真空系统安全稳定运行优化设计探讨

真空系统安全稳定运行优化设计探讨

钟起深

广州粤能电力科技开发有限公司  广东广州 510080

摘要：本文结合电厂汽机真空系统存在设计问题工程实例，进行技术分析研究，并在工程建设中进行了优化设计，在实际生产运行中取得的良好效果，提高了机组安全性及经济性，为其它机组汽轮机真空系统设计及运行提供参考借鉴。

关键词：真空系统 安全 经济 优化

1、概述

真空系统的作用是为防止空气和不凝结气体在冷凝系统内累积而导致汽轮机背压升高、冷凝效果及机组效率下降的影响，影响机组安全稳定及经济性，投入抽真空系统来维持冷凝系统的真空度，由真空泵把来自凝汽器的空气与蒸汽混合物抽出，排入大气，使凝汽器保持高度的真空。

某垃圾发电厂汽轮机型号N15-3.8/445，其中汽轮机为中温、中压、单缸、凝汽式。真空系统主要为凝汽器抽真空，低加汽侧抽真空，凝泵排空抽真空以及汽机侧各类疏水回收至真空系统。本文阐述该机组真空系统在安装施工前及运行中存在一些影响机组安全稳定运行问题，通过技术分析研究，进行系统优化。

2、存在的问题分析及优化措施

2.1 凝泵排空管道

凝泵排空管设计接至真空泵进气管道，不合理。为避免凝泵聚集空气，在凝泵运行时，凝泵排空管道手动门保持常开（微开）状态，凝结水会从凝泵排空管进入真空泵进气管道，破坏真空泵工作液水平衡，使真空泵一直处于补水状态，如果手动门操作不当全开，还会导致真空泵满水，使真空泵满水负载过大跳泵；而且混入真空泵凝结水温度过高时，工作液温度会升高，影响真空泵性能，以涪陵三峰环保发电有限公司为例，凝汽器真空与工作液温度存在近似线性关系Y=0.2864X-97.966，真空泵工作液温度每上升3.5℃，凝汽器真空下降约1kPa［1］，工作液温度升高与凝汽器真空下降成正比关系。

因此，将凝结水泵排空母管接至凝汽器排汽缩颈处，使凝泵排空管道来的凝结水直接排入凝汽器，循环利用，提高真空系统安全经济性。

2.2 低加汽侧空气抽除管道

低加空气抽除管原设计接至真空泵进气管道，同样不合理。因低加抽除管管口厂家设计位于低加疏水高Ⅱ值液位处，如果低加疏水位过高时，会导致真空泵进气管道大量进水，破坏真空泵工作液水平衡，影响真空泵性能，甚至引起机组跳机。

因此，将低加空气抽除管道单独接至凝汽器排汽缩颈处，如出现低加疏水高水位或满水情况，疏水可通过低加空气抽除管道排入凝汽器汽侧，不影响真空泵正常工作。

2.3 低加正常疏水管道及轴加疏水

低压加热器正常疏水管道φ89mm，轴加疏水管道φ45mm及凝结水再循环管道φ76mm原设计三条管道汇集一起，接至φ133mm扩容管段，不合理。因凝结水再循环管道是带压管道，运行压力最大可达1.1MPa，流量也大，扩容管段是由管道预制成，扩容管末端用堵板焊死，管壁四周分散布置很多小孔，避免扩容管段内水流对凝汽器真接冲击，所以凝结水再循环水汇入扩容管段时，仍然具有较高压力。

根据设计图纸，可知低加与凝汽器热井液位标高，如表1。对于低加正常疏水，两者零水位及正常水位基本持平，没有压差，即使机组不启动时，热井水都能反串至低加汽侧；投入低加抽汽后，低加汽侧压力为20kPa。当凝泵再循环投运时，由于扩容管存在压力，会造成低加疏水不畅通，导致低加满水，甚至从抽汽管道倒灌入汽机，危及机组安全。

表1  低加与热井液位标高 单位:mm

对于轴加疏水，轴加疏水与热井正常液位高差只有712mm，如果扩容管存在压力，也会造成轴加疏水不畅。因此将凝泵再循环管口接至热井另一侧备用口处，低加正常疏水与轴加疏水接口位置不变，将有压与无压疏水分开布置。

2.4轴封系统控制逻辑优化

在机组启动或低负荷运行阶段，轴封供汽由备用汽源供应，随着机组负荷的升高轴封实现自密封，汽封系统带负荷，正常启停均能自动进行切换。但当机组自密封时出现甩负荷，OPC或跳机情况时，自密封消失，备用汽源靠PID调节无法快速响应，造成轴封为负压，特别轴封溢流时，溢流阀与凝汽器真空直通，造成汽机轴封受冷，引起轴封齿碰磨，造成振动大跳机。一般机组设置有轴封供汽联箱或均压箱，有一定的缓冲余量，所以很多机组忽视了这个问题，但对于很多小型机组，例如本机组并没有均压箱或轴封供汽联箱。

因此进行如下逻辑优化，当机组处于自密封，发生以下任一条件时：汽机跳闸， OPC动作，甩负荷时，供汽调门联开至空负荷开度，溢流阀联关至0%，如图1。例如本机组15MW机组，供汽调门门前压力3.8MPa时，汽机空负荷运行，供汽调门开度为21%，当机组处于自密封负荷时≥6MW时，触发任一条件后，供汽调门开度从当前值联开至21%，溢流阀联关至0%。

图1 轴封系统控制逻辑图

2.5 真空破坏门冲转时控制

本机组为单缸汽轮机，在高真空冲转时，容易造成汽机上下缸温差大，汽机冲转时要保持机组真空在80kPa，但本机组的真泵破坏门并没有设计中停功能，所以机组每次冲转时，需运行人员到就地操作，非常不便利。通过把真空破坏门就地控制自保持改为无保持，DCS开关指令由脉冲信号改成长指令，可在DCS上实现中停功能，方便操作。

2.6 轴封加热器疏水多级水封

试运期间，汽机真空一直处于-89kPa左右，通过喷泡沫、抹黄油、灌水查漏等方法，均没有发现泄漏点。最后在对轴封疏水多级水封注水时，发现真空有明显改善，水封空气已排干净，但仍存在漏真空，只有一直注水才不漏真空。咨询安装单位也是按图施工，后来发现水封存在混腔设计问题，1-6级水封底部疏水连通，造成水封失效，变成仅存一级水封，不能满足6级水封要求，造成轴加漏真空。1-6级水封底部疏水单独安装隔离手动门后，机组真空上升至-92kPa，对机组进行真空严密性，后5min平均下降168Pa/min，真空严密性合格。

表2  真空严密性试验  单位:kPa

2.7 真空系统其它优化措施

其它机组真空也存在各式各样真空问题。例如真空泵冷却器排空阀，往往厂家只提供安装堵头，机组运行时不便于排空，长时间运行，影响真空泵换热效果，所以设计上，应考虑增加排空手动门。对于小型机组，凝结水泵基本采用卧式离心泵，出现过没有设计凝泵机封冷却水情况，凝泵处于真空状态下，如不设计凝泵机封冷却水，空气会从凝泵机封处渗入，使凝泵轴承干磨损坏，漏真空被迫停机。再者，有些机组高压旁路电动阀后疏水设计排至凝结水坑也不合理，机组运行时，旁路电动阀后处于真空状态，如开启此疏水会漏真空，造成无法疏水，产生水冲击现象。

3、结论

真空系统工作是否正常，直接影响了汽轮机排汽真空和凝结水的含氧量，从而影响整个机组的热经济性及安全稳定运行［2］。本文通过对某发厂真空系统原设计进行审查分析和研究，在系统施工前，发现真空系统设计存在问题，提出了科学合理的设计优化建议，既避免了日后设计变更造成的人力及材料浪费，又保证机组商业投产后的安全稳定运行。

［1］梁大山. 浅谈水环真空泵工作液温度对真空度的影响及对策[J].节能与环保，2020,（7）：54-55.

［2］ 谭金.氦质谱检测技术在700MW机组真空系统泄漏检测上的应用［J］．广东电力2007，20（7）： 40－43．

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