外部环境对凝汽器的影响分析及对策

摘 要：凝汽器能够保证长期稳定地正常运行，除了正确的热力计算外，还需要了解凝汽器实际运行时所处的环境，外部环境的种种参数的变化会直接影响凝汽器的运行。本文从外部环境的温度、腐蚀、地震等几个方面来分析对凝汽器的影响，对凝汽器的设计及运行工作具有重要指导作用。

关键词：凝汽器；温度；腐蚀；地震

在现代大型電站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽器设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口处建立与维持一定的真空度[1]。凝汽器的运行状况对汽轮机装置的效率、功耗等有重大影响，在凝汽器设计时，我们在保证热力计算结果正确性的基础上，同时还需掌握季节更替、空气湿度等外部环境因素变化对凝汽器设备产生的影响，因此准确掌握凝汽器设备的外部环境参数对于凝汽器的设计乃至与整个凝汽式汽轮机组的安全运行都有重要作用。

1.环境温度的影响

凝汽器的换热过程是通过循环水泵提供的循环冷却水将汽轮机排气口排出的乏汽冷凝成水，当环境发生变化导致循环冷却水温度产生变化时，凝汽器的背压就会发生变化，进而对凝汽器的换热面积产生影响。

在凝汽器内，蒸汽是在汽侧压力对应的饱和温度下凝结[2]。当凝汽器中蒸汽和冷却水的流动近似于逆流情况时，其温度沿冷却表面的分布如图1所示。蒸汽凝结的温度ts应由下式确定

ts= tw1+Δt +δt= tw1+（ tw2- tw1）+δt （1）

式中：tw1， tw2为冷却水进，出口温度；Δt为冷却水温升；δt为传热端差。从式（1）中可知，凝汽器运行时，通过tw1，Δt和δt可计算得到饱和蒸汽温度ts，从而求得排汽压力Ps，进而确定凝汽器的换热面积。在假定冷却水温升Δt和传热端差δt不变的情况下，若循环水进水温度tw1发生变化必然会引起排汽压力Ps和凝汽器的换热面积的变化，从而对机组的经济性产生影响。所以环境温度决定凝汽器的设计必须考虑到循环水进水温度变化对背压和换热面积的影响以及对机组经济性的影响。

2.腐蚀的影响

在一些沿海城市，淡水资源匮乏，必须采用海水作为冷却水，由于海水具有强腐蚀性，这就决定凝汽器的设计必须考虑到海水腐蚀性的影响。

海水是含有多种盐类的水溶液，其中含有约3%的氯化钠，使其对铁的腐蚀速度大大增大。凝汽器中的水室与换热管中是充满冷却水的，当冷却水采用海水时，作为重要承装容器的水室必须能够承受来自海水的腐蚀。通常做法是将水室与海水隔离，即衬里技术。采用内衬涂层、内衬塑料、内衬橡胶等来达到隔离效果，降低海水腐蚀水室的可能性。同时采用阴极保护的电化学保护措施，通过牺牲阳极来减缓海水对水室的腐蚀速率。进而提高设备的寿命。对于换热核心部件的冷却管来说，更加必须考虑海水的腐蚀。一旦换热管被腐蚀穿孔，意味着海水泄漏进入凝汽器以及后续的回热系统，对于整个机组都有很大伤害。以往我们采用不锈钢管作为换热管，但还是不能完全避免腐蚀穿孔的可能，经过长时间的摸索，现在钛管在我国的滨海电站的凝汽器中得到了相当广泛的应用[3]，而事实证明钛管对于海水的抗腐蚀性非常高，并且换热效果也较不锈钢有较大提高。

3.地震的影响

由于方方面面的因素制约，有些电厂的选址处于地震带上，虽然地震发生的概率很小，但是不容我们忽视。

地震所引起的地面振动是一种复杂的运动，总的来讲，它是由纵波和横波共同作用的结果[4]。纵波使地面上下颠动。横波使地面水平晃动。由于纵波传播速度较快，衰减也较快，横波传播速度较慢，衰减也较慢。

当纵波作用于凝汽器上时，凝汽器有上下波动的趋势。发生向上趋势时，由于上面与低压缸喉部采用膨胀节连接，膨胀节会吸收一部分位移，并且凝汽器壳体板允许发生一定的弯曲；发生向下趋势时，几乎全部力量都作用在凝汽器下面的凝汽器底板和底部支座上，这就决定了底板的选材和厚度以及底部支座的布置要求。此外，凝汽器管束两端采用管板固定，中间采用多个隔板，增加隔板密度可一定程度上降低管子震动，以此来降低地震导致管子震动破裂的可能。

当横波作用于凝汽器上时，凝汽器有前后波动的趋势。主要受力在于凝汽器的水室进出水口处的外部管道对于凝汽器的拖拽力，凝汽器水室设计时要对进出水口的开孔补强做细致计算。为了尽量保证凝汽器不发生横向位移，凝汽器底板支座一定要牢牢固定，这就决定在设计地脚肋和死点座时要考虑地震等级的因素，尽量做到地脚肋和死点座不断裂，不发生横向位移。

4.总结

4.1环境温度的变化可导致凝汽器背压发生变化，进而对机组经济性产生影响。

4.2腐蚀的可导致凝汽器换热管和外壳腐蚀。

4.3地震可导致凝汽器泄漏甚至解体。

本文从三个方面分析了外部环境对于凝汽器的影响，并提出了相应的对策，这对于凝汽器的设计具有一定的意义。其实还有其他的外部环境因素也影响凝汽器的寿命，有待于进一步深入研究。

参考文献：

[1]张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1992：1

[2]康松，杨建明，胥建群.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2000：115

[3]吕旺燕，苏伟，刘世念，魏增福.凝汽器的腐蚀与防护研究进展[J].全面腐蚀控制，2014（2）：27

[4]孙家振，李兰斌.地震地质综合解释教程[M].武汉：中国地质大学出版社，2002：1.

作者简介：耿建华（1987-），男，工程师，主要从事汽轮机设备设计工作。