因气候和天气变化造成循环水温度的变化。夏季时可以加开循环水泵来增大循环水流量来弥补循环水温度高对凝汽器真空的影响，用冷水塔全塔配水，来增大散热面积，降低循环水温度。冬季时凝汽器真空很高的情况下，减少运行循环水泵台数，节约厂用电。用冷水塔外区配水，减小散热面积，以提高循环水温度。当循环水泵因异常跳闸时引起循环水流量急剧下降，凝汽器真空也会急剧下降，这种情况，应立即确认泵出口蝶阀关闭，否则，立即就地手动关闭，同时，立即启动备用循环水泵、备用凝汽器真空泵，通过机组RB自动快速减负荷，否则，手动跳闸磨煤机，关小汽轮机调速汽门，快速减低机组负荷，以维持凝汽器真空在机组保护跳闸值以上。
f.消除凝汽器真空泵出力的影响
针对真空泵出力下降的情况，应检查真空泵汽水分离器水位是否正常，否则，对其补水或放水，确保汽水分离器水位维持在正常范围内。此外若汽水分离器温度过高，则应增大其冷却水流量，降低冷却水温度，维持温度为正常值。
g.消除低压轴封压力的影响
若汽轮机轴封供汽压力过低，可以通过开大轴封汽源（一般有冷再供汽、辅汽供汽、主蒸汽供汽等）来提高轴封压力，确保轴封供汽系统正常工作。
关键词：凝汽器；低真空；措施
凝汽器作为汽轮机热力系统的冷端，对机组运行的安全性和经济性均具有重要的意义，凝汽器真空度低于设计值会对机组运行造成如下严重影响：1）凝汽器真空低易造成排汽缸及轴承座受热膨胀过大，造成汽轮机轴系中心偏移，机组振动增大；2）凝汽器真空低致使汽轮机排汽温度高，引起凝汽器冷却水管胀口松弛，从而凝汽器泄漏，使得凝结水污染；3）凝汽器真空下降使汽轮机排汽容积流量减小，极易在汽轮机末几级叶片处形成脱流及旋流等恶劣工况，造成汽轮机叶片损坏。
凝汽器真空度低于设计值使得汽轮机热耗及汽耗增大，机组经济指标下降，不同容量机组额定负荷时真空变化对机组热耗及发电煤耗的影响如下表：
由此可见，维持凝汽器真空在设计值，对于机组经济运行具有非常重要的意义，由于凝汽器相关系统复杂，且凝汽器真空度好坏牵涉设计、制造、安装、调试等多个环节的质量控制，因此预防凝汽器真空低成为新建、扩建机组建设过程中非常重要的专题之一。
1.凝汽器真空形成的原理
汽轮机组的真空系统由抽真空系统和密封蒸汽系统2部分组成，主要是用来建立汽轮机组的低背压，即用来建立凝汽器的高真空，使蒸汽能够最大限度地把热焓转化为汽轮机动能。凝汽器的工作原理是增大蒸汽在汽轮机组中的理想焓降，提高机组的循环热效率，将机组乏汽凝结为水以回收工质，并重新送回锅炉作为给水使用。乏汽凝结成水后，其体积急剧减小，在凝汽器内形成真空。
凝汽器内真空实际上就是凝汽器内汽、液共存状态下的饱和压力。该压力由排汽的冷凝温度确定，而冷凝温度则由热平衡和换热器端差来决定。冷却水由入口温度tw1逐渐吸热上升至出口处温度tw2，即冷却水的温升值Δt=tw2-tw1。由于凝结温度ts与tw2的差为传热端差δ，即ts=tw1+Δt+δ，则凝汽器中的蒸汽压力为ts所对应的饱和压力。由于凝汽器内还存在不凝结气体，所以该饱和压力就是凝汽器内蒸汽分压和不凝结气体分压的总和。
由上述分析可知，提高汽轮机组凝汽器真空度的途径主要是减少凝汽器内不凝结气体和降低蒸汽冷凝温度。
2. 影响凝汽器真空度的原因
引起汽轮机组凝汽器真空度下降的原因大致可分为外因和内因2种。外因主要有循环水量中断或不足、循环水温升高、后轴封供汽中断、抽气器故障等；内因主要有凝汽器满水（或水位升高）、凝汽器结垢或腐蚀、传热恶化、凝汽器水侧泄漏、凝汽器真空系统不严密以及汽侧泄漏导致空气涌入等。
2.1 胶球清洗装置对凝汽器真空度的影响
在机组运行过程中，凝汽器常用投胶球在线清洗来实现冷却管洁净的目的。如果胶球泵不能正常投运，将会造成凝汽器水侧或汽侧结垢，影响凝汽器的热交换，使其端差增大、排汽温度上升。此时凝汽器内水阻增大，冷却通流量减小，冷却水出入口温差随之增大，造成其真空度下降。资料显示，凝汽器端差每增加1℃，汽耗率增加0.25%～1%，煤耗上升约1g/kWh。因此，胶球清洗装置投运是否正常，将严重影响运行机组凝汽器真空度。
2.2 机组真空系统不严密对凝汽器真空度的影响
在运行机组中，机组真空系统不严密是比较常见的现象。在确定运行机组真空系统变差时，可采用查找空气泄漏等常规手段来判断。通常空气泄漏进入凝汽器的渠道有2个：一是在机组真空系统不严密处漏入；二是随同蒸汽一起进入凝汽器。由于锅炉给水经过多重除氧，所以出现第二种情况不多。因此，凝汽器内的空气主要是通过机组负压状态部件的不严密处漏入，如凝汽器壁、低压缸及轴封套结合面、接入凝汽器喉部的排气管道、排汽缸膨胀节、汽缸轴封、高中压汽加热系统等。空气大量漏入凝汽器将造成其传热恶化，使抽气设备过载。凝结水过冷度及含氧量增加会使凝汽器真空度快速下降，甚至使其无法正常工作。
3.初步设计阶段
（1）精准计算汽轮机冷端参数，确保凝汽器传热性能满足设计要求
针对机组边界条件进行机组热力系统核算，确定凝汽器循环水量、循环水冷却方式、凝汽器冷却管布置方式、胶球清洗方式，确保凝汽器具有良好传热性。
（2）合理设计凝汽器热负荷余量，确保凝汽器能够满足机组运行工况。
凝汽器热负荷量必须满足机组各种运行工况，同时尽量控制主蒸汽、再热蒸汽及抽汽系统排入凝汽器的疏放水量，对于管径较大的系统采用增加节流孔等方式进行节烈，且在管路系统增设截止阀，在不需要疏放水时及时关闭相应阀门，降低凝汽器附加热负荷。
（3）精简接入凝汽器的相关系统，合理布置接入凝汽器系统管线
精简其它系统与凝汽器的接口，防止相关系统与凝汽器接口泄漏，对接入凝汽器的系统进行管路优化设计，将相关阀门和测点布置在易于观察和操作的位置，便于及时进行相关部位的查漏和堵漏。
4. 调试阶段防范措施
a.消除机组负荷的影响
当凝汽器真空降低到一定报警限值时，及时降低机组负荷，以维持凝汽器的最低真空。
b.消除凝汽器漏入空气量的影响
若分析得出凝汽器存在漏空气问题，则进行凝汽器在线查漏和堵漏。
c.消除高、低压加热器疏水的影响
对于高、低压加热器疏水引起凝气真空下降的问题需确保水位调节阀的可靠性，且在设备运行中，加强对高、低压加热器水位、精心监视高、低压加热器的压力、温度、疏水温度、加热器端差、水位等参数的监视，及时发现异常问题并予以解决。
d.消除各高压蒸汽疏水的影响
加强对各高压蒸汽疏水控制系统的监视与维护，保证各高压蒸汽疏水动作正确性；在保证机组安全情况下及时关闭高压蒸汽疏水，以免高压蒸汽对阀芯长时间冲刷。
一旦出现高压蒸汽疏水关闭不严密的情况，应关闭其前手动隔离门，但是若出现机组他跳闸时需即刻打开相应的手动隔离门。
e.消除循环水流量及温度的影响
合理调整循环水冷水塔、循环水泵的运行方式来弱化因气候和天气变化造成循环水温度的变化。夏季时可以加开循环水泵来增大循环水流量来弥补循环水温度高对凝汽器真空的影响，用冷水塔全塔配水，来增大散热面积，降低循环水温度。冬季时凝汽器真空很高的情况下，减少运行循环水泵台数，节约厂用电。用冷水塔外区配水，减小散热面积，以提高循环水温度。当循环水泵因异常跳闸时引起循环水流量急剧下降，凝汽器真空也会急剧下降，这种情况，应立即确认泵出口蝶阀关闭，否则，立即就地手动关闭，同时，立即启动备用循环水泵、备用凝汽器真空泵，通过机组RB自动快速减负荷，否则，手动跳闸磨煤机，关小汽轮机调速汽门，快速减低机组负荷，以维持凝汽器真空在机组保护跳闸值以上。
f.消除凝汽器真空泵出力的影响
针对真空泵出力下降的情况，应检查真空泵汽水分离器水位是否正常，否则，对其补水或放水，确保汽水分离器水位维持在正常范围内。此外若汽水分离器温度过高，则应增大其冷却水流量，降低冷却水温度，维持温度为正常值。
g.消除低压轴封压力的影响
若汽轮机轴封供汽压力过低，可以通过开大轴封汽源（一般有冷再供汽、辅汽供汽、主蒸汽供汽等）来提高轴封压力，确保轴封供汽系统正常工作。