加强汽轮机真空严密性提高汽轮机效率

周健

大庆石化公司热电厂汽机车间

摘要：汽轮机冷凝器真空度对机组的运行安全及热经济性有着重要影响，在运行过程中，凝汽器工作状态的恶化将直接导致汽轮机热耗、汽耗增加，出力降低。此外，真空度的降低会使汽轮机排汽缸温度升高，导致轴承中心偏移，严重情况下会导致机组振动。为保证机组出力不变，真空降低时应增加蒸汽流量，会引起轴向推力增大，推力轴承过负荷，影响机组安全运行。基于此，本文详细分析了汽轮机真空严密性低的原因及其策略。

关键词：汽轮机；真空严密性；汽轮机真空

一、汽轮机组真空系统概述

汽轮机组真空系统由抽真空、密闭蒸汽系统组成，利用凝汽器将蒸汽转化为汽轮机组运作能源，当汽轮机组不处在工作状态时，抽真空系统内部产生的真空确定了凝汽器中的真空；而当汽轮机组进入工作状态后，抽真空系统负责调节汽轮机内部空气，起防止空气流入的作用，此时凝汽器中的真空由内部蒸汽和循环冷却水的相互作用决定，蒸汽和循环冷却水间的热转换又由水温、水量、凝汽器换热面积决定。由汽轮机组的组成结构和各部件运作性质可知，要使凝汽器内部真空稳定，需保证凝汽器换热面积、循环水水量、温度符合标准，还要确保抽真空系统的运作顺利。

二、汽轮机真空严密性差的危害

若汽轮机真空严密性差，会出现各种危害，体现在：①一旦真空严密性降低，会有更多的空气进入真空系统，若真空泵不能及时抽走这些空气，汽轮机的机组压力和排气温度值将继续上升，导致汽轮机工作效率下降，最终造成能耗增加，严重时会影响汽轮机的安全运行，大量空气进入真空系统，会降低蒸汽和冷却水之间的热交换系数，导致气体排放和冷却水的温差显著。②若进入真空系统的空气能及时排出，但此时需将抽气器与真空泵结合使用，这可能会导致不必要的资源浪费。③大量空气进入真空系统后，冷凝器的冷度会增加，导致水中溶氧度增加，从而对低压设备造成严重腐蚀。

三、汽轮机真空严密性低的原因

1、凝汽器故障。在汽轮机组的部件中，凝汽器是一个重要的组成部分，一旦凝汽器发生故障，将直接导致真空度下降。凝汽器中形成真空的原因是汽轮机排汽被冷却成凝结水，比容迅速减小。当排汽凝结成水时，体积会大幅减少，在凝汽器汽侧产生高真空，这是汽水系统完成循环的必要条件。正是由于凝汽器内部的真空度极高，所有与之相连的设备都可能因不严而将空气泄漏到凝汽器中，加之汽轮机排汽中的不凝结气体，若不能及时抽出，凝汽器内部的压力将逐渐增加，真空度将降低，导致蒸汽的排气焓增加，有效焓降低，并降低汽轮机蒸汽循环效率。据资料显示，真空度每降低1kPa，机组热耗就会增加70kJ/kW，热效率降低1.1%。射水抽气器或水环真空泵的作用是从凝汽器中抽出不凝结气体，以维持凝器的真空。

2、循环水温升高。电厂循环冷却水的温度受季节影响大，尤其是在夏季，循环水温升高影响凝汽器换热效果，当循环水进口温度升高时，其吸收热量会降低，蒸汽冷凝温度升高，冷凝温度的升高能相应地增加排汽压力，减少汽轮机内部的蒸汽焓降，并导致凝汽器内部的真空度降低，循环水温越高，循环水从凝汽器带走的热量越少，循环水温对真空度有很大影响。

3、抽气器系统故障。机组选用的抽空器为启动抽气器，配有两级射汽抽气器。根据设计，启动时先使用启动抽气器，两组两级射汽器1开1备，但在正常使用中，由于真空度低，启动抽气器及两级射汽器已投入使用，系统的真空度仍不能满足正常使用要求。为确定抽空器工作喷嘴是否堵塞，在降低负荷同时进行检查，发现喷嘴工作正常。然而，第一级射汽抽气器的疏水回水管线在设计中缺乏U形管水封，仅通过直线管路与凝汽器相连，不符合设计，导致抽气器第一段排汽冷却后，空气返回凝汽器，致使第一级射汽抽气器失去作用。

四、汽轮机真空严密性的相关策略

1、加强凝汽器安装的质量检查，确保其正常使用。凝汽器安装时，应加强质量检查，确保冷却管涨口完好，空冷区包壳无漏焊，冷却管涨接完成后，应灌水查漏，并应灌至冷却管以上100mm，24h后仔细检查。由于其热负荷较高，疏水系统可加分流管道、阀门，或直接连接到电厂疏水扩容器或疏水箱，以降低凝汽器热负荷。并且可利用机组大修机会对凝汽器的低真空问题进行技术改造，更换真空系统中腐蚀的阀门和疏水管，以提高真空系统密封性。此外，冷却管内沉积物需定期清理，通常在机组临时维修期间使用水力机械清洗，清洗间隔不超过三个月，这样能有效提高机组运行经济性。

2、改造常泄漏汽封或轴封系统。选择一些密封结构好、长期运行后磨损小的汽封，如蜂窝式、侧齿式汽封，替代梳齿式汽封块等传统汽封，能显著提高密封效果。若供汽压力不能协调匹配，并且运行中出现高低压轴封，可在轴封套上半部分增加轴封进出汽管，以增加其压力，提高轴封密封效果，防止真空泄漏。根据压力匹配原则，小汽机轴封送汽改为由主机低压轴封母管供汽，原汽源作为备用。同时，在前轴封进汽管道安装手动门，实现轴封进汽的自动调节和手动控制。低压缸中分面的泄漏，可使用新型耐高温密封胶条。

3、提高运行管理质量。凝汽器与冷却塔影响其真实度，因而需在运行中定期维护管理其性能，详细记录运行参数，并定期测量记录这些参数，以便有效分析管理工作，同时确保冷却塔始终处于最佳状态。

4、加强供水设备维护，保证经济的循环水量。设备是运行的基础，只有保证良好的性能才能保证其运行水平，所以要加强设备维护，合理调整流量流速。对冷却管道中的沉积物进行水力机械清洗，利用机组临时调停机会，以提高机组运行经济性。此外，随着循环水入口水温的升高，当水温超过25℃时，将影响单台机组出力和整体经济性。可采用变频调节循环水泵或高低速双电源循环水泵，夏季采用高速，冬季采用低速，以提高机组真空度，并在冬季达到显著节能效果。

5、定期试验。提高电厂汽轮机真空严密性措施之一是定期试验，即通过使用一些检测方法，及时发现汽轮机机组运行中的真空严密性问题，并针对性地解决问题。目前，常用查找泄露部位的方法包括：①肥皂水沫法。即在真空系统的法兰、阀门盘根、焊缝等处涂抹肥皂泡沫，观察泡沫处是否漏气，但这种方法只适用于大规模的漏气检查；②火烛法。其和肥皂泡沫法有相似之处也有不同之处，但由于它们耗时耗力缺点，无法广泛使用；③卤素检漏法。此方法的缺点是对漏气响应时间长，而且由于仪器中的一些敏感元件工作时间较长，可能会发生中毒反应，无法有效检测；④超声波检漏法。与上述检测方法相比，超声波检漏法具有检测方便、响应速度快的优点，但也存在精度低的缺点；⑤氦质谱检漏仪。相对而言，氦质谱检漏仪是这些方法中最可靠的检测方法，但在使用时，需拆除阀门套，工作量大，因此电厂通常很少使用这种方法。简而言之，若想提高汽轮机真空严密性，定期的严密性试验必不可少，但具体适用的查找方法可根据实际情况确定。

结束语
真空系统严密性作为汽轮发电机组的重要安全指标之一，必须对其加强监视。严密性不足的根本原因是泄漏，造成真空系统泄漏技术上的因素是多方面的，各类泄漏原因在机理上也有所区别。我们只有在运行中不断探索不断总结，才能使机组真空不断提高，改善经济性。
参考文献：
[1]王统志.凝汽器真空严密性不良的原因与对策分析[J].集成电路应用,2021,38(11):140-141.

[2]荣士龙.燃气电厂汽轮机真空严密性优化策略[J].中国高新科技,2021(19):84-85.