电厂汽轮机真空降低的原因分析及处理

李 洋

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古托克托 010206）

0 引言

真空泵主要用于蒸汽轮机中的真空系统，在设备运行期间建立一定的真空度，并在设备运行期间维持真空状态。如果真空泵的性能低下，将直接影响凝汽器真空。因此，真空泵工作的安全和经济运行非常重要。

1 水环真空泵工作原理

水环式真空泵叶轮安装在泵筒内。向恒定高度的水泵内注入水作为工作液，随着叶轮旋转，水会受到离心力的作用，当水进入泵壁时形成一个闭合的偏心环。水环上内表面与叶轮接触，下内表面与叶片的尖端接触。此时，在叶轮与水环之间形成了一个空间，该空间被驱动器分成了几个对应于叶片数量的小孔。以叶轮的顶部0°为起点，则当叶轮旋转180°时，小孔的体积逐渐缩小，最后与端盖上吸气口连通，空间中的气压降低，气体被吸入，小孔与吸气口分离。当叶轮从180°旋转到360°时，水环的内表面与叶轮分离，空间中的气压也随之变化。如果其压力超过吸入压力，则当小孔与出口连通时，气体被释放。每次叶轮旋转一周时，空间（小孔）都会吸气排气一次，各小孔连续工作。以这种方式，泵连续地吸收或迫使气体离开涡轮真空系统。这样，真空系统在机组启动时建立真空或在运行中维持真空。

2 真空泵系统工作流程

图1 真空泵系统工作流程

真空泵系统的正常运行如图1 所示。将冷凝器的空气和非冷凝气体抽出后，由阀门抽出进入真空泵，然后气流和工作液体（水）蒸汽通过导管流入水箱中，空气和非冷凝气体通过汽水分离器中的排气管，使汽水分离器保持在水中并在冷却器中排空冷却，以完成循环。为了将汽水分离器中的水位保持在恒定高度，水箱配备了溢流管冷凝水。如果水箱中的水位高于要求的水位，则会从溢流管中排出水；如果水箱中的水位低于所需水位，则液位控制阀自动打开，冷凝水与工作液一起流入水箱中，使水位上升，达到要求水位时，液位控制阀自动关闭。冷却器冷却水进出口管线连接到反冲洗水出入口阀，该反冲洗水出入口阀用于在相应的工作位置进行反冲洗工作。

3 水环式真空泵真空度降低的因素及采取措施

3.1 工作循环水水面高度

需要在工作循环液面设置一定液面高度，如果液位太高，汽水分离会变得困难，排气会变得不畅通。当真空泵的真空度降低且真空泵电机负荷过高，甚至会发生自燃。为了避免液位过高，在真空泵到泵出口处设置有溢流管。汽轮机系统中使用的真空泵在正常运行期间吸入气体和蒸汽的混合物，水蒸汽被泵中的冷凝液吸收，当循环工作泵的流量增加时，水蒸汽超过溢流并从溢流管排出。在正常工作期间监视真空环的流量，通过溢流管检查排水情况，确认多余的水已从排水管中排出。此时，真空泵的流量增加，表明工作期间真空泵的液位很高。通过操作蒸汽分离点入口管的出水管或通过电磁阀的控制，可以适当地排出水。需要调节汽水分离的程度时，可以打开和关闭液位控制阀前面的手动门。汽轮机的真空系统真空泵运行时，工作液是在排水运行方式。尤其在冬季，真空泵会吸引混合物中不包含的许多气体，排气中会携带更多的水，并且使排气管变干，从而使真空泵处于真空状态。此时，通过放水来调节工作液的液位。

3.2 工作循环水温度

真空泵工作时，吸入区处于真空状态。如果水循环温度超过与抽水泵的抽水区相对应的温度，抽水区中的水将蒸发，抽水机的真空度将下降并造成损坏。因此，循环水温度越低、泵容量越大，真空度越高。循环水的温度是监测真空环水泵正常运行的重要参数，影响工作水温的因素有以下6 项。

（1）运行中的冷却水的温度。在夏季，环境温度的长期升高会降低冷却液的冷却能力，进而增加水温度。

（2）工作循环冷却液中包含的冷水量。如果真空泵运行中的冷水量减少，则冷却水的冷却效率降低，循环水温度升高。真空泵的冷却器通常由汽轮发电机中的开式循环水驱动，运行中监视由冷却液引起的冷却水压力变化，并确认冷却液量减少。

（3）清洁冷却系统。电厂中的冷却泵是冷板式冷却泵，冷却水由开式水供应。由于开式水质的影响，冷却器容易脏污，冷却效率降低，工作温度升高。通常，冷却器每年在电厂中清洗2 次，清洗后的水温可降低至5～15 ℃，从而提高了真空泵的效率。在运行期间监视循环水的温度，并将其与环境温度进行比较，以确定冷却器是否需要清洁。

（4）水环真空泵的补水温度。电厂的真空泵的补水来自汽轮机凝结水。在夏季，凝结水的温度达到50 ℃，补充水后，真空泵中循环水的温度会升高。在夏季，真空泵工作状态下循环水温度升高。

（5）汽轮机排汽温度过高。在夏季，由于环境温度高，汽轮机的背压约为40 kPa 时，汽轮机的排汽温度为75 ℃，造成水环真空泵吸入的混合物温度升高。当工作液的温度升高时，汽轮机的排汽温度越高，水环真空泵的循环水温度越高；环境水温越高，泵的真空度越低，汽轮机压力越高，汽轮机排汽温度更高，形成周期性循环。真空泵的工作温度甚至可以达到55 ℃，这是安全的工作温度。此时，操作员将汽轮机降低压力以降低排汽温度，或降低汽轮机的负荷以降低汽轮机的排汽温度，或暂时启用备用真空泵、停止正在运行的泵，然后等到水温下降。

（6）循环水位低。循环水的液位低，真空泵的真空质量下降，水循环温度高。

3.3 水环真空泵组机械故障

（1）轴端密封效果。在真空泵内部通过轴端盘根达到密封效果，以确保真空泵的抽吸效率，从而实现密封效果。如果轴端的垫片数量少或填料压力不足，则会在轴端发生漏气，从而影响真空泵的吸力并降低功率。从盘根压兰外露余量可以看出盘根数量是否足够。检查真空泵两侧的压力螺栓，强度是否足够且相同，可以确定是否因轴端密封效果的影响导致功率下降。

（2）阀门的密封效果。真空泵的两侧各有1 个柔性排气孔的阀盘，其作用是消除真空泵运行期间可能发生的过度压缩或压缩不足，从而避免泵的消耗增加和效率下降。阀盘以“S”形扭曲，与真空泵端面紧贴，如果扭曲时间较长，由于中间应力集中，阀中央的阀片会损坏。如果1 个阀盘损坏，该进气管的温度将低于另一根进气管的温度，泵体的振动将增加，轴强度也将增加。如果阀片的两侧都损坏，则真空系统真空度将迅速减小，增加振动和噪音，增加功耗。因此，阀片断裂后必须及时更换阀盘。如果没有检测到真空泵的振动和异常声音，且对真空泵的两侧进行了检查未发现损坏，维修后的真空度却未得到改善，可以确定不是由于阀片的损坏而使真空泵的出力降低。

3.4 循环水系统处理

由于开式循环水所取的循环水系统中含有很多漂浮物，需要将过滤器安装在循环泵的入口处、集水槽和循环泵池的入口处以及各循环泵的入口位置。通过对水生植物、小型水生动物如鱼虾、沉积物、蠕虫等进行拦截，能够有效消除由于水质导致的铜管堵塞，并在处理后获得预期的结果。除此之外，为了解决夏季水温过高的问题，主要是采用强流量换热处理方法，并将循环水流量从1500 m3/h 增加到3000 m3/h。

3.5 主机与小汽机轴封系统异常

如果主轴密封系统工作不正常，就会导致供给汽轮机的轴封蒸汽压力不够，或者在真空状态下从外部逸出不可冷凝气体。而冷凝的气体保留在冷凝器中会影响热传递，从而导致真空度下降。与此同时，由于真空迅速下降，导致运行中的转子严重收缩，且胀差向负方向变动，这类问题通常都是由轴封蒸汽压力的自动调节和手动设置不当造成的。此时，要对所有的调门进行调节，以便轴封的蒸汽压力恢复正常。如果轴密封是随机分布的，则单独的轴密封允许空气穿透。应调整轴封蒸汽疏水阀门，使蒸汽平均分配到每个轴的垫圈上。这样就能有效避免轴封漏气和系统调整不当的现象。

4 结语

分析水环真空泵工作原理和真空泵系统工作流程，从工作循环水水面高度、工作循环水温度、水环真空泵组机械故障、循环水系统处理以及主机轴封系统工作不正常、小汽机轴封系统异常等方面，提出了水环式真空泵真空度降低的因素及应对措施。