陳曉玲

（山西天脊煤化工集團有限公司，山西 潞城 041606）

引 言

天脊煤化工集團熱動廠熱電車間現(xiàn)有1臺雙抽凝汽式汽輪機，其采用型號為N-2000-4型的凝汽器。凝汽器系統(tǒng)主要用途是：使汽輪機盡量膨脹做功，在汽輪機排汽口上建立并維持所需要的真空；同時，將汽輪機的排汽凝結(jié)成水，重新作為鍋爐給水。凝汽器真空系統(tǒng)在正常生產(chǎn)中對本裝置起著至關(guān)重要的作用。此系統(tǒng)工作失常，不僅影響汽輪機的經(jīng)濟運行，而且關(guān)系到工廠的能源消耗。為了確保裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”，保證凝汽器真空系統(tǒng)正常運行是十分必要的。

1 凝汽器主要工藝參數(shù)

1.1 主要設(shè)備參數(shù)

型號，N-2000-4型；型式，雙路表面回熱式雙道制；排汽量，75t/h；冷卻面積，2 000m2；冷卻水量，5 400t/h；冷 卻 水 溫，20 ℃；銅 管 規(guī) 格 長 度，Φ24mm×1L＝6 070；銅管數(shù)量，4 420根；凈重，34.55t。

1.2 主要工藝控制參數(shù)

真空控制，-86kPa～-76kPa；真空低報警值，-76kPa；真空低聯(lián)鎖值，-67kPa；凝汽器液位控制，250mm～550mm。

2 凝汽器真空建立的原理

在機組啟動時，凝汽器真空的建立依賴于抽氣器將凝汽器中的空氣抽出。此時，建立真空的快慢由抽氣器的容量及真空系統(tǒng)的嚴密情況決定。

機組沖轉(zhuǎn)后，有排汽進入凝汽器中，排汽受到冷卻介質(zhì)的冷卻而凝結(jié)成水。蒸汽凝結(jié)成水后，體積大大地縮小，原來由蒸汽充滿的容器空間就形成了高度真空。由于冷卻介質(zhì)不斷地將進入凝汽器中排汽的熱量帶走，使得凝結(jié)過程能不間斷地進行，凝汽器中的真空就建立起來了。簡單地說，此時，凝汽器中的真空是由排汽凝結(jié)成水形成的。其真空水平的高低受冷卻介質(zhì)的溫度、流量、機組排汽量、凝汽器傳熱情況、真空系統(tǒng)嚴密狀況及抽氣器的工作狀況等因素制約。

3 凝汽器真空理論

3.1 凝汽器內(nèi)的壓力

凝汽器中蒸汽在密閉容器中近似等壓凝結(jié)，因此，凝汽器的壓力單值取決于蒸汽溫度tn（即汽輪機排汽溫度）對應(yīng)的飽和壓力。凝汽器中蒸汽的溫度tn隨凝汽器換熱條件的變化而改變，tn變化引起凝汽器壓力（或真空）隨即發(fā)生變化。

凝汽器結(jié)構(gòu)、冷卻面積及冷凝蒸汽負荷Dc一定時，凝汽器中蒸汽溫度tn與冷卻水進口溫度tw1、冷卻水出口水溫tw2、冷卻水進出口水溫差Δt（一般維持在5℃～7℃）及端差δt（一般應(yīng)在3℃～10℃）有關(guān)系，其關(guān)系式為式（1）。

凝汽器中蒸汽和冷卻水溫度沿冷卻表面分布圖見圖1。

圖1 蒸汽和冷卻水溫度沿冷卻表面分布圖

3.2 凝汽器真空與冷卻水溫度升高值Δt的關(guān)系

冷卻水在凝汽器中的溫度升高值可根據(jù)凝汽器熱平衡方程式（2）得出。

式中：Dc為進入凝汽器的蒸汽量，kg/h；Dw為進入凝汽器的冷卻水量，kg/h；hc，h＇c為蒸汽和凝結(jié)水的焓，kJ/kg；hw1，hw2為冷卻水進、出口焓，kJ/kg。

在實際應(yīng)用中，冷卻水的焓值hw2-hw1＝4.187×（tw2-tw1），排汽與凝結(jié)水的焓值hc-h＇c＝（510～530）×4.187（kJ/kg）。對大型汽輪機而言，hc-h＇c＝520×4.187（kJ/kg）。

由此可知，在汽輪機負荷增大時，凝汽器冷卻水的溫升也增大，凝汽器中的真空度下降。

3.3 凝汽器真空與端差δt的關(guān)系

根據(jù)凝汽器傳熱方程式可知，凝汽器端差δt的表達式為式（4）。

式中：Δt為凝汽器冷卻水溫度升高值，℃；AC為凝汽器冷卻面積，m2；K為凝汽器傳熱系數(shù)，kJ/（m2·h·℃）；Dw為凝汽器冷卻水量，kg/h。

由式（3）、式（4）可得式（5）。

式中：假定冷卻水量Dw不變，傳熱系數(shù)K在熱負荷小范圍內(nèi)變化時可近似認為不變?？梢?，凝汽器端差δt與機組熱負荷Dc成相同方向變化。即，機組負荷增加時，凝汽器端差δt增大，凝汽器真空度下降。其相互關(guān)系凝汽器的特性曲線如圖2所示。

圖2 凝汽器的特性曲線

由圖2看出，端差δt與熱負荷Dc并不是完全成正比例變化。主要是因為，其不僅受Dc的影響，而且受傳熱系數(shù)K的制約（K與冷卻水溫度及流速、蒸汽負荷、凝汽器銅管表面清潔程度及管束布置方式、真空系統(tǒng)嚴密等有關(guān)）。1）當汽輪機由大負荷向小負荷變化時（即Dc由大變小），δt是減小的；2）當Dc下降到一定程度后，δt將保持為一常數(shù)；3）冷卻水入口溫度tw1較低時，機組真空水平較高情況下上述變化更為明顯；4）對運行中的凝汽器來說，減小δt的方法是設(shè)法提高其傳熱系數(shù)K。

綜上所述，在一定的冷卻水量和冷卻水進口溫度下，凝汽器中的壓力隨汽輪機負荷減小而降低。即，凝汽器的真空度隨汽輪機負荷的降低而升高。當汽輪機的負荷和冷卻水量不變時，凝汽器的真空度隨冷卻水進口溫度的降低而升高。

4 凝汽器工藝流程

凝汽器工藝流程示意圖見第67頁圖3。

1）主流程：高壓蒸汽經(jīng)過汽輪機膨脹做功后，其排氣進入凝汽器。排氣經(jīng)過凝汽器冷卻后，蒸汽凝結(jié)成水，經(jīng)凝結(jié)水泵進入后序系統(tǒng)，并經(jīng)過各級處理（軸封加熱、低壓加熱、除氧、高壓加熱等）成為鍋爐給水。

2）射水抽氣器系統(tǒng)：本系統(tǒng)由2臺型號為250S39A的射水泵和2臺型號為CS-45-25-1的射水抽氣器組成。射水泵將水抽出，水經(jīng)過射水抽氣器時節(jié)流膨脹做功形成負壓，將凝汽器內(nèi)的不凝汽抽出，保證凝汽器內(nèi)維持正常真空度。

3）軸封系統(tǒng)：動力氣經(jīng)過軸封抽氣器時節(jié)流膨脹做功形成負壓，將汽輪機少量軸封漏氣抽出，保證真空。軸封加熱器應(yīng)保持一定液位而起水封作用，以免外界空氣直接進入凝汽器影響其真空度。

4）疏水器：汽輪機本體各疏水經(jīng)疏水擴空器后，氣體進入凝汽器，液體進入凝汽器熱水井。

圖3 凝汽器工藝流程示意圖

5 凝汽器真空度異常問題分析及措施

5.1 真空度急劇下降的原因及其處理措施

5.1.1 循環(huán)水中斷

5.1.1.1 象征

凝汽器真空度急劇降落；排汽溫度顯著上升；循環(huán)水泵電流到0或只有空載電流；凝汽器的循環(huán)水進出汽無壓差。

5.1.1.2 處理措施

1）首先啟動備用循環(huán)水泵（一般為聯(lián)動自動切換），關(guān)閉事故水泵的出水閥；若2臺運行水泵同時跳閘且及時發(fā)現(xiàn)并未反轉(zhuǎn)時，可強行合閘。強行合閘無效時，應(yīng)關(guān)閉2臺泵的出口閥，啟動鄰近機組的備用泵供水。

2）若循環(huán)水泵電流降至空載數(shù)值時，表明循環(huán)水泵雖在運轉(zhuǎn)，但已斷水。此時查原因作如下處理：a）若是吸水池水位過低，應(yīng)立即關(guān)閉循環(huán)水系統(tǒng)排水閥并補充水源，待水位升高后重新啟動；b）若是水泵吸水側(cè)漏入空氣，則應(yīng)更換盤根，消除漏氣點，同時啟動真空抽氣系統(tǒng)抽出空氣。c）若是水池水位不低，則應(yīng)檢查入口并清理雜物，然后重新啟動。

5.1.2 低壓軸封供汽中斷

5.1.2.1 象征

將有大量空氣從軸封間隙處漏入排汽缸，使真空度急劇降低。

5.1.2.2 處理措施

1）因負荷降低時未及時調(diào)整軸封供汽壓力，致使供汽壓力降低或可能是汽源壓力降低，蒸汽帶水造成軸封供汽中斷；或是因軸封壓力調(diào)整器失靈所致。為此，在機組負荷降低時，要注意及時調(diào)整軸封供汽壓力為正常值。

2）若是軸封壓力調(diào)整器失靈，應(yīng)切換為手動，待修復(fù)后投入。

3）若是因軸封供汽帶水而造成軸封供汽中斷，則應(yīng)及時消除供汽帶水。

5.1.3 抽氣器的水源中斷

可能是射水泵工作失常或水箱水位過低等原因引起，在查明原因后采取相應(yīng)措施處理。

5.1.4 真空系統(tǒng)管道嚴重漏氣

可能是膨脹不均，使真空系統(tǒng)管道破裂，或是誤開與真空系統(tǒng)連接的閥門所引起的。若是真空管道破裂漏氣，則應(yīng)通過找漏查出破裂漏氣點予以解決；若是誤開閥門則應(yīng)及時關(guān)閉。

5.1.5 凝汽器滿水

當凝汽器水位升高淹沒抽氣口后，空氣就不能被抽出，而引起真空度急劇下降。這可能是凝結(jié)水泵故障，或是因負荷增加時未開大主凝結(jié)水閥，或誤開大再循環(huán)水閥、軟化水閥（來自1500＃的補水）而造成水位猛升。

此時，應(yīng)及時啟動備用凝結(jié)水泵，根據(jù)負荷增加情況相應(yīng)調(diào)開主凝結(jié)水出水閥，關(guān)小再循環(huán)水閥，使凝汽器水位恢復(fù)正常。

5.2 真空度緩慢下降的原因及其處理

5.2.1 循環(huán)水量不足

5.2.1.1 象征

真空度逐漸下降的同時，循環(huán)水出口溫度升高。

5.2.1.2 原因

1）循環(huán)系統(tǒng)有關(guān)部位故障。

2）當真空度下降時，凝汽器循環(huán)水的進出口壓力差增大，循環(huán)水泵出口和凝汽器入口水壓均升高，則可判斷是凝汽器管板部分被堵。

3）若凝汽器循環(huán)水出口虹吸真空降低及凝汽器循環(huán)進出口壓差變小時，表明凝汽器循環(huán)水出水管中聚集了空氣；或虹吸井水位太低，虹吸被破壞。

4）如果循環(huán)水泵進口真空度降低，則是循環(huán)水泵進口閥門法蘭或盤根等處漏氣。

5.2.1.3 處理措施

1）若是循環(huán)水泵吸入側(cè)漏氣，可調(diào)整水泵盤根、密封水以及擰緊法蘭螺栓等。

2）若是凝汽器管板部分被堵塞，可利用反沖洗，凝汽器半面清洗來消除。

3）若是虹吸被破壞，則應(yīng)投入抽氣系統(tǒng)，重新恢復(fù)虹吸管的真空度。

5.2.2 抽氣器工作失常

5.2.2.1 象征

凝汽器真空度下降的同時，射汽抽氣器出現(xiàn)排汽管冒白汽或水滴等現(xiàn)象，射水泵工作水溫過高、射水泵故障等。

5.2.2.2 處理措施

先檢查射水壓力，若抽氣器噴嘴前壓力升高，可能是噴嘴堵塞，應(yīng)進行沖洗或清理。還應(yīng)檢查射水泵的工作情況并作相應(yīng)處理。

5.2.3 凝汽器水位升高

5.2.3.1 原因

可能是由于凝結(jié)水泵入口汽化（凝結(jié)水泵入口汽化的象征是凝結(jié)水泵電流指示數(shù)減小）、軟水閥未關(guān)、備用凝結(jié)水泵的逆止閥損壞以及凝汽器鋼管破裂。

5.2.3.2 處理措施

1）若關(guān)閉備用凝結(jié)水泵出水閥后水位不再升高，則表明備用泵逆止閥損壞，嚴重漏水。

2）若是凝汽器銅管破裂漏水，可通過檢查過冷卻度和化驗?zāi)Y(jié)水質(zhì)來鑒別，若凝結(jié)水硬度和過冷卻度變大，則表明銅管漏水。可降低負荷，停止半面凝汽器查漏堵管。

3）若是凝結(jié)水泵汽化或損壞，應(yīng)迅速啟動備用凝結(jié)水泵，停故障泵。

5.2.4 真空系統(tǒng)管道及閥門不嚴密而漏氣

5.2.4.1 原因

真空下降時，端差增大，而抽氣器工作正常，說明真空系統(tǒng)或閥門不嚴密漏氣所致。

5.2.4.2 處理措施

1）當真空系統(tǒng)漏氣不太嚴重且漏氣量與最大抽氣量相平衡時，則真空降至某一數(shù)值后就不再繼續(xù)下降。此時，應(yīng)查漏消除。

2）若是因低壓抽氣管道或汽缸法蘭結(jié)合不嚴密而引起的真空度下降，則其真空度下降是隨負荷變動而變化的（即負荷大，真空度大；負荷小，真空度小）。此時，應(yīng)盡量維持機組在高負荷下運行，待停機檢修時再消除缺陷。

3）若是因停用加熱器時未關(guān)閉空氣口或疏水閥而導致空氣進入真空系統(tǒng)，則應(yīng)立即關(guān)閉上述各閥門，使真空恢復(fù)正常。

5.2.5 凝汽器冷卻表面臟污

5.2.5.1 象征

隨臟污的日益嚴重，凝汽器端差逐漸增大，抽氣器抽出的空氣混合物溫度也隨之升高。

5.2.5.2 處理措施

經(jīng)真空嚴密性試驗證明凝汽器漏氣量并未增加而又有以上象征時，就可確認是臟污引起，應(yīng)及時進行清洗。

6 改造效果

6.1 事例1

系統(tǒng)運行過程中發(fā)現(xiàn)，有臺運行凝結(jié)水泵（兩開一備運行）發(fā)生故障，車間采取啟動備用泵、隔離檢修故障泵的措施。在對故障泵進行檢修時，凝汽器真空度突然下降，查明原因發(fā)現(xiàn)是因為故障泵排汽閥門泄漏導致的。及時對排汽閥進行修復(fù)，凝汽器真空系統(tǒng)恢復(fù)正常。

6.2 事例2

軸封加熱器原先存在疏水排不走現(xiàn)象（因其布置在0m，比凝汽器熱水井標高低），使真空抽不起來，只能達到-0.071MPa。分別采取了如下措施：將其抬高至4.5m，但其多級水封管未動，疏水還是排不走；后又改為其一、二級疏水各自直接到冷凝器，用1個三級U型管排水，但事實上二級疏水還是排不走；最后，又將三級U型管改為一級U型管，以減少疏水阻力，實現(xiàn)了軸封疏水通暢、真空達標目標。操作中應(yīng)注意避免抽空軸加、軸加氣管內(nèi)積水問題。

6.3 事例3

系統(tǒng)運行時，曾發(fā)生因軸封加熱裝置液位空，外界空氣通過軸封加熱裝置進入汽輪機，導致凝汽器真空度下降。認真排查發(fā)現(xiàn)是軸封加熱裝置發(fā)生假液位現(xiàn)象（現(xiàn)場就地液位計因堵塞而失靈），使調(diào)整不及時所致。后采取關(guān)閉軸加疏水閥積液至正常液位等措施進行解決。

6.4 事例4

本系統(tǒng)凝汽器循環(huán)冷卻水管道上原來沒有安裝膠球清洗裝置，在長期運行過程中發(fā)現(xiàn)，凝汽器內(nèi)循環(huán)冷卻水管道很容易發(fā)生臟污，不僅使凝汽器真空一直提不起來，而且使凝汽器冷卻水管道的清洗工作變得十分困難，從而影響系統(tǒng)正常運行。

2011 年的系統(tǒng)大修期間，在凝汽器循環(huán)冷卻水管道上安裝了膠球清洗裝置，并規(guī)定每天定時進行清洗，不僅使冷卻水管道清洗工作變得簡單易行，而且保證了凝汽器真空，系統(tǒng)運行效果很好。

6.5 事例5

有段時間發(fā)現(xiàn)凝汽器真空一直提不起來。分析其原因，2臺射水抽氣器空氣吸入閥管段設(shè)有正U型彎管。自投入運行以來，由于抽氣管道存在正U型管的布置，抽氣管道中經(jīng)常會積液而影響空氣流通面積，進而造成凝汽器真空下降。同時，由于抽氣器備用泵出口閥關(guān)不嚴或閥存在內(nèi)漏，在切換射水泵時經(jīng)常引起汽機真空波動。

采取辦法及效果：真空系統(tǒng)保留原射水抽氣器系統(tǒng)的射水泵和射水抽氣器部分，對汽機8m平臺下抽氣器吸入口正U型彎改造處理，即將射水抽氣器空氣吸入口管段整體上移至汽機8m平臺，并在抽氣器與空氣閥之間加裝真空表，取消正U型彎管段，改為1條微帶坡度的直管（相接時要有千分之一的坡度），以消除管段中的積液問題；對空氣吸入閥位置進行相應(yīng)位置改變；檢修抽氣器射水泵出口閥等一系列措施，保證凝汽器抽氣管道的嚴密性。經(jīng)改造后凝汽器真空系統(tǒng)運行良好，保證了汽輪發(fā)電機組的正常運行。改造前、后對比圖見圖4。

圖4 改造前、后對比

7 結(jié)論

天脊集團熱動廠熱電車間汽輪發(fā)電組在正常生產(chǎn)運行中不僅為全廠提供生產(chǎn)用蒸汽，而且可自行發(fā)電，滿足一部分工廠用電需求。維護汽輪機凝汽器真空系統(tǒng)，可為本裝置的安全穩(wěn)定運行提供保障。在生產(chǎn)運行中必須密切注意真空度變化，準確記錄各參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗公式及圖表準確判斷出引起真空度惡化的原因；真空度大幅下降時，要根據(jù)規(guī)程及時準確處理；注意檢查真空系統(tǒng)的嚴密性、冷卻水的含氧量以及對管道設(shè)備的損害。