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汽輪機(jī)真空下降原因與解決辦法論文
摘要：凝汽式汽輪機(jī)是火電站和核電站廣泛采用的典型汽輪機(jī)，凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)中的重要組成部分，衡量凝汽設(shè)備工作性能的好壞的最重要指標(biāo)就是真空，真空高低直接影響到整個汽輪發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，以東北地區(qū)某熱電廠為例，分析真空下降的原因及處理方法。
關(guān)鍵詞：凝汽器；真空；下降
1 概述
該熱電廠現(xiàn)有兩臺300MW機(jī)組，編號為：#7機(jī)組、#8機(jī)組，采用的是哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的型號為73D-1#的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、抽凝汽式汽輪機(jī)。在循環(huán)水溫度20℃時，可保證排汽壓力4.9KPa。#7機(jī)組投入運(yùn)營后，多次出現(xiàn)真空低的情況，使機(jī)組出力減少，熱效率下降，對機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性造成很大不利影響。為了解決此問題，該公司組織專業(yè)技術(shù)骨干，成立攻關(guān)小組，結(jié)合以往出現(xiàn)的真空下降情況及處理過程，深入細(xì)致分析原因，制定真空系統(tǒng)檢查卡，對照卡片逐條逐項(xiàng)對相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行排查。經(jīng)過近一個月的努力，終于找到了機(jī)組真空低的原因并將問題得以解決，作者結(jié)合本次事件的處理經(jīng)驗(yàn)以及同類型機(jī)組相關(guān)案例，對汽輪機(jī)真空下降原因及解決辦法進(jìn)行分析和總結(jié)。
2 凝汽器真空
凝汽器是汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的最主要部件，其作用是當(dāng)汽輪機(jī)排汽進(jìn)入低壓缸時，遇循環(huán)水冷卻凝結(jié)成水，體積驟然縮小，形成高度真空，使汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽膨脹到低于大氣壓力從而多做功。真空越高，排汽溫度越低，汽輪機(jī)熱循環(huán)效率越高。一般運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，凝汽器真空每下降1KPa，機(jī)組汽耗會增加1.5%～2.5%。
3 凝汽器真空下降的危害
凝汽器真空度對機(jī)組運(yùn)行安全性和熱經(jīng)濟(jì)性有很大影響，在機(jī)組運(yùn)行中，凝汽器真空下降將產(chǎn)生以下危害：
3.1蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的做功能力減弱，焓值的減少量降低，消耗相同蒸汽量的情況下，發(fā)電量減少，即熱耗率增加、汽耗率增大。
3.2低壓缸端部軸封的徑向間隙發(fā)生變化，造成摩擦損壞，汽輪機(jī)振動增大。
3.3排汽溫度上漲，嚴(yán)重時將導(dǎo)致低壓缸產(chǎn)生熱膨脹變形，低壓缸后軸承安裝位置改變，軸承在豎直方向被抬起，汽輪機(jī)串軸，導(dǎo)致振動加劇。
3.4真空下降使排汽的容積流量減小，對末幾級葉片工作不利。末級葉片將處于脫流及旋流區(qū)，并且末級葉片的葉根和葉頂處承受的激振力增加，葉片損壞的幾率增大，存在葉片斷裂的安全隱患。
4 真空下降的現(xiàn)象及原因
現(xiàn)結(jié)合該電廠凝汽器真空下降的處理經(jīng)驗(yàn)，對凝汽式汽輪機(jī)真空下降的現(xiàn)象及原因進(jìn)行分析如下：
4.1軸封蒸汽壓力。該電廠汽輪機(jī)正常軸封壓力為0.2-0.25MPa，機(jī)組電負(fù)荷大于80%時，軸封處于自密封狀態(tài)時，一般不存在軸封壓力低造成真空下降的問題，只有在軸封處于非自密封狀態(tài)時，軸端密封蒸汽壓力＜150kPa時，低壓缸兩側(cè)會因軸端密封蒸汽壓力低，造成外界空氣漏入到低壓缸內(nèi)，導(dǎo)致真空下降。造成軸封壓力低的原因有：
4.1.1機(jī)組負(fù)荷突降；
4.1.2輔汽聯(lián)箱其它用戶用氣量突然增加，運(yùn)行調(diào)整不及時；
4.1.3冷再至輔汽聯(lián)箱供汽調(diào)節(jié)門失靈；
4.1.4軸封壓力調(diào)節(jié)閥故障。
4.2凝汽器循環(huán)水流量及溫度。汽輪機(jī)真空是在循環(huán)水進(jìn)入凝汽器裝置銅管后，對汽輪機(jī)排汽進(jìn)行冷卻換熱，蒸汽在冷卻后冷凝成水后體積瞬間減小，從而產(chǎn)生的真空。循環(huán)水溫度參數(shù)受季節(jié)室外環(huán)境溫度和冷卻塔的運(yùn)行方式影響較大。特別是夏季，循環(huán)水溫度升高，吸收的排汽熱量減少，蒸汽冷凝濕度升高，汽輪機(jī)排汽壓力增加，真空下降。經(jīng)過試驗(yàn)測試與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，循環(huán)水溫度每提高5℃，凝汽器真空度可下降1%，各企業(yè)可結(jié)合自身情況，制定環(huán)境溫度與真空對照表，檢查當(dāng)前真空是否正常范圍內(nèi)。循環(huán)水流量降低的原因有：
4.2.1運(yùn)行中的循環(huán)水泵故障跳閘或出口門自動關(guān)閉，備用泵未聯(lián)動或或出口門打不開；循環(huán)水泵內(nèi)部進(jìn)入雜物，導(dǎo)致循環(huán)水泵出力下降甚至跳閘；4.2.2凝汽器循環(huán)水進(jìn)水管道大量漏水；
4.2.3凝汽器銅管結(jié)垢，凝汽器端差逐漸增大。
4.2.4凝汽器水側(cè)入口管堵塞，凝汽器銅管長期未沖洗或凝汽器進(jìn)行膠球沖洗過程中時，膠球沖洗裝置收球網(wǎng)堵塞。
4.3凝汽器水位過高淹沒凝汽器銅管
4.3.1值班員對凝汽裝置水位調(diào)節(jié)不及時或操作不當(dāng)4.3.2凝汽裝置內(nèi)部銅管產(chǎn)生漏泄。
4.4真空泵工作異常。目前大部分火力發(fā)電廠真空系統(tǒng)都采用真空泵來維持真空，影響真空泵的運(yùn)行狀況的因素主要有：4.4.1設(shè)計(jì)原因：真空泵選型偏小，真空泵運(yùn)行出力不足，無法滿足要求。
4.4.2設(shè)備原因：真空泵冷卻器冷卻效果不佳，冷卻器換熱片堵塞或開式循環(huán)冷卻水溫度高，導(dǎo)致真空泵抽汽量減少，出力降低。4.4.3人為原因：運(yùn)行調(diào)整不及時，導(dǎo)致真空泵分離器水位低。
4.5負(fù)壓系統(tǒng)漏入空氣
4.5.1凝結(jié)水泵密封水壓力低或入口母管密封不嚴(yán)。凝結(jié)水泵通過軸封冷卻水進(jìn)行密封，當(dāng)出現(xiàn)軸封水中斷或壓力不足情況時，由于凝汽裝置至凝結(jié)水泵進(jìn)口管段處于負(fù)壓狀態(tài)，大量空氣就會被抽入到凝汽器，導(dǎo)致真空下降。
4.5.2汽輪機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行工況下，軸封處于非自密封狀態(tài)，軸端密封壓力較低，空氣漏入低壓缸內(nèi)；
4.5.3汽輪機(jī)低壓缸安全門關(guān)閉不嚴(yán)
4.5.4低壓缸法蘭結(jié)合面與檢查孔，低壓缸與抽汽管路、低壓加熱器等設(shè)備的連接處密封不嚴(yán)4.5.5真空系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備、管道等部件因檢修不當(dāng)、支吊架松動或管路振動產(chǎn)生機(jī)械碰撞，導(dǎo)致破裂或者損壞。4.6低壓回?zé)嵯到y(tǒng)汽側(cè)漏空氣。處于負(fù)壓區(qū)域的低壓加熱器，易漏入空氣，當(dāng)出現(xiàn)汽側(cè)放空氣閥、排水閥未關(guān)嚴(yán)，安全閥動作后未回座時，導(dǎo)致空氣漏入。
5真空下降解決辦法
5.1進(jìn)入凝汽器的循環(huán)水流量急劇下降
5.1.1運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)循環(huán)水流量急劇下降時，應(yīng)立即檢查循環(huán)水系統(tǒng)工作狀態(tài)：當(dāng)發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵運(yùn)行電流和出口壓力同時到零時，即循環(huán)水泵故障跳閘，應(yīng)立即檢查備用泵是否聯(lián)動，否則應(yīng)手動投入，并開啟水泵出口門。若沒有備用泵時，應(yīng)手動啟動跳閘泵一次，啟動前就地檢查水泵是否存在倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在確認(rèn)真空已無法恢復(fù)后，應(yīng)果斷采取措施，立即手動減負(fù)荷到零，停止汽輪機(jī)運(yùn)行。
5.1.2當(dāng)循環(huán)水泵出現(xiàn)電流與出口壓力同時擺動或下降時時，極有可能是查循環(huán)水泵吸入口水位是否過低、冷卻塔出口濾網(wǎng)是否堵塞等所致，此時應(yīng)立即進(jìn)行就地檢查，如確認(rèn)是上述因素引起，應(yīng)立即采取措施，增加冷卻塔補(bǔ)水量或清理冷卻塔出口濾網(wǎng)雜物。
5.1.3當(dāng)出現(xiàn)水泵電流與出口壓力明顯下降時，則可能是循環(huán)水泵本身故障或出口門故障誤關(guān)導(dǎo)致的，此時應(yīng)立即聯(lián)系檢修人員處理，同時啟動備用泵。
5.2凝汽裝置水位超限，淹沒換熱銅管。
5.2.1凝汽裝置內(nèi)部換熱管大量漏泄，此時應(yīng)立即解除凝結(jié)水自動，手動開大凝結(jié)水至除氧器調(diào)節(jié)閥，向除氧器上水，如水位仍無法控制時可啟動備用凝結(jié)水泵，開啟低加出口啟動放水門，將水排至循壞水回水中，直至水位正常。同時聯(lián)系化學(xué)注意監(jiān)視汽水循環(huán)系統(tǒng)各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)，如果出現(xiàn)汽水品質(zhì)惡化現(xiàn)象，應(yīng)立即請示停機(jī)處理。
5.2.2運(yùn)行凝結(jié)水泵出現(xiàn)故障，可以通過觀察水泵電機(jī)電流和出口壓力來判斷，確認(rèn)水泵故障時，應(yīng)立即啟動倒泵運(yùn)行，并聯(lián)系檢修處理。5.3真空泵工作失常。如發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中真空泵電流明顯降低，伴隨著真空急劇下降，立即啟動備用真空泵，加大分離器補(bǔ)水，若真空未恢復(fù)，停止故障真空泵并關(guān)閉其出口門。若真空仍下降，應(yīng)減負(fù)荷。
5.4給水泵汽輪機(jī)真空系統(tǒng)泄漏。對于采用汽動給水泵的機(jī)組，當(dāng)給水泵汽輪機(jī)真空系統(tǒng)漏泄，造成主機(jī)真空下降。這時要對小汽輪機(jī)真空系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查�？蓪πC(jī)水封筒進(jìn)行重新注水，看真空是否恢復(fù)，如未恢復(fù)，則應(yīng)緩慢調(diào)整小機(jī)軸封供、回汽直至真空恢復(fù)正常。
5.5電泵水封筒漏空氣。這種情況可能發(fā)生在電泵密封水回水通過水封桶接至凝汽器的系統(tǒng)中，可通過改造，增加一路水封回水直排至地溝，在冬季真空較高時將電泵水封回水倒至地溝，解決此問題。
5.6閥門漏泄。負(fù)壓測閥門的法蘭結(jié)合面、盤根有輕微泄漏，可通過定期進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)時得到結(jié)果。
6 結(jié)論
因真空系統(tǒng)設(shè)備較多，系統(tǒng)復(fù)雜，處理起來難度較大，汽輪機(jī)的真空低問題一直是在火力發(fā)電廠凝汽式汽輪機(jī)應(yīng)用過程中普遍存在的問題，真空下降導(dǎo)致的停機(jī)或設(shè)備損壞事件時有發(fā)生，因此深入研究汽輪機(jī)真空低的有關(guān)原因?qū)τ诮鉀Q此類問題有著深遠(yuǎn)的意義。希望本文能夠拋磚引玉，給讀者在解決此類問題上提供新的思路，研究出經(jīng)濟(jì)易行的技術(shù)措施。
參考文獻(xiàn)
[1]中國電力出版社.史月濤等.汽輪機(jī)設(shè)備與運(yùn)行(2015年版).
[2]中國電力出版社.孫為民等.汽輪機(jī)運(yùn)行與檢修技術(shù).
作者：李澤 單位：哈爾濱熱電有限責(zé)任公司
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