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摘要：在汽轮机凝汽器中真空度的高低直接决定了整个汽轮机组的运行质量与经济性，如果其真空度降低会造成机组运行经济新的下降。本文中探讨了汽轮机凝汽器真空度降低的现象、成因及具体影响，在排查原因后提出具体的预防措施与在线检修方法。
关键词：汽轮机；凝汽器；真空度；降低成因；预防措施
一直以来，汽轮机运行的经济性和安全性会受到汽轮机凝汽器真空高低的直接影响。凝汽器真空低，同时也会导致保护工作的出现，直接引发机组跳闸现象。所以，本文针对真空低的主要原因进行分析。
1 汽轮机凝汽器真空概述
凝汽器真空度指的是大气压中汽轮机低压缸排气端真空百分比，这是判断汽轮机组的重要指标，同时也能考核凝汽器的总体性能。凝汽器真空度会对汽轮运行机组的经济效益产生影响。当机组真空度降低，就会提升相应的热能消耗。所以，凝汽器需要保持良好的运行状态，这样才可以满足真空环境的要求[1]。出现汽轮机凝汽器真空度降低，主要表现在：第一，汽轮机凝汽器真空度降低，会增加热能的消耗，提升排汽的温度。第二，一旦出现真空度降低的情况，引起汽轮机本体参数有较大变化，就会有振动大、轴承温度高等现象发生，各项参数偏离正常值，严重时达到保护跳闸值。第三，如果调节汽门的开度没有出现任何的变化，降低真空度，就会减少汽轮机的负荷。
2 机组及汽轮机凝气系统
1.0Mt/a连续重装装置使用的汽轮机机型为NKS40/45/20,属多级反动中压蒸汽凝汽式汽轮机,由杭州汽轮机股份有限公司引进德国西门子技术设计制造。转子为双出轴,同时驱动BCL708+BCL709两台离心机组,单侧进汽,采用向上进汽和向下排汽的结构。汽缸上装有疏水阀,所有的疏水口最后都集中到疏水膨胀箱。汽轮机带有表面式凝汽器和热井液位自动调节系统,并配有启动凝汽系统由凝汽器、热井凝结水泵、疏水膨胀箱、两级射汽抽气装置及排气安全阀等组成。汽轮机排出的低压蒸汽在凝汽器中被凝结为水流入热井。而排气管道和汽轮机各疏水点的凝结水流入疏水膨胀箱中,疏水膨胀箱与热井连通,一部分冷凝水由凝结水泵送回热井用于控制液位,另一部分送到装置余热锅炉系统中发汽,凝汽器采用循环水冷却。
凝结水泵共2台,均为卧式,2台互为备用。正常工作时,只有一台主凝泵工作。两级射汽抽气器装置抽出冷凝器内的不凝气,并维持冷凝器的负压状态。当冷凝系统内的压力高于大气压0.02MPa时,位于排气管道上的安全阀自动打开,使系统降压。凝汽器的型号为N-1600-51,二道制四流程流道,冷却面积1600m2,设计的耗水量为1550t/h。两级射汽抽气器一级换热面积为10m2,二级为5m2,抽干空气量一级和二级总共为10.2kg/h,启动抽气器为102kg/h,工作蒸汽耗量一级和二级为150kg/h,启动抽气器为190kg/h,冷却耗水量为50t/h,所需抽汽用的蒸汽与主透平的参数一致。
3 真空度降低对机组运行的危害
真空度是凝汽式汽轮机的一个重要运行参数,当真空度降低时,机组的排气温度会升高,这不但会影响机组运行的经济性,而且对机组的安全也有很大影响。真空度对机组运行的影响主要表现在以下几个方面。
3.1 凝汽器真空度降低
汽轮机的排汽压力升高,排汽温度上升,被循环水带走的热量明显增加,蒸汽在凝汽器中的冷源损失增大,机组的热效率明显下降。汽轮机排汽温度升高较多时,将使排汽缸及低压轴承等部件受热膨胀,机组变形不均匀,这会引起机组中心偏移,可能发生振动。此外,排汽温度过高时,可能引起凝汽器铜管的胀口松弛,破坏凝汽器的严密性,甚至引起循环水短路。
3.2 凝汽器真空度降低时,机组的负荷也将减少,甚至达不到额定负荷。要维持机组负荷不变,需要增加主蒸汽流量,这时末级叶片可能超负荷。当真空度降低到一定程度而要维持生产负荷时,蒸汽流量就会不断增大,这时机组的轴向推力将增大,推力轴承温度升高,严重时可能烧损。如果机组的设计余量较小,则即使机组在满负荷的情况下,也达不到生产的设计要求。
4 凝汽式汽轮机真空度降低的原因分析
4.1 凝汽器系统问题
4.1.1 凝汽器系统满水
凝汽器满水是导致凝汽式汽轮机真空度降低的主要原因之一。当凝汽器内水位升高时，下方部分冷凝管被淹没在水中，使得凝汽器的冷却面积遭到缩减，进而增加了汽轮机的排汽压力，致使汽轮机真空度下降。随着凝汽器内水位不断上升，安装在凝汽器上的真空表指示数值将持续下降，而抽空器上的真空表指示数值将持续上升，当水位超出了抽空器的管口部位时，将会导致排气管中有水溢出，影响到系统的正常工作。造成凝汽器系统满水的原因有以下几种：其一是凝结水泵发生故障；其二是凝汽器的铜管产生裂缝甚至破裂，使凝结水的水质受到污染；其三是凝结水的备用泵出现故障，既有可能是未关严阀门，也有可能是逆止阀遭到损坏，导致水流经由备用泵倒灌至凝汽器中；其四是在凝汽器系统运行过程中错误的将凝结水再循环的调整门打开，导致凝汽器满水。
4.1.2 凝汽器冷却面结垢
在日常生产中存在多种因素导致凝汽器冷却面出现结垢问题，其中最常见的诱导因素即为循环水的水质问题。由于循环水质较差，在凝汽器系统长时间运行的过程中，循环水中含有的杂质不断沉积造成冷却面结垢，导致凝汽器的冷却效果大大下降。在日常检查中我们注意到，在导凝口处排出的循环水呈现出浑浊状态，甚至里面还带有泥沙颗粒。究其原因是由于凝汽器在长时间运行的过程中冷却面积垢问题愈加严重，导致流体阻力上升，冷凝管内的通流面积不断减少，致使冷凝管的传热性能与凝汽器冷却功能持续减弱，中压蒸汽做功后无法被完全冷却，使得抽空器承担过多负荷，进而导致凝气系统真空度下降。与此同时，热井温度呈现出不断攀升的趋势，导致凝结水持续处于高温沸腾状态，热水助长了结垢能力，呈现出循环往复的不良态势，导致冷却效果与真空度都持续减弱，造成了更大的系统能耗。
4.1.3 凝汽器气密性不良
一方面是凝汽器铜管的泄漏问题，这也是造成凝汽器故障的常见因素。当凝汽器铜管发生泄漏，将导致高硬度的冷却水直接进入到凝汽器的汽侧造成水位升高，从而使得真空度下降。同时，高硬度的冷却水与凝结水混合造成水质恶化，进而导致设备出现积垢、腐蚀等问题，甚至还会产生锅炉爆管的严重后果。另一方面是凝汽器真空系统缺乏密闭性问题，导致未凝结的汽体从漏点中进入到真空部位，进而泄漏到凝汽器内部。在凝汽器中这些不凝结汽体愈积愈多，严重影响到凝汽器的传热性能，进而导致真空度呈持续、缓慢下降态势，当漏气量与抽气量呈现均衡状态时，真空度将保持定值。
4.2 轴封系统问题
倘若轴封系统缺乏充足供汽或供汽中断，小机轴封缺失，也会致使不凝结汽体由外部泄漏进真空部位，进而进入到凝汽器内部呈大量滞留状态，导致凝汽器的传热效果受到影响，凝结水过冷度上升，导致真空度迅速下降。同时还会因空气冷却轴颈，严重时使转子收缩，胀差向负方向变动。
4.3 循环水问题
4.3.1 水温升高
受季节与温差影响，循环冷却水的温度在夏季会持续升高，导致凝汽器换热效果受到严重影响。当循环水进口温度上升时，其吸热能力下降，进而致使蒸汽冷凝温度与排气压力双双攀升，影响到蒸汽的焓降，从而致使凝汽器内的真空度降低。据实验测算，每当循环水温度上升5℃时，凝汽器内的真空度就缩减1%。如今许多循环供水系统采用闭式循环冷却塔，冷却塔的工作情况直接影响到水温冷却效果。鉴于飞散与蒸发造成的水损失，应当及时补充冷水，以确保冷却塔发挥降温功效。同时，应当定期检查冷却塔中的分配管，判断其出水状态是否正常，确保内部用水呈均匀分布状态，保证冷却塔良好的散热性能。
4.3.2 水量不足
造成循环水水量不足的因素主要有两种，一种是凝汽器真空度的持续下降，另一种是循环水出入口存在过大温差。根据造成循环水水量不足的不同因素，应当结合其具体特点分析故障原因：一方面，当凝汽器内的流体阻力与循环水出入口的压差持续增大，凝汽器进口、循环水泵出口的循环水压显著增大，冷却塔布水量减少时，则可以判定造成循环水量不足的原因是凝汽器内铜管发生堵塞问题。另一方面，当循环水泵的供水量显著减少时，倘若发现安装在水泵入口处的真空表指示显示负压减小且指针发生摆动、水泵内部存在杂音、电流异常波动等现象，也可判定循环水量不足。
5 改善汽轮机凝汽器机组真空的有效措施
5.1 提高真空系统的严密性
在停机的阶段，需要做好灌水检漏，直接实现漏汽点消除；按照负荷的实际变化，对汽轮机的轴封压力进行调整；经常性的检查负压系统的阀门，避免出现泄漏的问题。机组运行可以选择通过氦气检漏仪的方式做好查漏处理。
5.2 改善轴封系统
针对轴封系统，做好相对应的改造，这样才可以解决轴封汽外冒的现象，并且也可以将轴封汽的压力进行合理调整，最终避免出现低压轴封泄漏，而影响真空的情况出现。
5.3 清洗受热面
冷却面结垢对于真空度会产生一种逐渐积累并增强的影响，结垢之后会增大对换热的效果带来影响。所以在机组停运的时候，也需要及时冲洗水室和铜管，并且强化换热效果。
5.4 降低冷却水温
对于提升真空度来说，降低凝汽器的进口冷却水温度是有效的途径之一。考虑到飞散或者是蒸发，冷却补充用水偏大，及时的补充，才可以有效的进行降温。另外，对于冷却塔的分配管也需要定期的检查，确保出水的顺畅性，保证填料层没有任何泥垢存在。
5.5 循环水泵的经济调度
通过冷却水量的改变，就可以改变吸热量。如，在每一台机组配置2台相同型号的高低转速循环水泵，基于冷却循环倍率的要求和不同的季节和机组功率变化来进行水量的调节，通过可切换循环泵的转速调整，可以满足真空度以及节电的要求。
5.6 加强检查维护，做好预防工作
在采取有效措施解决现存问题的基础上，还应当加强对各项设备的日常检修维护工作，最大限度预防真空下降事故的发生。例如，加强对循环水供水设备、凝结水泵、真空泵等设备的日常检修与维护，加强对凝结器水位、轴封压力状况、汽轮机真空系统、冷却塔热力性能的监测、监视工作，投入低真空保护装置，加强对凝汽器内铜管及水侧的清洁疏通工作等。借助日常的检查与维护，能够及时有效发现问题并采取措施予以解决，同时也能够消灭问题发生的隐患，为设备与机组的安全稳定运行打下良好基础。
6 汽轮机组凝汽器真空降低的原因分析及处理实证分析
6.1 故障现象
某厂的1号机组汽轮机，在相同负荷以及外界温度变化不大的情况下，2号机组的真空度要比1号机组低2kPa，这会对机组安全运行以及经济效益产生影响。所以，基于这一情况，需要做好全面的分析。
6.2 原因分析及故障处理
6.2.1 原因分析
第一、检查轴封系统的漏气。实际的轴封压力为0.02MPa，为了检查是否出现漏气，直接将其压力缓慢提升，并且打开轴封调节阀的旁路阀门，如果汽封块出现磨损，当调节轴封供汽的时候，就会改变其真空度。第二、真空泵出力不足。检查真空泵是否运行正常，真空泵冷却水温度是否正常。第三、循环冷却水流量降低。在机组排汽量没有改变的情况下，凝汽器循环水量下降，则凝汽器的排汽温度必将上升，由于排汽温度的上升，该温度下对应的饱和压力则会提高，所以循环水流量降低，凝汽器的真空会下降。第四、凝汽器冷却面结垢。由于循环水水质的问题，就可能出现杂质结垢的问题，影响实际的冷却效果。所以，在长时间运行之后，就会有积垢存在于其中，这样在流体阻力被迫增大的同时，还会影响实际的冷却效果。
6.2.2 故障处理
第一、按照规定来对真空严密性进行试验，做好进出口水温、真空、端差等运行参数的合理分析。第二、对于出现漏入的空气设备系统，在进行检查的过程中，就需要增强查漏与堵漏处理，需要将问题彻底的改善。第三、增强凝汽器胶球清洗系统运行以及检修管理，不断提升清洗的质量。当回水管收球网前后的循环水压差增大，就应该进行反冲洗处理，确保其能够正常的工作。第四、及时清理真空泵冷却器，降低工作水温度，检查入口滤网是否污堵，检查真空泵出力是否正常。
7 结语
总而言之，在实际的运行中，汽轮机真空系统发挥了关键性作用，其运行好坏直接关系到经济运行和安全运行，所以，确保系统运行的稳定性格外关键。在实际运行中，真空系统故障发生进程相对缓慢，难以发现，所以需要增强检查力度，找准安全隐患，进而处理故障，降低事故发生的概率。针对真空度降低的问题，需要查明原因，及时的处理，才能满足机组安全性的要求。
参考文献：
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