浅析汽轮机组真空下降的原因

【摘要】：汽轮机的真空下降会使汽轮机的可用热焓降减少，除了经济性降低，汽轮机出力也会降低。排汽缸及轴承座等部件受热膨胀引起动静中心改变，汽轮机产生振动。排汽温度过高，可能会引起凝汽器的铜管胀口松弛，破坏凝汽器的严密性，同时轴向推力明显增加。真空下降使排汽容积流量减小，产生涡流及漩流，同时产生较大的激振力，易使未级叶片损坏。凝汽器的真空水平对汽轮发电机组的经济性有着直接影响，保持凝汽器良好的运行工况，保证凝汽器的最有利真空；是发电厂节能的重要内容。

【关键字】：汽轮机；凝汽器真空；热经济性

1. 凝汽器真空形成的原理

汽轮机的排汽进入凝汽器汽侧，大流量的循环水送入凝结器铜管内侧，通过铜管内循环水与排汽换热把排汽的热量带走使排汽凝结成水，其比容急剧减小而形成真空。凝汽器的真空形成和维持必须具备三个条件：

（1） 凝汽器的铜管必须通过一定的冷却水量。

（2） 凝结水泵必须不断的把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结。

（3） 真空泵必须把漏入的空气和排汽中的其它气体抽走。

2. 凝汽器真空下降的危害

（1） 使排汽压力升高，可用焓降减小，降低机组经济性，降低机组出力。

（2） 排汽温度升高，可能使凝汽器铜管松弛，破坏凝汽器严密性。

（3） 排汽温度升高，使排汽缸及轴承座受热膨胀，引起中心变化产生振动。

（4） 汽轮机轴向位移增加，造成推力轴承过载而磨损。

（5） 真空下降使排汽的容积流量减小，对末级叶片的某一部位产生较大的激振力，损坏叶片，造成事故。

3. 凝汽器真空下降的原因

3.1循环水量中断或不足

3.1.1 循环水中断

循环水中断引起真空急剧下降的主要特征是：真空表指示回零；凝汽器前循环水泵出口侧压力急剧下降；冷却塔无水喷出。循环水中断的原因可能是：循环水泵或其驱动电机故障；循环水吸入水位过低；循环水泵轴封或吸水管不严密或破裂，使空气漏人泵内等。循环水中断时，应迅速降汽轮机负荷，并注意真空降到允许低限值时进行故障停机。

3.1.2 循环水量不足

循环水量不足的主要特征是：真空逐步下降；循环水出口和人口温差增大。由于引起循环水量不足的原因不同，因此有其不同的特点，所以可根据这些特征去分析判断故障所在，并加以解决：

（1） 若此时凝汽器中流体阻力增大，表现为循环水进出口压差增大，循环水泵出口和凝汽器进口的循环水压均增高，冷却塔布水量减少，可断定是凝汽器内管板堵塞，此时可采用反冲洗、凝汽器半面清洗或停机清理的办法进行处理。

（2） 若此时凝汽器中流体阻力减小，表现为循环水进出口压差减小，循环水泵出口和凝汽器出口循环水压均增高，冷却塔布水量减少，可断定是凝汽器循环水出水管部分堵塞，例如出口闸门未全开等等。

（3） 循环水泵供水量减少，一般循环水泵出力下降、阀门误关小等原因造成，此时应根据真空降低情况降低负荷，并迅速排除故障。

3.2循环水温升高

我厂采用冷却塔的闭式循环供水系统，水温冷却主要取决于冷却水塔的工作状况。由于飞散及蒸发损失，循环补充用水是较大的，及时补充冷水是保持冷却水塔有效降温的重要方面，应定期检查冷却塔内的分配管是否正常，出水是否完好，这些因素都直接影响水的分布均匀性，影响其散热性能，通过每年清洗或更换填料，真空可恢复2%-3%，这样降低凝汽器进口水温是提高真空的有效途径，这比提高循环水量更为有效。可见，循环水温度对真空影响是很重要的。我厂改造冷却塔补水方式来降低凝汽器进水温度。

3.3轴封供汽不足或中断

轴封供汽不足或中断，将导致不凝结气体从外部漏入处于真空状态的部位，最后泄漏到凝汽器中，过多的不凝结的气体滞留在凝汽器中影响传热，凝结水过冷度增大，不但会使真空迅速下降，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，轴封失汽，常由轴封汽压自动调节失灵或手动调节不当引起，都应开大调门，使轴封汽压力恢复正常，当轴封汽量分配不均引起个别轴封漏人空气时，应调节轴封汽分门，重新分配各轴封汽量，汽源本身压力不足，应设法恢复汽源。

3.4真空泵故障

真空泵工作不正常引起真空下降的特征有：循环水出口水温与排汽温度的差值增大；真空泵排气管向外冒水或冒蒸汽；引起真空泵工作不正常的原因和处理原则如下：

（1） 真空泵转子部分叶片断裂，我厂发生多次该类异常情况，现改造为增设射汽器来降低真空泵的汽蚀情况。

（2） 冷却器脏污，换热效果差，应隔绝冷却器交检修清洗。

（3） 汽水分离器水位低，应及时补水。

（4） 冷却器的冷却水量不足，使真空泵内同时充满没有凝结的蒸汽；降低了真空泵的工作效率。

3.5凝汽器满水

凝汽器汽侧空间水位过高引起真空下降的原因是：

（1） 凝汽器汽侧空间水位升高后，淹没了下边一部分铜管，减少了凝汽器的冷却面积，使汽轮机排汽压力升高即真空降低。

（2） 如凝汽器水位升高到抽空气管口高度，则凝汽器真空便开始下降。根据凝结水淹没抽气口的程度，开始时真空降低缓慢，以后便迅速加快，这时连接在凝汽器喉部的真空表指示下降。如果不及时采取必要的措施，将有水由真空泵的排气管中冒出。

造成凝汽器满水的可能原因如下：

① 凝结水泵故障。

② 凝汽器铜管破裂，此时凝结水水质恶化。

③ 备用凝结水泵的出口阀门关闭不严或逆止阀损坏，水从备用泵倒流回凝汽器。

④ 凝結水系统阀门误操作。

3.6凝汽器冷却面结垢或腐蚀，传热恶化

当凝汽器内铜管脏污结垢时，将影响凝汽器的热交换，使凝汽器端差增大，排汽温度上升，此时凝汽器内水阻增大，冷却水流量减小，冷却水出入口温差也随之增加，造成真空下降。凝汽器冷却面结垢的主要原因是循环水水质不良，在铜管内壁沉积了一层软质的有机垢或结成硬质的无机垢，严重地降低了铜管的传热能力，并减少了铜管的通流面积。

3.7凝汽器水侧泄漏

凝汽器铜管泄漏，将使硬度很高的冷却水进入凝汽器汽侧，凝汽器水位升高，真空下降，一旦确认凝汽器铜管泄漏，应立即对铜管做堵管处理。

3.8凝汽器真空系统不严密，汽侧泄漏导致空气涌入

真空系统不严密，存在较小漏点时，不凝结的汽体从外部漏人处于真空状态的部位，最后泄漏到凝汽器中，过多的不凝结气体滞留在凝汽器中影响传热，使真空异常下降。一般容易发生漏气的地点如下。

（1）轴封蒸汽未及时调整好造成轴封断汽，使空气从轴封处漏入。

（2）汽轮机排汽室与凝汽器的连接管段由于热变形或腐蚀穿孔引起漏气。

（3）给泵密封水或轴加U型水封进空气到凝汽器。

（4）真空破坏门水封断水。

（5） 凝汽器水位计接头不严密，或其它与真空系统连接的设备或管道上的计量表连接管有缺陷。

（6） 真空系统的管道法蘭接合面、阀门盘根等不严密。

4. 凝汽器真空下降的预防措施

4.1 加强循环水冷却塔的运行维护

发现填料和配水管损坏时处理。利用小修时及时进行水塔损坏填料的更换和配水管断裂处的修补，消除部分区域淋水密度过大造成的效率降低，从而提高冷却塔的效率。

4.2 合理进行循环水泵的调度

根据气候变化适时调整循环水泵的运行台数，保证正常循环水量。

4.3 相关系统自动可靠投用

轴封供汽压力自动、凝汽器水位自动要可靠投用，调整门动作要可靠，并加强对凝汽器水位和轴封汽压力的监视。维持轴封系统及水封的正常工作；维持好轴封加热器的正常水位；调整汽轮机轴端汽封间隙，减小轴端漏汽量。

4.4 定期进行汽轮机真空严密性试验

监视真空系统严密程度，若结果不合格时，应对汽轮机真空系统进行查漏，堵漏。

4.5 相关保护可靠投入

保护逻辑整定值应符合设计要求，不得任意改变。

4.6保持凝汽器管壁和水侧清洁

减轻汽器铜管结垢，定期胶球清洗。

4.7保证循环水水质

防止凝汽器管束结垢，根据化学监督的数据及时进行循环水浓缩倍率的调整。

4.8 加强运行管理

对凝汽器真空，排汽温度，凝结水水质、温度，循环水进出口水温、压力，凝汽器热井水位，循环水泵电流各参数定时记录、分析、比较、处理。

5. 结语

汽轮机组真空系统庞大，与真空有关的设备系统分散复杂，真空下降事故至今仍在汽轮机事故中占相当大比重，而凝汽器内所形成的真空受凝汽器传热情况、真空系统严密性状况、冷却水的温度、流量、机组的排汽量及真空泵的工作状况等因素制约。分析机组凝汽器真空度下降的原因，找出应对措施，维持机组经济真空运行，保证机组安全、经济运行。

【参考文献】：

[1]邹玉波.凝汽轮机真空下降的原因分析及预防.北京：中国电力出版社，2004.

[2]王国清.汽轮机设备运行技术问答.北京：中国电力出版社，2004.

[3]余国泰.火电厂汽机设备及运行.北京：中国电力出版社，2002.

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[5]刘爱忠.汽轮机设备及运行.北京：中国电力出版社，2003.

作者简介：杜学毕，男，技师，学士学位，主要研究大型汽轮机运行。