抽凝式汽轮机凝汽器真空下降原因分析及改善措施

摘要：在抽凝式汽轮机运行过程中，机组真空状况是安全、经济和高效运行的一个关键因素。若真空每上升1Kpa，其供电煤耗约降低3g/kWh，由此可以看出，机组正常的真空状况将直接关系到发电行业的发展。目前，我国大部分汽轮机组出现了或多或少的真空问题，甚至低于设计值，严重影响了机组的运行效率。本文对凝汽器真空低的原因进行了分析，并提出了解决的方案。

关键词：抽凝；真空；端差；冷却塔；严密性

1 凝汽器的作用及工作原理

凝汽设备是抽凝机组中的关键部件，其辅机包括凝汽器、循环水泵和凝结水泵、抽气器与其相连的管路及附属装置。利用水作为冷却媒介，可以有效地降低汽轮机排汽压力和排汽温度。然而，在所有情况下，不能对排汽压力进行随意地减小，因为在凝汽器中，当蒸汽冷凝成水之后，其体积会急剧地缩小，水蒸汽的容量是水的3万倍左右，因此会行成高度真空。凝汽器中有两个作用，一个是在汽轮机的排气端口产生高的真空，使得进入的蒸汽在汽缸中的膨胀到远远小于大气压，将蒸汽中含有的热能尽量转化成机械能，从而提升机组效率。二是把排汽冷凝成水，并且这样的冷凝水质量很好，适合作为锅炉的供水，可以进行多次的循环，确保了对锅炉的给水。

2 真空低的原因分析

2.1 凝汽器管脏污换热效率下降

凝汽器是一种由多根钢管构成的管道换热器，其内部有大量的水通过，而管道外部流过蒸汽；凝汽器管壁污垢是凝结蒸汽系统运行性能劣化的主要因素，其表面积垢会导致换热系数的下降，进而导致凝汽器端差增加、真空度降低。另外，蒸汽品质不合格，也会对换热管汽侧造成污染，同样影响换热效果。

2.2 真空系统

由于真空系统设备较多，若有大量的空气进入，若抽气设备不能迅速排除，则凝汽器汽端的空气及其他不冷凝气体会在凝汽器的管束外壁上生成一层汽膜。使得凝汽器换热阻力增大和换热系数下降，造成凝汽器端端差加大、真空度下降，进而造成循环效率下降。同时，凝汽器中非凝结气体积聚，使凝结水过冷度上升，影响低压加热器回热效率。在汽轮机设备中，在真空条件下，通过与其对应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等紧密部位，以及新蒸汽的引入，也会带来很小的不凝结气体。当真空系统严密性良好时，进入凝汽器的空气量不足排汽量的万分之一。

2.3 轴封系统

各级加热器是一种用于改善机组运行效率的供热装置，其原理是将机组内部做过部分功的蒸汽抽出，导入到加热器中进行加热，形成冷凝水和供水；增加了锅炉供水的水温，降低了凝汽器的蒸汽流量，降低了系统的热量损耗；提升了真空度，节约燃油，是电厂经济效益的重要途径。但有的汽轮机组的高中压缸和低压缸轴封供汽管道设计共用一根轴封汽供汽管，造成汽缸两端轴封供汽量不足，使空气从低压轴封处漏入凝汽器，增加了凝汽器的热负荷，进而对机组的真空产生了一定的影响。

2.4 循环水系统

循环泵的作用是将凝汽器排出的蒸汽凝结成水，所以其容量的选取与凝汽器凝汽量和其他辅机的用水量有密切的关系。凝汽器是一种稳定的、平衡的、持续的换热过程，蒸汽在每个时间点排出的蒸汽都会在凝汽器中冷凝为水，同时，循环水在冷凝过程中产生的热量又会被循环再利用，因此，它的最优冷却水量也是不一样的。凝汽器真空度与循环量（循环倍率）密切相关，循环倍率值越大，循环水温升越小，凝汽器就可得到较低的压力，即凝汽器真空就会越高。

2.5 射抽系统

射抽系统工作水压力低、水量不足或过大，都会影响到抽气装置的抽吸能力，造成凝汽器真空度的减小。对于给定的抽气压力，当工作水压较低时，抽吸空气量较低，达不到凝汽器对空气的需求；当工作水量不足，吸入室中因没有足够的工作水而压力升高，抽吸能力下降。当工作水过量增长时，在扩压管的出口会出现排水阻塞，使管道内的水压上升，吸入室的压力增大，抽气能力也随之降低。为了保证合理抽气能力，应适当地调节工作水压和流量（见图1）。

3 改善真空的措施

3.1 运行中仔细地排查汽轮机真空系统严密性

在工作过程中，在负压条件下，管路上的阀兰和盘根的密封件都要用成型的石墨衬垫，在维修过程中，要仔细地把与真空有关的阀门拆开，检查密封性，同时还要仔细地检查与凝汽器相接的蒸汽管路的喉部连接部分。

3.2 利用机组检修机会，做好真空系统查漏工作，对泄漏点及时加以消除

在机组进行大、小修、临检和调停时，对负压系统进行高位灌水结合充一定压力的压缩空气（0.03Mpa～0.044MPa）进行查漏，这样就能发现很多渗漏部位，并做好详尽的记录，并将其彻底清除。负压系统的阀门的法兰，如果发现有泄露，可以将其法兰和法兰垫片更换。在设备运转时，对相关的减压阀法兰等部位可以注入氦或氟化氢，并用检漏仪对其上排出孔进行检测，如渗漏检测仪发出警报，即表示渗漏，应当消除。

3.3 提高凝汽器清洁度，提高蒸汽品质

尤其要强化对凝汽器中的橡胶球清洁设备的运行和维修，要加大对橡胶球投入率和回收率的控制力度，强化对循环水的污染情况的分析，定期清扫过滤器以去除杂质及污物。如果在凝汽器的热交换管表面上出现了硬垢，会导致真空度降低，可以采用酸洗的方法去除。沉积物主要是碳酸盐，并夹有硅酸盐和硫酸盐，选择以5%以下的有机酸-氨基磺酸为主要洗涤液来冲洗铜管。用0.5%的酸性阻锈剂和铜阻锈剂，适量的渗透剂，0.2%氢氟酸，水温40℃，流速0.1m/s，进行循环洗涤。

3.4 循环水泵的经济调度

针对循环水泵、循环水系统及循环水量等方面的问题，避免冷却水量不够的缺点，定期对其喷淋装置和填料等进行检修，提高冷却效果。尽管用水量越多，真空度越高，但是，用电功率越大，需要通过实验来决定其经济用水量。电站设置时，设置三个相同容量、相同型号的循环泵，按照循环倍率的需要，最多开启2台，至少开启1台；出水口采用蝶形阀（全打开、全关闭），以适应各季节、各单元动力的改变来进行用水的调节，并采用变频调速装置，对各泵的输出流量进行持续调节，从而实现节能。

3.5 加强对抽汽回热系统的运行监视和检修维护

要正确地调节轴封间隙，在工作中要加大对轴封压力的调节。同时回热系统设计的全部阀门都要做好安装之前的检查工作，克服只顾外漏而忽视内漏的观念，使得回热系统在最优经济方式下运行。

3.6 提高射水抽气器的工作效率

在夏天高温（35℃）条件下，射水箱内的空气湿度受水的影响（饱和温度与饱和压强一一对应），会影响抽吸容量。因此徐州电厂曾将1台射水抽气器改造为真空泵，在夏季运行工况有了一定的改善。此外，还研究表明，夏天将排出的蒸汽与混合气体进行冷却，也会得到比较好的结果。

4 结语

总结来说，凝汽器的真空问题是一种动态问题，需要在日常工作中通过强化运行管理与设备维护，将其维持在一个良好的状态，从而达到提升的发电效能、节能降耗，为企业和国家创造经济利益。

参考文献：

[1]李振雨.汽轮机凝汽器真空下降原因排查及处理[J].商品与质量，2019（28）：98.

[2]张青.汽轮机凝汽器真空下降的原因分析[J].建筑工程技术与设计，2018（36）：4276.

[3]屈甜甜.余热蒸汽螺杆膨胀发电机凝汽器真空度低原因分析[J].大氮肥，2019，42（01）：25-28.

[4]初广宇.机组正常运行期间与凝汽器真空的关系分析[J].产业与科技论坛，2019，18（03）：74-75.