汽轮机系统真空下降原因的分析
凝汽器真空度又是汽轮机运行的重要指标，也是反映凝汽器综合性能的一项主要考核指标。凝汽器的真空水平对汽轮发电机组的经济性有着直接影响，如机组真空下降1%，机组热耗将要上升0.6%～1%。因此保持凝汽器良好的运行工况，保证凝汽器的最有利真空；是每个发电厂节能的重要内容。而汽轮机的真空下降会使汽轮机的可用热焓降减少，除了经济性降低，汽轮机出力也会降低；排汽缸及轴承座等部件受热膨胀引起动静中心改变，汽轮机产生振动；排汽温度过高，可能会引起凝汽器的铜管胀口松弛，破坏凝汽器的严密性；使轴向推力明显增加；真空下降使排汽容积流量减小，产生涡流及漩流，同时产生较大的激振力，易使未级叶片损坏。
摘要：真空下降 原因分析 热经济性 安全稳定运行
一、凝汽器真空的形成
凝汽器中真空的形成是由于汽轮机的排汽被凝结成水，其比容急剧缩小。如蒸汽在绝对压力4KPa时，蒸汽的体积比水容积大3万多倍。当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器汽侧形成高度真空，它是汽水系统完成循环的必要条件。在运行中真空下降，将直接影响汽轮机汽耗和机组出力，同时也给机组的安全稳定运行带来很大的影响。因此，对影响凝汽器真空的原因进行分析和处理十分必要。
二、汽轮机凝汽器真空度下降的主要特征
在汽轮机组的正常运行中我们可以通过各种仪表、数据来了解和分析汽轮机凝汽器的真空度好坏情况。一般汽轮机凝汽器真空度下降的主要特征有：
1、真空表指示降低；
2、排汽温度升高；
3、凝结水过冷度增加；
4、凝汽器端差增大；
5、机组出现振动；
三、凝汽器真空度下降的影响
1、当汽机的排汽压力、温度升高，蒸汽在机内的可用焓降减少，蒸汽在凝汽器中的冷源损失增大，机组效率下降，机组出力减少。
2、凝汽器真空下降较大而排汽温度上升较高时，将使排汽缸及低压轴承座等部件受热膨胀，引起机组中心偏移，机组发生振动
3、真空降低，要维持机组负荷不变，需增加蒸汽流量，引起末级叶片可能过负荷，轴向推力增大，推力瓦温度升高，严重时可能烧毁推力瓦
4、由于排汽温度升高，可能引起凝汽器冷却水管胀口松动，破坏凝汽器冷却水管严密性
5、排汽的体积流量减少，对末级叶片工作不利
6、当机组汽耗量不变时，真空恶化1％，将引起汽轮机的功率降低约为额定容量的1％。当汽轮机的负荷不变时，真空恶化1％，相当于电厂的燃煤消耗量增加大约为1-2％。真空每降低1kPa，汽轮机汽耗平均增加1％~2％。所以，只有了解凝汽器真空下降的原因和所产生的后果，才能确保及时准确地对故障进行处理。
四、 真空下降的原因分析及对策
1、真空系统不严密
该故障通常表现为汽轮机同一负荷下的真空值比正常时低，并稳定在某一真空值，随着负荷的升高凝汽器真空反而升高。真空系统严密程度与泄漏程度可以通过定期真空系统严密性试验进行检验。
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。
若确认真空系统不严密，可用蜡烛或专用的检漏仪器检测各负压管道、阀门以及凝汽器本体，发现漏泄点及时消除。
2、凝汽器水位高
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。
凝汽器水位升高往往是因为凝结水泵运行不正常或凝汽器铜管漏泄。若是由于凝结水泵运行不正常引起，通常表现为运行的凝结水泵电流、压力不正常，此时应启备用泵，将故障泵停下进行检修。凝结水泵故障通常为：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或正常运行中误将凝结水再循环门开大。若检查出凝结水硬度大，可以判断导致凝汽器水位升高，如泄漏量较小，可以考虑在循环水泵吸入口水中加适量的锯木屑,利用真空的作用会将“针孔”堵塞；如泄漏量加大，应立即停机查找漏点并进行封堵或换管。
3、凝汽器铜管结垢
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。凝汽器铜管结垢，致使汽水热交换效率降低，端差增大，凝汽器真空降低。
为防止这种现象发生，应保持凝汽器管壁和水侧的清洁度，减轻汽器铜管结垢，目前最有效的方法是胶球清洗，提高凝汽器胶球自动清洗装置的投入率，或考虑定期进行凝汽器铜管机械清洗或用富士蓝酸洗并用硫酸亚铁补膜。
4、抽气器工作不正常或效率降低
抽气器工作不正常引起真空下降的特征有：凝汽器端差增大；抽气器处压力与真空值差别较大，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，主要检查射水泵电流、出口压力是否正常，射水池水温是否过高，抽气器真空系统严密性如何，有条件可试验抽气器的工作能力和效率。
5、 循环水量中断、不足
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。
循环水量不足的主要特征是：真空逐步下降；相同负荷下(指排汽量相同)，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。
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。
循环水量不足应检查循环水泵工作有无异常，检查循环水泵出口压力、循环水进口水位，检查进口滤网有无堵塞。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。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。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。
6、循环水温度高
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。
运行中由于冷却塔工作不正常，如配水槽、配水管内积泥，致使配水不均，配水管断裂局部水大量流下；塔内填料塌落，冷却风走近路；喷嘴堵塞，溅水碟脱落、使水喷淋不均；防冻管阀门不严造成水走近路，也可使水塔出水温度升高，真空下降。
处理方法：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。
7、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。
8、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。另外机组进汽量远远超过设计流量时，也会增大凝汽器的热负荷，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，同时避免机组长时间超流量运行。
9、蒸汽携带空气进入汽轮机
蒸汽携带空气进入汽轮机将造成真空迅速下降，过冷度增大，如携带空气量较大，可能造成停机事故。
该情况主要出现在有低压补汽的凝汽器式汽轮机，由于低压补汽起源不稳定，当部分低压管网停运后在投入使如果管道内的空气不能及时排空就并入低压补汽管网，大量空气将进入汽轮机，将影响凝汽器的传热效果，使真空迅速下降。
改进的方法是加强低压蒸汽汽源的管理，并汽前应将支路管道中空气排净，使汽压略低于母管蒸汽压力。
10、虹吸破坏或气囊现象
虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。使液体向上升的力是液体间分子的内聚力。在发生虹吸现象时，由于管内往外流的液体比流入管子内的液体多，两边的重力不平衡，所以液体就会继续沿一个方向流动。在液体流入管子里，越往上压力就越低。如果液体上升的管子很高，压力会降低到使管内产生气泡（由空气或其他成分的气体构成），虹吸管的作用高度就是由气泡的生成而决定的。因为气泡会使液体断开，气泡两端的气体分子之间的作用力减至0，从而破坏了虹吸作用，因此管子一定要装满水。
当凝汽器式汽轮机带负荷较小而冷却水入口温度又较低时，由于通过凝汽器的循环水量小，流速低，冷却水在凝汽器中的温升高，溶于循环水中的气体被分离出来，积存在凝汽器循环水出口水室的最高处并形成气囊。随着积存空气量的增多，气囊增大，妨碍冷却水通过，使凝汽器真空下降。虹吸被破坏，吸水高度瞬间上升，使供水量立即下降，造成冷却水量减少，冷却水出口温度上升，从而使凝汽器里的传热效果变差，凝汽器真空度下降。虹吸流动被破坏的主要原因不是真空过大或水温过高使最高点的压力低于饱和压力(水因此而汽化)造成的,这种情况在理论分析时是虹吸破坏的主要原因。
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时管内带有空气，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、凝汽器真空度下降的预防措施
真空系统庞大，与真空有关的设备系统分散复杂，真空下降事故至今仍在汽轮机事故中占相当大比重，需要时刻做好真空下降预防工作。
1、加强对循环水供水设备的维护工作，确保循环水供水设备的正常运行。对冷却水流量和流速进行合理调整
2、提高抽气器工作性能，加强对凝结水泵及射水泵、射水泵抽气器、真空泵等空气抽出设备的维护工作，确保其正常运行，抽气器切换要严防误操作。
3、轴封供汽压力自动、凝汽器水位自动要可靠投用，调整门动作要可靠，并加强对凝汽器水位和轴封汽压力的监视。维持轴封系统及水封的正常工作；维持好轴封加热器的正常水位；调整汽轮机轴端汽封间隙，减小轴端漏汽量；严格控制低压汽封供汽压力、温度，遇到汽封系统运行不正常，应及时进行分析，负压部位管道设计时，应充分考虑膨胀问题；应尽量避免剧烈工况出现；及时更换泄漏的阀门等方面改进真空的严密性；提高抽气器效率。
4、对凝汽器的汽水、水封设备的运行加强监视分析，防止水封设备损坏或水封头失水漏空气。
5、汽水系统化学补充水接至凝汽器。补充水温度低，吸收排汽热量可降低凝汽器温度。
6、坚持定期进行汽轮机真空严密性试验，监视真空系统严密程度。若结果不合格时，应对汽轮机真空系统进行查漏，堵漏。目前检漏方式有卤素检漏法、超声波检漏法、真空灌水法和氦
质谱检漏法，其中氦质谱检漏法是目前汽轮机真空系统检漏的先进方法。
7、低真空保护装置应投入运行，整定值应符合设计要求，不得任意改变报警、停机的整定值。
8、在运行中加强凝结水水质的检验，确认凝汽器铜管漏泄后应采取妥当措施进行补救。
9、加强运行管理，对下列各参数定时记录，以便分析比较：凝汽器的真空，排汽温度，凝结水的水质、温度，循环水进出口水温、压力，凝汽器热井水位，循环水泵电流值等。
10、检查冷却塔性能，加强运行维护，调整到最佳工况运行。
七、结束语
通过以上分析可以看出，影响凝汽器真空的因素众多复杂，只有熟悉掌握机组系统原理，才能做出准确分析判断。当然也应了解真空降低对机组的影响，以达到及时准确、果断地处理故障。
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来源：
