【理论知识】汽轮机真空系统问题讲解
汽轮机真空系统问题讲解
一、真空相关定义
1.真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象。
2.汽器的极限真空：当蒸汽在末级叶片中的膨胀达到极限时，所对应的真空称为极限真空，或称之为临界真空。
3.凝汽器的最佳真空：提高凝汽器真空，使汽轮机功率增加与循环水泵多耗功率的差数为最大时的真空值，称为凝汽器的最有佳真空（即最经济真空）。
二、真空严密性试验及试验中应注意的问题
试验步骤：
（1）汽轮机带额定负荷的80%，运行工况稳定，保持抽气器或真空泵的正常工作。记录试验前的负荷、真空、排汽温度；
（2）关闭抽气器或真空泵的空气门，或停止射水泵、真空泵的运行；
（3）空气门关闭或运行泵停运后，每分钟记录一次凝汽器真空及排汽温度，8min后开启空气门，取后5min的平均值作为测试结果；
（4）真空下降率小于0.4kPa/min为合格，如超过应查找原因，设法消除；
试验中的注意事项：
当真空低于87kPa，排汽温度高于60℃时，或试验时真空快速下降，应立即停止试验，恢复原运行工况。
三、真空异常的危害
1.真空过高的危害：（1）在设计工况下，凝汽式汽轮机最末级喷嘴汽流一般是处于临界状态，背压降低将使蒸汽进一步在喷嘴斜切部位膨胀，末级隔板前后压差增大，而造成隔板过负荷．
（2）若背压继续降低，最末级动叶中将出现临界工况，这时动叶前（即喷嘴后部）的压力并不随背压降低而降低，动叶后的压力下降，使动叶前后压力差增大，造成动叶过负荷并引起轴向推力增大。
（3）如果背压继续降低，则蒸汽在动叶外膨胀不能产生有效功，因此背压降低不能再增加汽轮机功率，这对汽轮机的安全和经济性都无好处的。
（4）真空过高，排汽温度低而湿气增加，末级叶片水蚀加剧。
（5）对于低压缸与轴承座一体设计的机组来说，真空过高有可能使低压缸中心发生偏移，是造成机组振动的一个原因。
2.真空过低的危害：（1）排汽压力升高，可用焓降减小，不经济，同时使机组出力降低，这样必须就要增加进汽量来维持要求负荷，容易使调节级过负荷，机组轴向推力增加；
（2）排汽缸及轴承座受热膨胀，可能引起中心变化，产生振动；
（3）排汽温度过高可能引起凝汽器冷却水管松弛，破坏严密性；
（4）可能使纯冲动式汽轮机轴向推力增大；
（5）真空下降使排气的容积流量减小，对末几级叶片工作不利。末级要产生脱流及旋流，同时还会在叶片的某一部位产生较大的激振力，有可能损坏叶片，造成事故。
四、汽轮机真空系统的常见问题
1.汽轮机冲转时凝汽器真空下降的原因：
汽轮机冲转时，一般真空还比较低，有部分空气在汽缸及管道内未完全抽出，在冲转时随着汽流冲向凝汽器。冲转时蒸汽瞬间还未立即与凝汽器冷却水管发生热交换而凝结，故冲转时凝汽器真空总是要下降的。当冲转后进入凝汽器的蒸汽开始凝结，同时抽气器仍在不断地抽空气，真空即可较快地恢复到原来的数值。
2.真空降到一定数值时必须紧急停机的原因：
（1）由于真空降低使轴相位移过大，造成推力轴承过负荷而磨损；
（2）由于真空降低使叶片因蒸汽流量增大而造成过负荷；
（3）真空降低使排汽缸温度升高，汽缸中心线变化易引起机组振动增大；
（4）为了不使低压缸安全门动作，确保设备安全故真空降到一定数值时应紧急停机。
五、汽轮机凝汽器真空下降原因分析
1、循环水量中断或不足
⑴循环水中断
循环水中断引起真空急剧下降的主要特征是：真空表指示回零；凝汽器前循环水泵出口侧压力急剧下降；冷却塔无水喷出。循环水中断的原因可能是：循环水泵或其驱动电机故障；循环水吸水口滤网堵塞，吸入水位过低；循环水泵轴封或吸水管不严密或破裂，使空气漏人泵内等。循环水中断时，应迅速卸掉汽轮机负荷，并注意真空降到允许低限值时进行故障停机。
⑵ 循环水量不足
循环水量不足的主要特征是：真空逐步下降；循环水出口和人口温差增大。由于引起循环水量不足的原因不同，因此有其不同的特点，所以可根据这些特征去分析判断故障所在，并加以解决：
① 若此时凝汽器中流体阻力增大，表现为循环水进出口压差增大，循环水泵出口和凝汽器进口的循环水压均增高，冷却塔布水量减少，可断定是凝汽器内管板堵塞，此时可采用反冲洗、凝汽器半面清洗或停机清理的办法进行处理。
② 若此时凝汽器中流体阻力减小，表现为循环水进出口压差减小，循环水泵出口和凝汽器出口循环水压均增高，冷却塔布水量减少，可断定是凝汽器循环水出水管部分堵塞，例如出口闸门未全开或布水器堵塞等等。
③ 循环水泵供水量减少，一般可从泵人口真空表指示的吸人高度增大、真空表指针摆动、泵内有噪音和冲击声、出口压力不稳等现象进行判断、此时应根据真空降低情况降低负荷，并迅速排除故障。
2、循环水温升高
当电厂的循环冷却水为开式水时，受季节影响大，特别是夏季，循环水温升高，影响了凝汽器的换热效果。当循环水进口温度升高时，其吸收热量就减少，蒸汽冷凝温度就越高，冷凝温度的升高可使排汽压力相应升高，降低蒸汽在汽机内部的焓降，使得凝汽器内真空下降。循环水温越高，循环水从凝汽器中带走的热量越少，据测算，循环水温升高5℃，可使凝汽器真空降低1％左右。对于采用冷却塔的闭式循环供水系统，水温冷却主要取决于冷却水塔的工作状况。由于飞散及蒸发损失，循环补充用水是较大的，及时补充冷水是保持冷却水塔有效降温的重要方面，应定期检查冷却塔内的分配管是否正常，出水是否完好，这些因素都直接影响水的分布均匀性，影响其散热性能，通过每年清洗垫料，真空可恢复2％-3％，这样降低凝汽器进口水温是提高真空的有效途径，这比提高循环水量更为有效。可见，循环水温度对真空影响是很重要的。
3、后轴封供汽不足或中断
后轴封供汽不足或中断，将导致不凝结气体从外部漏入处于真空状态的部位，最后泄漏到凝汽器中，过多的不凝结的气体滞留在凝汽器中影响传热，凝结水过冷度增大，不但会使真空迅速下降，同时还会因空气冷却轴颈，严重时使转子收缩，胀差向负方向变动，轴封失汽，常由轴封汽压自动调节失灵或手动调节不当引起，都应开大调门，使轴封汽压力恢复正常，当轴封汽量分配不均引起个别轴封漏人空气时，应调节轴封汽分门，重新分配各轴封汽量，汽源本身压力不足，应设法恢复汽源，轴封汽不足或中断在处理过程中，应关闭轴封漏汽门。
4、抽气器或真空泵故障
抽气器工作不正常引起真空下降的特征有：循环水出口水温与排汽温度的差值增大；抽气器排气管向外冒水或冒蒸汽；凝结水过循环度增大，但经空气严密性试验证明真空系统漏气并未增加。引起抽气器工作不正常的原因和处理原则如下：
(1) 冷却器的冷却水量不足，使两段抽气器内同时充满没有凝结的蒸汽；降低了喷嘴的工作效率。此时应打开凝结水再循环门，关小通往除氧器的凝结水门，必要时往凝汽器补充软化水。
(2) 冷却器内管板或隔板泄漏，使部分凝结水不通过管束而短路流出；冷却器汽侧疏水排出不正常，也可造成两段抽气器内充满未凝结的蒸汽。
(3) 冷却器水管破裂或管板上胀口松驰或疏水管不通，使抽气器满水，水从抽气器排气管喷出。
(4) 喷嘴磨损或腐蚀，使抽气器工作变坏。此时，抽气器的用汽量将增大，通过冷却器的主凝结水的温升也增大。
发生上述情况，应迅速进行处理，启动备用抽气器或真空泵。
5、凝汽器热负荷过高
由于机组主蒸汽管自动主汽门前、调节汽门前疏水，低压加热器疏水以及抽汽逆止阀等多处疏水，均接入凝汽器，增加了凝汽器换热强度，当循环冷却水量一定或不足时，就会导致凝汽器真空度下降。改进的方法是将以上疏水系统加分流管道及阀门或直接接至电厂的疏水扩容器或疏水箱，以降低凝汽器的热负荷。
6、凝汽器满水(或水位升高)
凝汽器汽侧空间水位过高引起真空下降的原因是：
(1) 凝汽器汽侧空间水位升高后，淹没了下边一部分铜管，减少了凝汽器的冷却面积，使汽轮机排汽压力升高即真空降低。
(2) 如凝汽器水位升高到抽空气管口高度，则凝汽器真空便开始下降。根据凝结水淹没抽气口的程度，开始时真空降低缓慢，以后便迅速加快，这时连接在凝汽器喉部的真空表指示下降，而连接在抽气器上的真空表指示上升。如果不及时采取必要的措施，将有水由抽气器的排气管中冒出。
造成凝汽器满水的可能原因如下：
① 凝结水泵故障。
② 凝汽器铜管破裂，此时凝结水水质恶化。
③ 备用凝结水泵的进出口阀门关闭不严或逆止阀损坏，水从备用泵倒流回凝汽器。
④ 正常运行中误将凝结水再循环门开大。
7、凝汽器冷却面结垢或腐蚀，传热恶化
当凝汽器内铜管脏污结垢时，将影响凝汽器的热交换，使凝汽器端差增大，排汽温度上升，此时凝汽器内水阻增大，冷却通流量减小，冷却水出入口温差也随之增加，造成真空下降。凝结器冷却面结垢对真空的影响是逐步积累和增强的，因此判断凝汽器冷却面是否结垢，应与冷却面洁净时的运行数据比较。凝汽器冷却面结垢的主要原因是循环水水质不良，在铜管内壁沉积了一层软质的有机垢或结成硬质的无机垢，严重地降低了铜管的传热能力，并减少了铜管的通流面积。当结垢过多，真空过低时，就必须停机进行清洗。我厂的11.12号机组运行中就结垢严重，采用酸洗后机组真空明显改善。
8、凝汽器水侧泄漏
凝汽器铜管泄漏，是凝汽器最常遇到的故障之一。凝汽器铜管泄漏，将使硬度很高的冷却水进入凝汽器汽侧，凝汽器水位升高，真空下降，此外还使凝结水质变坏，造成锅炉和其它设备结垢和腐蚀，严重时可导致锅炉爆管。确认凝汽器铜管泄漏时应立即对铜管做堵管处理。
9、凝汽器真空系统不严密，汽侧泄漏导致空气涌入
真空系统不严密，存在较小漏点时，不凝结的汽体从外部漏人处于真空状态的部位，最后泄漏到凝汽器中，过多的不凝结气体滞留在凝汽器中影响传热，使真空异常下降，这类真空下降的特点是下降速度缓慢，而且真空下降到某一定值后，即保持稳定不再下降，这说明漏汽量和抽气量达到平衡。真空系统不严密漏气量增多时，表现的主要现象是：汽轮机排气温度与凝汽器出口循环水温的差值增大、凝结水过冷却度增大。此时应立即查找漏气原因和漏气点并予以消除。下面介绍一下一般容易发生漏气的地点，以便查找和消除。
(1) 轴封蒸汽未及时调整好造成轴封断汽，使空气从轴封处漏入，特别是在负荷突然降低时容易发生，应十分注意。
(2) 汽轮机排汽室与凝汽器的连接管段由于热变形或腐蚀穿孔引起漏气。
(3) 汽缸变形，从法兰接合面不严密处漏入空气。
(4) 自动排气门或真空破坏门水封断水。
(5) 凝汽器水位计接头不严密，或其它与真空系统连接的设备或管道上的计量表连接管有缺陷。
(6) 真空系统的管道法兰接合面、阀门盘根等不严密，特别是抽气器空气抽出管上的空气门盘根不严密等。
10、虹吸破坏：
虹吸被破坏时凝汽器进水压力升高，出水压力到零。在相同负荷和进水温度下，凝汽器出水温度升高，排汽温度升高，真空下降。此时应关闭出水门，开启出水侧空气门，观察真空变化，排完空气后调整出水门，真空应回升。（注意：两侧不能同时进行）如循环水泵启动或转换，管内带有空气，应将凝汽器水侧排空气门开启，排完空气后关闭。如凝汽器水室，出水管等处有不严的现象，应在短时间内消除。
六、凝汽器真空下降的处理原则
（1）发现真空下降，应对照排汽温度，确认真空下降，应迅速查明原因，立即采取相应的对策进行处理，并汇报上级领导。
（2）真空下降应启动备用真空泵，如真空跌至减负荷值仍继续下降，则应按真空下降幅度减负荷直至减负荷到零。
（3）经处理无效，机组负荷虽减到零真空仍无法恢复，应打闸停机。
（4）真空下降时，应注意汽泵的运行情况，必要时切至电泵运行。
（5）真空下降，应注意排汽温度的变化。
（6）如真空下降较快，在处理过程中已降至停机值，保护动作机组跳闸，否则应手动打闸停机。
（7）因真空低停机时，应及时切除并关闭高、低压旁路，关闭主、再热蒸汽管道至凝汽器疏水，禁止开启锅炉至凝汽器的二级旁路。
（8）加强对机组各轴承温度和振动情况的监视。