火电厂汽轮机凝汽器真空低原因分析及措施

火电厂汽轮机凝汽器真空低原因分析及措施【摘要】本文结合某工程主要针对真空度下降对汽轮机运行的影响和汽轮机组低真空度保护的不同形式以及汽轮机凝汽器真空度下降时的处理方法进行简要分析，仅供参考。

【关键词】汽轮机组；真空度低；措施一、工程概况某火电厂汽轮机是引进西门子技术生产的660MW超超临界汽轮机。

一次并网带负荷100MW后，由于真空系统存在漏点，真空度下降至88kPa（绝对压力13kPa），机组跳闸，经检查为凝汽器压力高保护动作。

在汽轮机正常运行中，凝汽器真空度降低对其产生许多不利影响，因此所有火力发电机组都设置了低真空度跳机保护，以保护汽轮机和凝汽器的设备安全。

传统的低真空度保护一般是当真空度低于某一定值（一般为73kPa）后直接动作停机（简称保护一），但该超超临界大型机组除设置了定值的低真空度保护，还增设了变定值的低真空度延时保护。

其保护定值又分为两种类型：一类是和负荷率成一定关系，另一类是由中低压连通管压力根据一定的函数关系算出。

二、凝汽器真空形成的原理凝汽器内布置了很多冷却水管，循环水源源不断地在冷却水管内流过，这时汽轮机低压缸排汽进入凝汽器的蒸汽遇冷立刻凝结成水，放出的汽化潜热被冷却水带走，使凝汽器内的蒸汽接近冷却水温度。

由于蒸汽的饱和压力与其饱和温度是相对应的，当排汽被凝结成水后其比容急剧缩小，体积也大为缩小，使凝汽器内形成高度真空，再利用抽气器不断地将凝汽器内的空气及其它不凝结的气体抽走，以维持凝汽器的真空。

三、真空度下降对汽轮机运行的影响1、对汽缸膨胀的影响低真空度运行时背压升高，排汽温度升高，汽缸膨胀量增大，改变了通流部分的动静间隙。

静子以低压缸中心为零点向前膨胀，转子以推力轴承为零点向后延伸，由于温度变化不大，动静间隙变化不致于产生摩擦和振动。

汽缸和凝汽器的膨胀因排汽温度的升高而增大。

汽缸与转子的相对膨胀引起通流部分动静间隙改变，在热应力作用下发生变形，造成接合面连接螺栓松动或变形，甚至造成机组剧烈振动，破坏接合面的严密性。

凝汽器膨胀会使汽轮机后轴承升高，破坏整个汽轮发电机组的轴向中心。

2、对推力轴承的影响汽轮机低真空度运行时，同样负荷下蒸汽流量增加，有调节级的机组会导致调节级过负荷运行，轴向推力也受到影响。

对于冲动式汽轮机，轴向推力随背压的增加而增大。

轴向推力增大引起推力轴承过负荷，轴瓦乌金温度升高，造成轴承的损坏。

3、对凝汽器的影响低真空度运行时，凝汽器的膨胀因排汽温度升高而增加；若膨胀量增加过多，可能会造成管束与管板的膨胀接口因膨胀不同而破坏密封性，影响凝汽器的换热效果，还会使汽轮机后轴承升高，影响汽轮发电机组对中，加大振动值，造成不必要的振动，影响机组的稳定性。

4、对末几级叶片的影响真空度下降使排汽的体积流量减小，对末几级叶片工作不利，尤其是随着汽轮机单机功率的增大，末级叶片长度也不断增长，叶顶薄而微弯，抗振性能减弱。

该660MW超超临界机组低压缸末级叶片长度为914.4mm，次末级叶片长度为556mm，在小体积流量工况下，末级动叶出口边受到水珠冲蚀，转子和静子被加热，末级叶片会产生脱流及旋流现象；同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，导致叶片颤振，损坏叶片，造成事故。

如果这时降负荷运行，会使得末几级叶片的体积流量进一步降低，运行工况进一步恶化。

图1为汽轮机末级叶片（叶片高径比θ=2.5，级的相对体积流量Gv2=0.14时的工况）的流线图，图2为汽轮机末级叶片的动应力图。

从图中可以看出，在容积流量下降时，产生的脱流和旋流，以及动应力快速增大的情况。

从以上分析可以看出：低真空度对汽轮机的安全可靠运行有许多不利影响，设置低真空度保护是完全必要的。

四、汽轮机组低真空度保护的不同形式1、三种低真空度保护定值法该660MW和1000MW的超超临界四缸四排汽凝汽式汽轮机采用节流调节，无调节级，为反动式汽轮机。

低压外缸由2个端板、2个侧板和1个上盖组成。

外缸与轴承座分离，直接坐落在凝汽器上。

低压内缸通过其前后各2个猫爪，搭在前后2个轴承座上，支撑整个内缸、持环及静叶的重力；并以推拉装置与中压外缸相连，以保证动静间隙。

对于无调节级、低压内缸落地支撑的汽轮机，真空度下降引起体积流量变小对低压缸末几级叶片的安全性影响较大。

另一类同级别汽轮机基本是喷嘴调节，有调节级，低压缸的内外缸都和凝汽器连接。

对于带有调节级、低压缸的内外缸都和凝汽器连接的汽轮机，真空度下降对调节级过负荷和低压缸膨胀影响较大，从而影响机组运行。

因此传统的喷嘴调节有调节级，低压缸的内外缸和凝汽器连接的汽轮机组低真空度保护采用保护一。

该超超临界四缸四排汽凝汽式汽轮机，其低真空度保护的设置除了在凝汽器绝对压力高于30kPa时动作停机，还增设了根据中低压连通管压力计算的变定值的延时300s动作停机（累积运行时间不超过300min）的低真空度保护（简称保护二）。

该类型机组增加设置的变定值低真空度延时保护还有一类定值是和负荷率成一定关系的（简称保护三）。

图3是该定值和负荷的变化曲线。

保护一中真空度下降时降负荷处理的方法并不合理；保护三应该比保护二更加妥当，主要考虑到在机组低负荷时汽轮机旁路可能开启。

因此低压缸进汽压力并不一定和负荷成比例关系，取中低压连通管压力更能反映低压缸的运行工况。

图4、图5分别为某电厂低真空度保护定值与中低压连通管压力的对应曲线和保护联锁逻辑图。

2、增设变定值保护的理由保护二和保护三中增设变定值保护，其理由有以下几点：真空度下降，低压缸的排汽体积流量减小，末几级叶片工作环境恶化。

末级叶片会产生脱流及旋流，同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，引起颤振，损坏叶片，造成事故。

如果负荷降低，会使得排汽体积流量进一步减小，因此低负荷下凝汽器压力保护定值可以有所降低，是为了更安全地保护低压缸末几级叶片；由于该类型汽轮机组采用节流调节，无调节级，所以不存在第一级过负荷的情况；该类型汽轮机低压缸内、外缸分开，内缸采用落地轴承型式支撑在轴承座上，外缸和凝汽器连接，所以真空度下降、排汽温度升高对引起低压缸的膨胀变形在一定限度内；在小体积流量工况下，末几级会进入鼓风工况，加热叶片；还会引起水珠冲蚀，同样增加了不安全因素。

通过以上分析可以看出：对于不同类型的汽轮机组，真空度下降时需要优先考虑的问题不能完全等同，处理方法也应有所区别。

五、提高汽轮机凝汽器真空度的措施探讨1、重视凝汽器真空度降低预防管理由于真空下降成因复杂，事故较多，故为防患于未然，建议工作人员对其加强日常管理，重点做好下述几点：结合实际条件增强抽气器的综合性能，提高抽气器、凝结水泵等设备装置的维护水平；加强汽水、水封等装置运行状况的监视分析，以免因封头漏水或设备损坏发生空气泄露；选用安全可靠的轴封，以便提高凝汽器水位和供汽压力的自动化和标准化，并加强监视，准确调整阀门动作；定期检测凝汽器严密性，以及对铜管中的硫酸亚铁进行补膜，并装设杀菌灭藻设备防止铜管内壁发生微生物蔓延；若凝结水硬度不高，且水质与要求不符，可将一定的锯木屑假期吸入口水中用于应急等。

2、采取有效措施提高凝汽器真空度一方面是对于真空下降缓慢的凝汽器，可根据实际情况加以针对性处理，如及时开启运行泵出口阀门，或立即关紧备用泵出口门，或及时排净管存空气，或水侧清扫、反冲洗管板等，有利于提高凝汽器的真空度；若是由凝汽器水位升高引起的真空下降，应分别采样化验凝汽器水质，结合查漏堵管和检查高低加疏水，以便对症下药，如立即关闭备用泵出口、停止故障泵运行等[3]；若为气密性问题导致的真空下降，则可借助烛焰法定位故障点然后予以补救。

另一方面是对于真空下降急剧的凝汽器，除了时刻准备停机外，还应采取必要的处理措施，如若循环水泵出现异常，应马上启动另一台；若凝结水泵出现故障，应马上投运备用泵等等，唯有如此，才能抑制凝汽器真空继续下降，并待妥善处理后逐步回升。

此外，还可根据实际情况对真空下降的凝汽器进行恢复处理，通常当其实际真空值比正常值低约 3.99kpa时，可启动备用设备用于恢复真空；若真空值低于85.2kpa且30mim内不能恢复时，建议采取减负荷操作，必要时可减至0。

3、对凝汽器真空系统加以适当改进为更直观的了解汽轮机凝汽器真空度提高的措施和效果，在此以某热电厂#1汽轮机组为例，就其凝汽器真空问题加以探讨。

已知该汽轮机组中的凝汽器真空均值为-0.082MPa，最低时达到了-0.078MPa，而排汽最高温度则为45℃，这无疑对机组的正常运行构成了威胁。

经汽机检修人员全面检修后发现，射水抽气系统虽然基本正常，但在夏季等温度较高的情况下抽气能力和效率会有所降低；而沿用的冷却塔补充生水结合排放热水的降温方式既限制了排污量，也弱化了降温效果，故影响了凝汽器的真空度；此外因长期未清洁凝汽器，致使部分管道脏污堵塞、不严密，降低了其换热效率等，而这些或多或少与凝汽器真空下降有关。

因此在了解问题原因后，采取了一系列措施用于提高凝汽器真空度。

其中针对循环水管道的改进，即将三通增设于#1机组中凝汽器的上塔与排污管道连接位置，结合DN200阀门用于隔断热网管道，同时在#1循环泵进口位置增设一条管道（Φ133）用于连接工业回收水流和循环水，以便发挥补充水的作用，经测试其水温为28℃左右与凝汽器运行要求相符；为有效降低水温，还在循环水甲侧出口增设了另一条管道，并选用DN100和DN65替代原有的DN80和DN50排污管道出口及其阀门，用于增大排水量，使其顺利进入排污井；针对凝汽器铜管，不仅借助打压机对其进行了清洗处理，还分别在甲乙两侧位置的进口管安装了DN200阀门，以期便于后续的反冲洗操作。

完成上述技术改造后，凝汽器真空度逐渐达到了-0.083MPa以上，汽轮机组的运行效益也得到了显著提高。

六、结束语影响机组凝汽器真空下降的原因复杂多样，造成的结果却大致相同，只要我们在运行中注意积累经验，认真分析，有针对性的进行排查，就能保证机组在最佳真空状态下运行，保证机组安全稳定、经济节能运行。

参考文献：[1]郑文永，滕显明，韩伟.影响凝汽式汽轮机真空度因素分析[J].现代商贸工业，2014，05：194.[2]唐永红.汽轮机真空度低原因分析及解决措施[J].宁波节能，2014，02：41-43.[3]罗庆.影响汽轮机凝汽器真空的原因分析[J].科技传播，2014，08：123-124.[4]于忠平，胥建群，杨春霞，乔林，司徒有功，刘卫.凝汽式汽轮机低真空度保护的探讨[J].发电设备，2014，05：320-322.。