影响凝汽器真空的原因分析及改善方法

影响凝汽器真空的原因分析及改善方法

文中介绍了凝汽器在汽轮机组中的作用及其真空形成原理，重点对影响凝汽器真空的主要原因进行了分析，并提出了改善方法。

标签：汽轮机；凝汽器；真空

真空度是确保汽轮机组凝汽器高效率、安全稳定工作的关键指标，一直是使用单位设备管理人员及设备设计人员的重点关注参数。凝汽器在使用过程中，若真空度过低会增加机组的蒸汽消耗，使得汽轮机工作效率大幅下降，造成整体机组的工作效率明显降低，能耗增加，同时，由于汽温度过高，还会引发汽轮机轴承因温度过高而发生轴心位移，从而造成汽轮机组振动过大，影响机组运行的稳定性和安全性。并且，由于真空降低，真空检测反馈值降低，机组为确保恒定出力，会自动调节蒸汽流量，蒸汽流量变大后，推力轴承受到的轴向力随之增大，长时间过载运行极易引发设备事故，造成停机。可见，找出影响凝汽器真空的原因并给予改善对于确保汽轮机组稳定、安全运行和提高其经济性均具有重要意义。

1 凝汽器的工作原理及内压力计算

凝汽器在汽轮机组中的作用是将机组排放的蒸汽快速凝结，在汽轮机组出口侧形成真空，以提高机组两侧压差，从而提高机组出力。

凝汽器包括循环冷却水系统、真空抽气系统两部分。其中，真空抽气系统则负责将混入的空气及未凝结的蒸汽抽走，从而防止气体累积，确保凝汽器内始终保持真空；循环冷却水系统负责将排汽侧蒸汽快速冷却凝结成水，气体体积缩小，从而形成低压真空。

理想状态时，若凝汽器传热端差为零，对蒸汽具有瞬间的冷却能力，机组系统内无不凝结气体进入，则此时凝汽器蒸汽凝结温度与冷却循环水温度相同，凝汽器内压力即等于该温度下的饱和蒸汽压力。而凝汽器内同时存在由蒸汽凝结而成的水，所以，实际情况下，凝汽器内压力为实际温度下的汽液共存时的饱和压力，而实际饱和蒸汽温度要比冷却水温度要高。饱和温度可由下式表示：

则凝汽器压力Pk：

式中：ts—饱和蒸汽温度；tw1—冷却循环水的进水温度；Δt—冷却循环水进出口温差；δt—凝汽器传热端差；Pk—凝汽器压力；

由上述公式可以看出，凝汽器压力与饱和蒸汽温度有关，因此只要降低ts，便可降低凝汽器壓力Pk。然而在实际实践过程中，凝汽器内还混入部分不凝结气体，对凝汽器真空有着显著影响，凝汽器压力等于不凝结气体压力与蒸汽分压之和。

所以，在实践过程中，分析和改善凝汽器真空需要从上述两方面出发。

2 影响凝汽器真空的主要原因

2.1 胶球清洗装置的影响

胶球清洗装置在凝汽器冷却水系统中主要起管道清洁的作用，为附属设备。在设备作用过程中，常常因胶球清洗装置是非核心设备而被忽视，常因维护不及时、维护不当等原因造成胶球清洗装置不能正常投入，从而造成凝汽器冷却水系统内水垢聚集，使得凝汽器的热交换能力下降，导致端差增大，内部环境温度升高，蒸汽不能及时被凝结成水，从而影响凝汽器真空。因此，应充分重视胶球清洗装置的运行情况，定期维护，以确保该装置的可靠性。

2.2 汽轮机组严密性差的影响

汽轮机组严密性差会造成过量的空气进入凝汽器，从而影响凝汽器真空，在生产实践中比较常见。通常空气进入凝汽器有两个途径：①空气随蒸汽进入凝汽器，通常给水系统会经过多次除氧，因此该情况发生的概率较低；②由于汽轮机组真空系统严密性较差，有空气漏进，从而影响凝汽器真空度。可见，在汽轮机组内部负压状态下，部分部件（如轴封套与低压缸结合面、排汽缸膨胀节、高中压汽加热系统、汽缸轴封、凝汽器喉部排气管道、凝汽器壁等）密封不严是造成凝汽器内混入空气的主要原因。随着混入凝汽器内空气量不断增大，使得真空抽气系统过载。凝结水氧含量及过冷度升高会极大影响凝汽器真空，严重时可造成凝汽器失效。凝汽器的严密性经验公式为：

式中：Da—真空抽气系统单位时间抽出的空气量，kg/s；K1—严密性系数，严密性优、良和中分别对应1.0、2.0、3.5；Ds—汽轮机单位时间排汽量，kg/s。

2.3 循环冷却水系统的影响

循环冷却水系统是凝汽器关键组成部分，循环水的流量、温度及凝汽器的导热效果等因素均会对其真空度具有很大影响。

2.3.1 循环冷却水流量对真空度的影响

循环水流量降低后，表现为进水口与出水口温差减小、温度升高（进水口温度因热导效应而局部升高），使得凝汽器内饱和温度升高，从而影响其真空度。循环水流量则与循环水泵、水源充足度及循环水管道等情况有关。

2.3.2 循环冷却水进口温度对凝汽器真空的影响

在汽轮机组运行过程中，当进入凝汽器的循环水温度升高时，便会使凝汽器的冷凝效果下降，从而使得凝汽器内部冷凝温度升高，导致排汽压力升高，汽轮

机内部蒸汽焓降相应降低，从而造成凝汽器内真空度下降。

2.4 低压缸轴封供汽的影响

在汽轮机组运行过程中，使用人员为了防止低压缸内油品被水污染，通常会调低供汽压力，供汽压力过低会造成密封失效。因此，低压缸轴封蒸汽压力过低甚至中断会造成外部空气因内外压差进入机组内部，并混入凝汽器内，凝汽器内大量不凝结气体累积会严重影响凝汽器的传热效果，从而使凝汽器真空度急剧降低。

2.5 凝汽器水位高对真空度的影响

若凝汽器内汽侧凝结水位过高，会将部分热交换管道淹没，使得凝汽器冷却面积减少，冷凝效果降低，部分乏汽未能及时凝结成水，从而影响凝汽器真空度。如果凝结水位继续升高至真空抽气管口处，未完全凝结的蒸汽与不凝结气体一同被真空抽气系统抽出，并且抽气管处可能有水冒出。导致凝汽器内凝结水水位高的主要原因包括：凝汽器热交换管道破裂或与管板间的密封失效，导致冷却循环水泄漏进入汽侧；凝结水泵失效，抽水能力不足；凝结水备用泵出口单向阀失效，导致水通过备用通路倒灌进入凝汽器内；误操作开大凝结水再循环阀门等。2.6 凝汽器端差对真空度的影响

在相同条件下，引起凝汽器端差增大的原因有2方面：一是凝汽器汽侧存在较多空气，阻碍了传热管的热水交换；二是凝汽器传热管内侧表面脏污，造成热交换性能差。要保证凝汽器内有良好的真空度，必须保持冷却表面的清洁和保证蒸汽空间不积存空气，才能确保汽轮机组安全、可靠、稳定运行。

3 凝汽器真空度低的改善措施

3.1 提高机组的严密性

可利用机组检修来对汽轮机组严密性进行检测与处理，检測方法可采用灌水查漏、氦质谱检漏等。周期性更换系统密封件，如法兰垫片、盘根等。对传统的真空系统阀门进行改造，采用水封门，以改善阀门的密封可靠性。

3.2 定期对冷却面进行清洗

为减少冷却面结垢，循环冷却水应经过严格的预处理，可在循环水中适时加阻垢剂，同时循环水进入凝汽器之前加装二次滤网，并定期冲洗。在机组停运时，对水室及管束进行冲洗。在机组运行过程中，投入胶球在线清洗系统清洁冷却管。投入胶球清洗时，应采用扬程大的胶球泵，保证胶球的正常循环，收球网栅的间距应均匀，避免跑球，清洗过程中，注意胶球的密度、大小、质地，控制好胶球的数量、清洗持续时间等。

3.3 提高真空泵的效率