浅谈提高凝汽器真空严密性的方法

浅谈提高凝汽器真空严密性的方法

张大鹏

张大鹏（大唐国际张家口发电厂河北张家口075000）

【摘要】凝汽器是汽轮机组的一个重要组成部分，凝汽器真空的形成是由于汽轮机排汽被凝结成水，体积就大为缩小，使凝汽器汽侧形成高度真空，凝汽器真空是汽水系统完成循环的必要条件。凝汽器运行工况是否稳定，直接影响到整个机组的安全和经济运行，控制好凝汽器真空，是发电厂节能的重要内容。凝汽器真空下降会引起煤耗增加、轴向推力增大等威胁机组经济性和安全性等问题，在此列举几个实用的提高机组真空严密性的方法，以便更好的做好凝汽器真空维持工作。

【关键词】凝汽器真空严密性

中图分类号：TM62文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2017）10-070-02

凝汽器是汽轮机组的一个重要组成部分，凝汽器真空的形成是由于汽轮机排汽被凝结成水，其比容急剧缩小，如果蒸汽在绝对压力4Kpa时，蒸汽的体积比水大3万多倍，当汽轮机排汽被凝结成水后，，它是汽水系统完成循环的必要条件。进入凝汽器的蒸汽凝结成水，放出的汽化潜热被冷却水带走，在凝汽器内形成的高度真空使进入汽轮机内的蒸汽能膨胀到低于大气压力，能够在汽轮机内多做功。

凝汽器运行工况是否稳定，直接影响到整个机组的安全和经济运行，凝汽器真空真空每降低１％，将使汽轮机的汽耗量平均增加１％～２％，使煤耗增加０．１％～０．１５％[1]，因此保持凝汽器良好的运行工况，控制好凝汽器真空，是发电厂节能的重要内容。

1.凝汽器真空下降的危害

1.1凝汽器真空降低，使蒸汽做功能力下降，在保证机组负荷不变的情况下，蒸汽流量增加，机组负荷300MW，真空下降1Kpa发电煤耗增加4g/KWh。

1.2真空下降会使机组轴向推力增大，机组轴向位移增大，造成推力瓦过负荷磨损。

1.3真空下降，使低压缸排气温度升高，低压缸温度升高，将使低压缸及低压转子热膨胀热变形增加引起机组振动增加，低压胀差也易使低压缸动静间隙变小，甚至消失，造成动静摩擦事故。

1.4真空下降，循环水出入口温度升高，将使凝汽器钢管温度升高，由于钢传热系数及膨胀系数不同，将使凝汽器冷却管胀口松动，导致凝汽器泄露。有可能温度升高时不漏，但待温度将回来时会漏。

1.5随着真空下降，低压缸末级叶片容积流量将大幅减小。将使末级叶片严重偏离设计工况，末级叶片将要产生脱流及旋涡，同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，这种激振力虽然不至于使叶片或叶片产生共振，但可使叶片产生颤振，这种颤振由于频率低振幅大，极易损坏叶片造成事故。

2.真空下降的现象

2.1凝汽器真空表计指示降低

2.2低压缸排气高温度升高

2.3凝汽器端差增大或循环水温升增大

2.4凝结水过冷度增大

2.5在调节汽阀开度不变的情况下，机组负荷降低

2.6轴位移增大

3.影响凝汽器真空的因素

凝汽器内所形成的真空受凝汽器传热情况、真空系统严密性状况、冷却水的温度、流量、机组的排汽量及抽气器的工作状况等因素影响。

3.1凝汽器中存在的空气对凝汽器真空的影响

在凝汽器中，由于真空系统不能绝对严密而从外界漏入空气，以及蒸汽中所含的不凝结气体在凝结时被析出，会使冷却水管表面形成一层空气膜而降低了传热效果，影响蒸汽的冷却放热。在凝汽器中空气含量越大，对蒸汽的放热影响也越大。汽轮机排气在凝结初期空气含量相对很小，在蒸汽进入管束逐渐凝结的过程中，空气含量相对不断增加，使蒸汽放热逐渐恶化[2]。

凝汽器中的全压力是由蒸汽分压力与空气分压力组成的合压力，由于空气分压力的存在，凝汽器内的绝对压力升高，凝结水中的溶解氧量增加，引起机组的经济效益降低，加快了机炉设备及管路的腐蚀速度。

3.2凝结水的过冷却

汽轮机排汽在进入凝汽器时，因空气含量极小，蒸汽在凝汽器中的热交换过程可看作是纯蒸汽与水之间的传热过程，当蒸汽放出气化潜热后，仍保持其饱和温度不变的状态下凝结成水，所以凝结水的温度在理论上应等于凝汽器压力下的饱和温度。但实际上由于凝汽器的构造和运行上存在的问题，凝结水的温度低于凝汽器喉部压力下的饱和温度，这种现象称为凝结水的过冷却。

过冷却存在的原因有三：一是凝汽器铜管排列不好，缺乏回热通道，管束布置太密，使得蒸汽在进入凝汽器时与冷却水有充分的接触机会。二是凝汽器内积存空气。凝汽器积存空气，使凝汽器内空气分压力升高，真空降低，排气压力升高，在冷却水管表面上会形成传热效果不良的空气膜而影响传热效果。在凝汽器热负荷和冷却水出口温度不变的情况下，凝汽器端差是否增大，是判断凝汽器内是否积存空气的重要依据。三是凝汽器内凝结水位过高而导致过冷却[3]。

4.提高真空严密性的几个方法

此处以某厂2号机组（东方汽轮机厂300MW纯凝机组）做为例子，列举几个在实际生产中取得良好效果的提高机组真空严密性的方法。

4.1更改低压缸轴端汽封中接触式汽封的安装位置

低压缸轴端汽封是维持凝汽器真空的重要位置，也是大家最常能想到的真空泄露位置。

低压缸轴端汽封共有5圈，低压缸轴端汽封进汽口位于由低压缸内侧向外数第3、4圈汽封中间位置，接触式汽封安装在低压缸内侧向外数第2、5圈汽位置，汽封材质为石墨。

在此安装方式下，由于接触式汽封和低压缸轴端汽封进汽口中间的空间较大，使得在进汽压力一定的情况下由接触式汽封形成这个较为密闭的空间（接触式汽封整圈的总间隙为0.10～0.15mm）内能够维持的压力较低。这就造成空气沿低压缸轴端汽封被吸入凝汽器中，影响真空，为了避免真空降低，在实际运行过程中不得不提高低压轴端汽封进汽口压力来维持真空，但是这样做又会由于大量蒸汽外泄进入紧挨低压轴端汽封的轴承箱内，造成汽轮机油中水含量超标，使得在机组运行过程中不得不经常对汽轮机油进行滤油工作。

为了在不提高低压轴端汽封进汽口压力的情况下提高机组的真空严密性，我们将接触式汽封尝试性的安装在了低压缸内侧向外数第3、4圈汽封上，这样一来，接触式汽封所形成的较为密闭的空间在体积上缩小了近一半上，更利于维持较高的压力。改进之后，使用氦质谱方法查漏时发现泄漏量明显减少，而且运行人员也不用再为了维持真空而提高低压轴端汽封进汽口压力，随之也大大减少了汽轮机油的滤油次数。

4.2对凝汽器喉部焊口查漏，补焊

凝汽器喉部焊口自从机组建成就没有进行过检测，而且外部距离墙体仅有不到10cm的距离，这对于日常的检查很是不利。在凝汽器高位灌水后，发现凝汽器壳体有多处顺着喉部淌出的水流，对水流的位置一一标记，在凝汽器放水后进入内部在对应位置通过肉眼观察焊道完好，有一处在外部能看到有1cm直径的水柱喷出，但是在内部仍然没有任何发现，并且发现喉部一整圈焊口都很难用肉眼观察出问题。由于喉部焊口是在凝汽器内部焊接，外部其实是有缝隙的，在一点流出的水很有可能顺着缝隙流到较低处才会向下流淌，所以我们在外部看到的漏点位置并不一定是真正的漏点位置。这给确定漏点位置，进行补焊工作带来了很大的困难。

通过金属检验来确定漏点是最终方案，由于凝汽器内部常年处在潮湿的环境中，焊道生锈极其严重，必须进行打磨后才能进行金属检验。但是，几条焊道相互交错而且表面凹凸不平，加之焊道附近多死角，用角磨机砂轮片进行打磨危险性极大，只能采用安装钢丝刷片打磨。钢丝刷片打磨很难非常彻底，所以采用磁粉和着色两种方法进行检验，磁粉检查几乎一无所获，着色检查查找到多处细小裂纹，对所有裂纹进行了补焊处理。

通过上述两项工作，某厂2号机凝汽器真空下降速度由停机前的800Pa/min下降到330Pa/min。

4.3消除低压外缸固定螺栓处泄露

在机组启动后，通过氦质谱方法查漏发现低压轴封附近有泄露存在。在以往的查漏过程中经常用黄油、红胶对查出的漏点进行密封，虽然当时堵漏效果很好，但是随着时间的推移会慢慢减弱，经过反复试验发现蓝胶的堵漏持久性较好，所以建议使用蓝胶。通过在低压轴封套与缸体结合面缝隙和螺栓上涂抹蓝胶，漏量有所减少，但很有限。低压缸结合面螺栓的螺母在顶部有一个小眼，虽然感觉真空和它不会有关系，但是抱着试试看的态度，给每个螺母上的小眼都涂上了蓝胶，再通过氦质谱方法查漏，泄漏几乎消失。

再次进行真空严密性实验，2号机凝汽器真空下降速度由330Pa/min下降到160Pa/min，真空严密性合格。

总之，汽轮机凝汽器真空严密性检查是一项需要细心和耐心的工作，只有通过现场认真排查漏点并采取符合现场情况的治漏措施才能有效的提高凝汽器真空严密性，使机组的煤耗、热耗达到设计标准甚至更低。

参考文献：

[1]任长虹，汽轮机凝汽器真空查漏。《中国科技博览》?,2013(12):289-289。

[2]曹辉玲，火力发电厂汽轮机凝汽器真空系统的检漏技术。《真空电子技术》?,1996(1):42-46。

[3]龚人杰，火力发电厂凝汽器真空低的原因分析及措施。《科协论坛》?,2009(9):50-50。