凝汽器真空度下降的分析与处理

凝汽器真空度下降的分析与处理摘要：由于凝汽器真空下降使汽轮机组运行的安全性、可靠性、稳定性和经济性降低，分析真空降低的原因，提出提高机组凝汽器真空的有效方法显然十分必要。根据这一现状，结合现场实际，分析凝汽器真空下降的主要特征及其原因，根据相关参数的变化和电厂运行检修规程，提出相应的处理方法，以保证机组在合理的背压下运行，提高机组运行的安全性、可靠性、稳定性和经济性。

关键词：凝汽器；真空度；分析。

凝汽器真空度对机组运行安全性和热经济性有很大影响。在运行中，凝汽器工作状态恶化将直接引起汽轮机热耗、汽耗增大和出力降低。一台200MW汽轮机，真空下降1% ，引起热耗增加0.029% ，少发电58KW；而对一台600MW 的汽轮机，则热耗增加0.05% ，少发电306KW。整体上说，真空每降低1KPa，汽轮机汽耗增加1.5%—2.5% 。另外，真空下降使汽轮机排汽缸温度升高，引起汽机轴承中心偏移，严重时还引起汽轮机组振动。为保证机组出力不变，真空降低时应增加蒸汽流量，这样导致了轴向推力增大，使推力轴承过负荷，影响机组安全运行。因此，对真空度进行分析和处理十分必要。

1、凝汽器真空的确定［1］

凝汽器真空度是根据凝汽器的凝结温度确定的。冷却水由入口温度t w1逐渐吸热上升到出口处温度t w2，冷却水温升Δt=t w2－t w1。蒸汽凝结温度t s与t w2的差为传热端差，以δt表示：δt=t s－t w2，则主凝结区的蒸汽温度为：t s=t w1+Δt+δt。凝汽器的压力p c为t s所对应的饱和压力。

2、凝汽器真空度下降分析［2，3］

凝汽器真空度下降可分为急剧下降和缓慢下降。

2.1 急剧下降。

急剧下降也称为凝汽器事故性真空破坏，产生这种事故的原因有以下几种。

2.1.1 冷却水泵工作不正常

冷却水是凝汽器中用于冷却汽轮机排汽的唯一冷却介质，冷却水泵的故障必然引起冷却水量的降低，严重时可能引起凝汽器冷却水失水，导致凝汽器压力急剧升高的严重事故。引起故障的主要原因有：厂用电中断、冷却水泵和驱动电机故障、冷却水吸水口滤网堵塞、吸

入水位过低、冷却水泵轴封或吸水管漏入空气等造成冷却水中断，冷却水出水管部分堵塞，排水虹吸高度被破坏，造成冷却水量不足。

在机组负荷一定的情况下，冷却水出口温度升高，必然使冷却水系统的正常工作遭到破坏。吸水管的污脏，引起阻力增加；供水管道堵塞、工作轮和轴的磨损会引起水泵特性的改变，反映出冷却水量的降低，而排水管线上有空气积聚是虹吸恶化和发生破坏的原因。近代大型凝汽器在水室的最高点装设抽气器，定时抽出水室里的空气，来保证虹吸的正常工作。否则虹吸被破坏，吸水高度瞬间上升，使供水量立即下降，造成冷却水量减少，冷却水出口温度上升，从而使凝汽器里的传热效果变差，凝汽器真空度下降。

运行中的冷却水泵事故停运，引起循环水中断，循环水在10s 内减到零。主机自动停运，热负荷瞬间减为零，真空瞬间提高而后降低。凝汽器内汽温上升，大约60s后，汽温可能上升到80℃，这时排汽缸喷水冷却装置投入使用，以保护排汽缸温度不超过80℃。伴随这种工况的出现，将使真空破坏阀的动作，加速汽轮机停运。

2.1.2抽气设备工作失常

抽气设备的任务是在机组启动时建立真空以及在运行中抽除从真空不严密处漏入空气和未凝结蒸汽。随着蒸汽参数的提高和机组功率的增大，以及机组滑压参数运行的运用，大部分机组使用射水抽气器和真空泵。下面以射水抽气器为例分析其对凝汽器真空度的影响。（1）图(1)为300MW射水抽气器的工作特性曲线。由图1可看出，在一定的工作水温度t w和工作

水压力p w下，射水抽气器的抽气压力p m也随抽气量G a的增加而升高，不过没有明显的工作段与过载段之分（如图1图的虚线）。但是凝汽器p c=f(G a)关系曲线（如图1的实线）却有工作段和过载段之分。在工作段，漏气量减少时，抽出蒸汽量却增加了，因p c与G a无关。但在过载段，漏气量已经很大，蒸汽量已减至最小，进一步增大漏气量，必然导致p m和p c增加，p c增大即是凝汽器真空下降，特性线p c=f(G a)与p m=f(G a)实际是互相重合的。根据上面对射水抽气器工作特性的分析可知，抽气器的抽气压力p m随G a增加而升高，G a增加

的同时p c在过载段也随之增大。因此，对抽气器的合理监控十分必要。

（2）抽气器工作水压力低、水量不足或增加过多，也反映到抽气器抽吸能力的下降，引起凝汽器真空的降低。对一定的抽气压力而言，工作水压力p w越小，抽气量越少，从而不能满足凝汽器中所需的抽气要求，使凝汽器真空下降。同时，工作水量不足，吸入室中因没有足够的工作水而压力升高，抽吸能力下降。工作水量增加过多时，在扩压管出口处发生排水堵塞现象，造成排水管水压升高，吸入室压力增加，抽吸能力也下降。因此必须对抽气器工作水压力和流量进行合理控制，以维持正常的抽吸能力。

（3）如果射水抽气器的工作水采取开式循环方式，则工作水温受外界影响较大，外界温度变化必然引起其温度发生变化。如果采取闭式循环方式，并且停止向射水池补充水，不向射水池外溢水，则工作水温度将不断升高。

工作水温度升高的原因是：

a) 射水泵与工作介质的摩擦产生能量消耗转变为热量；

b) 抽空气管道内空气在工作水中放热；

c) 水蒸汽因为有凝结过程而放出的汽化潜热。

所有这些都对射水抽气器工作水有加热作用。

以某电厂200MW机组为例，假设全年平均保持凝汽器内压力为5.39KPa，抽气器吸入室内压力为3.434KPa，分别对应气—汽混合物的温度34.6℃和26.7 ℃。按HEI标准，对于三排汽口三壳体的凝汽器，抽吸的气—汽混合物量为195.06kg/h，其中干空气为61.24kg/h，水蒸汽为134.72kg/h。经计算可知，134.72kg/h的水蒸汽每h在抽气器内放热量为282 036kJ/h；射水泵与工作介质摩擦产生的热量为1 080 246kJ/h。而b项的数值很小，相对于a项和c项可以忽略不计。

对射水抽气器，当工作水温超过30℃时，每升高5℃，吸入室的压力就提高1.96kPa，对凝汽器真空的影响相当大。这主要因为当工作水温升高至一定程度后，在高度真空的喷管喉部，部分工作水汽化，体积突然膨大，而使抽吸能力下降。所以工作水温对抽真空装置的抽吸能力及凝汽器真空的影响也相当大。因此，在闭式循环射水抽气器的运行中，必须监视工作水温度的变化，定期或连续补充冷水，溢出高温水，防止工作水温度过分升高。

（4）射水抽气器排水管路的阻力会影响抽气器的工作性能。当射水抽气器出水口在射水池水面以下时，如果出水口淹得太深，由于水池中的水温比射水管中的水温低、比重大，排水管外的压力过大阻碍抽气器工作水的排出，从而导致射水抽气器的抽气能力下降。当射水抽气器的出水口在射水池水面以上时，如果射水泵发生故障，无法射水或射水量急剧下降，外界空气将大量漏入凝汽器中，造成真空急剧下降的严重事故。另外，轴封系统抽空气进入抽气器中，抽气器中的空气量增加，空气的比容远大于工作水的比容，使工作水流动的沿程阻力增大，抽气器的抽气能力下降，也引起抽气器中气水激振。

2.1.3凝结水泵工作失常

凝结水泵在运行过程中一般不需要调节，需要调节的是汽轮机组凝汽器热井水位。因为绝大多数的凝结水泵是在凝汽器额定水位下运行，以保证凝结水泵吸入口的倒灌高度有一个稳定值，防止凝结水泵叶轮汽蚀，同时，水位过高会浸没冷凝管，减少有效的冷却面积，降低真空，又使冷却水过冷；水位过低会影响凝结水泵运行的稳定性。凝结水泵输送凝结水，在吸入水管里几乎处于饱和温度下，当变工况、入口产生涡流等时，极容易使凝结水泵在汽化状态下工作，汽化结果必然会造成泵入口叶轮汽蚀。汽蚀不仅损坏叶轮，缩短泵的使用寿命，还会造成凝结水泵振动，危及运行的安全。为了增加凝结水泵的抗汽蚀性能，在吸入口为150㎜及以上的凝结水泵入口首级叶轮前加置诱导轮，诱导轮用防蚀金属制成。

2.1.4机组真空系统空气渗漏

空气通过两个渠道漏入凝汽器：一是通过机组真空系统的不严密处漏入，另一个是随同蒸汽一起进入凝汽器。由于锅炉给水经过多重除氧，所以后者数量不多，约占从凝汽器抽除空气总量的百分之几。因此，抽出的空气主要是通过机组负压状态部件的不严密处漏入。除了凝汽器自身的严密性外，真空系统的气密性也取决于机组所有其余

处于真空状态部件的严密性，它们包括给水加热器、低压汽缸、汽封、轴封、向大气排放的管道等。

空气大量漏入凝汽器，将造成凝汽器传热恶化，使抽气设备过载，凝结水过冷度及含氧量急剧增加，破坏凝汽器真空度，使凝汽器设备无法正常工作。因此，气密性的评定与监督是确保凝汽器正常运行 的重要课题。凝汽器在稳定工况下运行时，抽气量几乎与漏气量完全相等。对于射水抽气器，必须通过装设向凝汽器（真空系统）人为地输送空气的装置，利用射水抽气器的工作特性（图1），进行漏气量测量。

总之，当发生真空度急剧下降所引起的事故状态时，汽轮机必须立即减负荷，并通过对事故现象的分析，采取措施，消除引起真空度急剧下降的因素。如果短时间内无法使真空度恢复正常，或者真空度继续急剧恶化，则有可能使汽轮机强迫停机，然后详细检查并采取措施。

2.2缓慢下降

当凝汽器真空度以较小数值缓慢下降时，查找原因比较困难。此时应全面考察凝汽设备的运行状态，仔细分析各有关测试数据，表1 列出常见的真空度下降现象，根据工程实际分析其原因，得出相应的消除真空度下降的方法和措施。 表1 凝汽器真空恶化的分析

现象 产生的原因 消除的方法

1、凝汽器负荷和冷却水进口水温不变，而冷却水温升Δt 超过额定值，水阻增加，冷却水进口压力增加，端差δt 在额定值范围内或少许超过

额定值

凝汽器冷却管板脏污，出口水室存在空气等，使冷却水流量减少 凝汽器冷却管板脏 污，出口水室存在 空气等，使冷却水 流量减少

2、凝汽器负荷和冷却水进口温度不变，而冷却水温升Δt 超过额定值，冷却水进出口压力增加，凝汽器水阻降低，端差δt 变

冷却水出口水管闸门未全开，喷水池喷嘴堵塞等使冷却水回水管压力增大，或是冷却水流量减少

开大冷却水回水闸，扫清喷水池喷嘴，降低回水管压力

化不大

3、凝汽器负荷和冷却水出口温度不变，而冷却水温升Δt 超过额定值，冷却水进出口管负压降低，凝汽器水阻减小 冷却水出口管上部虹吸破坏，致使冷却水流量减少；或冷却水泵故障（泵入口管滤网结垢、堵塞，入口门卡涩，水轮及导叶堵塞、结垢或磨损）或吸入空气，冷却水压力降低

启动虹吸抽气器或采取其他措施恢复虹吸作用；消除冷却水泵缺陷造成的故障

4、凝汽器在不同负荷下凝结水温度都比以前高，端差δt 增大，冷

却水温升Δt 稍有增大，

主抽气器抽出的空气温

度与冷却水进口温度之

差增大，凝汽器气密性

证明没有过量空气漏入

凝汽器冷却管脏污、结垢 刷洗和干燥冷却管，冷却水加氯 5、汽轮机排汽温度上升，冷却水出口水温不变，端差δt 增大，凝结水温度降低，过冷度增加，主抽气器抽出的空气温度与冷却水进口温度之差无变化，气密性试验证明有空气漏入

凝汽器

轴封供汽压力低，真空系统管道法兰、虹吸截门盘根处漏空气，真空系统的密封水中断使空气漏入，凝结水泵吸入侧盘根不严密，漏入空气

调整使轴封供汽压力正常，消除漏空气部分的缺陷，保持足够的真空系统密封水，上紧或更换凝结水泵入口侧盘根 6、现象同5，但试验证明无过量空气漏入凝汽器。抽气器内部可能有冲击声 主抽气器工作不正常，射水泵或真空泵工作水温度过高

加大溢水和补水量，降低工作水温度

7、凝汽器水位升高到 空气管管口，冷却水出（1）水泵真空部位漏空气或其他故障造成凝结水不（1）水泵故障不能消除时，应立即启动

口水温不变，端差δt 增大，凝结水温度降低，过冷度增大，抽气器排出空气和蒸汽量明显增加，凝汽器真空度下降 能从 凝汽器中排，水位过高 （2）凝汽器冷却管破裂或冷却管的管环盘根不严，冷却水漏入凝结水中（此时出现凝结水硬度增大现象） 备用泵，恢复凝汽器正常工作，然后查找漏气部位或其他缺陷加以消除

（2）检查和化验凝

结水硬度，证实凝汽

器冷却管破裂或胀

口漏水，可在运行中

停止半侧凝汽器或

在停机时堵漏

3、总结

凝汽器真空度受到很多因素影响，在凝汽器日常管理中，对真空度的监测及管理是最为关键的一项，而这很大程度上取决于对冷却管清洁度的管理和冷却水量的合理调配，只有对此两项进行合理管理，才能使凝汽器在最佳真空状态下运行。

参考文献：

［1］沈士一，庄贺庆，康松，等 《汽轮机原理》北京：中国电力出版社，1998

［2］张卓澄 《大型电站凝汽器》 北京：机械工业出版社，1993 ［3］齐复东，贾树本，马义伟《电站凝汽设备和冷却系统》 北京：水利电力出版社，1990

作者简介：杜飞，男，30，工学学士。1999年7月毕业于长沙电力学院热能工程系。其后，进入谏壁发电厂发电部工作，2005年4月调至扬州第二发电厂工作，在谏壁发电厂参加了#9号机组由300MW 直流锅炉改造为330MW 控制循环锅炉的改造调试工作。期间参与了#9号机组的大修。从事本专业多年，有丰富的运行经验。