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汽輪機凝汽器真空下降的原因分析解決問題方法

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作者來源:汽輪機凝汽器      發布時間: 2016-06-03 18:09
導讀:通過對汽輪機凝汽器真空下降的原因分析,找出凝汽器真空下降的原因,提出解決問題的方法及措施,提高凝汽器真空,增加機組的經濟性。對于凝汽式汽輪機組,需要在汽輪機的汽缸内和凝汽器中建立一定的真空,正常運行時也需要不斷的将由不同途徑漏入的不凝結氣體從汽輪機及凝汽器中抽出。真空系統就是用來建立和維持汽輪機組的低背壓和凝汽器的真空。同時汽輪機凝汽器真空是衡量機組經濟性的重要指标,凝汽器真空過高或過低,不僅對影響汽輪機的效率,而且也會影響汽輪機的安全,一般的大型汽輪發電機組都設有凝汽器真空低跳閘保護,因此,在熱力發電廠中是一個受到高度重視的指标。研究這個課題,對于提高汽輪發電機組的經濟性具有積極的影響。

摘要:通過對汽輪機凝汽器真空下降的原因分析,找出凝汽器真空下降的原因,提出解決問題的方法及措施,提高凝汽器真空,增加機組的經濟性。

 

1 概述

對于凝汽式汽輪機組,需要在汽輪機的汽缸内和凝汽器中建立一定的真空,正常運行時也需要不斷的将由不同途徑漏入的不凝結氣體從汽輪機及凝汽器中抽出。真空系統就是用來建立和維持汽輪機組的低背壓和凝汽器的真空。同時汽輪機凝汽器真空是衡量機組經濟性的重要指标,凝汽器真空過高或過低,不僅對影響汽輪機的效率,而且也會影響汽輪機的安全,一般的大型汽輪發電機組都設有凝汽器真空低跳閘保護,因此,在熱力發電廠中是一個受到高度重視的指标。研究這個課題,對于提高汽輪發電機組的經濟性具有積極的影響。

 

2 汽輪機凝汽器運行中真空下降的原因分析

影響汽輪機凝汽器真空的因素有很多很多,因為與真空有關的系統、設備衆多。從大的方面來講主要有機組負荷的影響、凝汽器漏入空氣的影響、高、低壓加熱器疏水的影響、小機漏入空氣的影響、各高壓蒸汽疏水的影響、循環水流量及溫度的影響、凝汽器真空泵出力的影響、低壓軸封壓力的影響、凝汽器水位及凝汽器銅管冷卻效果的影響、進入凝汽器的各個水封的影響等等,下面就上述主要原因加以分析讨論。

2.1 機組負荷的影響

正常運行中,對于電網中的調頻機組來講,機組負荷是影響凝汽器真空中最頻繁的因素之一。

機組負荷升高,相應的汽輪機低壓缸排汽量越大,凝汽器熱負荷越高,凝汽器真空也會随之下降,如果凝汽器真空下降到一定的數值,一般情況下都要限制機組出力,降低機組負荷,借以維持凝汽器真空。相反,機組負荷降低,凝汽器真空就會升高。另外,如果汽輪機組相應的高、低壓加熱器退出運行,那麼,這部分蒸汽就會進入凝汽器,凝汽器相應的熱負荷就會增大,機組帶同樣的負荷最終排入凝汽器的蒸汽量就會增加,引起凝汽器真空下降,相反,加熱器的投運,機組帶同樣的負荷最終排入凝汽器的蒸汽量就會減少,凝汽器真空也會随之升高。因此,在相同的機組負荷下,高、低壓加熱器的投停,也會影響凝汽器的真空。

2.2 凝汽器漏入空氣量的影響

凝汽器漏入空氣是熱力發電廠中最常見的也是最頭疼的問題之一。凝汽器漏入空氣,由于空氣不凝結,又是熱的不良導體,使凝汽器換熱效果大大降低,從而降低了機組的經濟性。由于連接到凝汽器的管道、加熱器很多以及凝汽器表面很大,整個凝汽器及其系統漏入空氣的幾率很大。因此,其漏點查找起來也相當困難,如本人原工作過的十裡泉發電廠#機組凝汽器真空偏低,成立了查真空突擊隊,在7月份的高溫環境中詳細檢查了近15天,但收效不大。

但從理論角度分析,凡是與凝汽器相通的壓力高于凝汽器真空但又低于大氣壓的容器、管道、閥門、法蘭等都會是漏入空氣的因素。在實際生産過程中,這些容器、管道等内的壓力又不是一層不變的,又往往受到各種因素的影響。例如我廠600MW機組中的#5、#6低壓加熱器,在低負荷時成負壓,在高負荷時成正壓等等。

總的來講,能夠漏入空氣的部位主要有以下幾個方面:

2.2.1 凝汽器外殼

2.2.2 高、低壓加熱器的事故疏水管道及閥門、法蘭

2.2.3 高加事故疏水擴容器

2.2.4 低壓加熱器外殼

2.2.5 低壓加熱器汽側疏放水管道及閥門、法蘭

2.2.6 低壓加熱器汽側啟動排汽管道及閥門、法蘭

2.2.7 低壓加熱器汽側水位計

2.2.8 有關系統至凝汽器的各個水封

2.2.9 凝汽器抽空氣管道及閥門、法蘭

2.2.10 凝汽器真空破壞門及管道、法蘭

2.2.11 汽輪機低壓缸及結合面、低壓缸上部安全膜

2.2.12 凝結水收集箱及其管道及閥門、法蘭

2.2.13 凝汽器放水門及其管道、法蘭

2.2.14 備用凝結水泵及其連接的管道、法蘭、閥門、盤根、濾網

2.2.15 給水泵汽輪機排汽管道及其閥門、法蘭

2.2.16 凝汽器補水箱、補水管道及其閥門、法蘭

2.3 高、低壓加熱器疏水的影響

高、低壓加熱器疏水的影響主要表現在:由于事故疏水大部分為全開、全關型,高、低壓加熱器事故疏水快速打開時時,造成大量熱水突然進入凝汽器,凝汽器熱負荷迅速增加,從而使凝汽器真空突然降低。在一般情況下,相對與凝汽器來說,影響不會太大。但是,如果高壓加熱器的事故疏水誤開,使高壓加熱器水位無法維持,大量高溫、高壓蒸汽直接排入凝汽器,那麼,不僅會使凝汽器真空大幅下降,而且長期運行還會使高加水封損壞,凝汽器的高加事故疏水擴容器遭到嚴重的熱沖擊,嚴重時會使焊口等部件由于熱應力過大而裂開,造成事故。

2.4 各高壓蒸汽疏水的影響

高壓蒸汽疏水的影響主要是高壓閥門在運行中如果誤開,那麼,高溫、高壓蒸汽就會直接進入凝汽器,凝汽器熱負荷迅速增加,從而使凝汽器真空突然降低。如我廠#1機組試運時,電建公司人員在校正汽輪機高壓缸上下缸溫度測點時,使下缸溫度比上缸溫度低了近65℃,導緻8個高壓疏水門聯動開啟,機組負荷下降80MW,真空下降近2Kpa。這種情況在運行中出現的幾率不是很大。

但是,經常出現的是高壓疏水閥門在運行中由于高壓蒸汽的沖刷而關閉不嚴密,使部分高溫、高壓蒸汽進入凝汽器,這部分蒸汽流量雖然不是很大,但是這部分蒸汽為高溫、高壓蒸汽,其焓值很高,進入凝汽器,焓降很大,從而對凝汽器排汽溫度影響很大,使得凝汽器真空降低幅度較大。因此許多電廠為了提高機組經濟性,保證凝汽器的高真空,将不嚴密的高壓疏水門截門手動關閉,防止高溫高壓蒸汽進入凝汽器影響真空。

2.5 循環水流量及溫度的影響

循環水作為汽輪機低壓缸排汽的冷卻介質,其溫度、流量對低壓缸排汽溫度的影響以及對凝汽器真空的影響是舉足輕重的。

正常運行中,循環水溫度主要受環境溫度、風力的影響,環境溫度越高、風力越小,那麼,循環水在冷水塔淋水盤下落的過程中,被風帶走的熱量越少,換熱效果越差,循環水溫降越小,也就是說,循環水溫度下降的越少,循環水溫度越高,進入凝汽器後,在凝汽器相同的冷卻效果下(即循環水在凝汽器的溫升一定的情況下)循環水出水溫度升高,其對應的低壓缸排汽溫度升高,引起凝汽器真空下降。

其次,機組負荷對循環水溫度也有一定的影響,機組負荷的影響是對凝汽器真空的影響在循環水溫度上的一種反映,前面已經介紹過了,這裡不在贅述。

第三,冷水塔的配水方式對循環水溫度影響也很大。但是,冷水塔的配水方式一般隻有到冬天嚴冷的時候才會改變,由全區配水切換為外區配水。其他一般情況下,一般都會在全塔配水的方式下運行,以保持冷水塔最佳出力,維持凝汽器較高的真空。

循環水流量對真空的影響是立杆見影的。循環水流量的影響主要受循環水泵出力的影響。正常運行中,循環水泵起、停運、跳閘或者由于某種原因使循環水流量突降,特别是正常運行中,運行循環水泵跳閘,其出口逆止門關閉不了或不嚴,循環水通過跳閘的運行泵,直接回到了涼水塔,從而使凝汽器失去冷卻水,那麼凝汽器真空會迅速直線下降,如果此時運行人員不果斷降機組負荷、開啟備用循環水泵,就可能導緻機組因真空低保護動作而跳閘。

2.6 凝汽器真空泵出力的影響

凝汽器真空泵的作用是當凝汽器内空氣含量超過一定值時,凝汽器的真空就要被破壞,空氣的存在還影響循環冷卻水對排汽的冷卻。在機組啟動時建立真空以及在運行中抽除從真空系統不嚴密處漏入的空氣和未凝結的蒸汽,維持所需要的真空。

凝汽器真空泵出力的大小表示了真空泵抽吸空氣和其他不凝結氣體的能力,出力越大,抽吸能力越強,使凝汽器能夠維持的真空也就越高。反之,能夠維持的真空也就越低。決定真空泵出力大小的因素很多,除真空泵的功率因素外,對于機械水環式真空泵,主要還有真空泵分離箱水位、冷卻器的冷卻效果等等。真空泵分離箱水位過高容易擠壞分離器,損壞設備;真空泵分離箱水位過低,真空泵出力就會下降。分離器溫度過高,也會使真空泵出力下降。

如果冷卻器冷卻效果好,則真空泵出力就高。但在炎熱的夏季,冷卻水取自開式水溫度較高,冷卻效果不好,我廠小修中由工業水接一路至真空泵冷卻水,夏季溫度高時摻工業水,冷卻效果明顯提高,凝汽器真空從而升高。

2.7 低壓軸封壓力的影響

汽輪機軸封大多都采用迷宮式,汽輪機低壓軸封蒸汽通過低壓缸軸封形成迷宮式汽封,從而使外界空氣不能漏入凝汽器内,防止低壓缸因漏空氣而降真空。低壓軸封蒸汽需要一定的壓力和溫度,低壓軸封蒸汽壓力過高會使軸封蒸汽外漏和内漏,外漏影響環境、造成汽輪機潤滑油中進水,内漏過多也會使真空下降。低壓軸封蒸汽壓力過低則迷宮強度降低,外界空氣就會通過汽輪機的大軸漏入凝汽器降低凝汽器真空,因此運行中必須保證正常的軸封壓力。

2.8 凝汽器水位及凝汽器銅管冷卻效果的影響

凝汽器水位過高,減小了汽輪機低壓缸排汽空間,減小了換熱面積,從而使低壓缸排汽溫度升高,凝汽器真空降低。另外,凝汽器水位過高,還會造成凝結水過冷,降低機組的經濟性。凝汽器水位過低,會影響凝結水泵的安全運行,因此,凝汽器要保持一定的水位,過高或過低都是不可取的。衡量凝汽器傳熱效果的一個重要指标是凝汽器端差,端差的大小表明了凝汽器傳熱效率的高低。凝汽器端差與冷卻水進口溫度、銅管表面的清潔程度(表面結垢或髒污會影響傳熱效果,使端差增大)及凝汽器有沒有積聚的空氣(空氣和水蒸氣混合物對銅管表面的放熱系數很低,妨礙傳熱)等因素有關。

2.9 進入凝汽器的各個水封的影響

由于經過化學處理的除鹽水成本較高,對于整個機組的正常排放水來說,如果不加以回收,浪費是很嚴重的。因此,各個熱力發電廠都對正常排放的除鹽水加以回收。為了回收這部分除鹽水,設置了與凝汽器相通的疏水器,為了防止空氣通過疏水器進入凝汽器,疏水都通過水封與凝汽器相通。

如果水封水位過低或者故障,空氣就會通過水封直接進入凝汽器,從而造成凝汽器真空下降。如我廠#1機組汽泵密封水回水至凝汽器A水封設計高度不夠,雖然試運過程中改造了一次,但仍然偏低,水封不能保持。#1機組小修時在汽機房0米水封前回水管道處安裝了一塊壓力表,用來監視水封工作情況。正常壓力表指示應在微正壓,如指示正壓偏高,說明密封水回水不暢,汽泵密封水有向外漏水的可能;如指示負壓偏高,說明水封内不能保持正常水位。

1月28日發現壓力表指示—80Kpa,從汽泵密封腔6個放氣孔處向内嚴重吸氣。經過向水封注水、調整,凝汽器真空大幅度提高,注水前後數據比較:注水前:機組負荷430MW,凝汽器真空DCS 97.5/97.7 Kpa,DEH 95.07 Kpa,給煤量175T/H,凝水溶氧35; 注水後:機組負荷431MW,凝汽器真空DCS 99.26/99.23 Kpa,DEH 96.7 Kpa,給煤量169T/H,凝水溶氧27。

 

3 解決問題的方法和措施

運行中凝汽器真空下降的原因有很多,上面已經作了分析,針對上述運行中凝汽器真空下降的因素,提出以下措施或解決方法:

3.1 針對機組負荷的影響

顯而易見如果凝汽器真空降低到一定的極限,則應降低機組負荷,以維持凝汽器的最低真空。

3.2 針對凝汽器漏入空氣量的影響

通過上面的分析可知,凝汽器漏入空氣的點、面很多,隻要查到漏入點,将漏入點堵死,問題就可解決。

3.3 針對高、低壓加熱器疏水的影響

高、低壓加熱器疏水問題主要靠水位基地調節儀的可靠動作來解決。在設備運行中,主要通過加強就地巡回檢查高、低壓加熱器水位、精心監視高、低壓加熱器的壓力、溫度、疏水溫度、加熱器端差、水位等參數,及時發現異常情況,聯系維護人員加以解決。

3.4 針對各高壓蒸汽疏水的影響

加強對各高壓蒸汽疏水控制系統的監視與維護,保證各高壓蒸汽疏水動作正确性;在保證機組安全、沒有十分必要的情況下,及時關閉高壓疏水,以免高壓蒸汽對閥芯長時間沖刷。一旦出現高壓蒸汽疏水關閉不嚴密的情況,應關閉其前手動隔離門,如出現機組跳閘等需要打開疏水的情況,則立即到就地打開根據需要前手動隔離門。

3.5 針對循環水流量及溫度的影響

循環水溫度受氣候、天氣的影響很大,這是我們無法改變的。但是,我們可以通過改變冷水塔、循環水泵的運行方式加以彌補。如在夏天,我們可以通過加開循環水泵,增大循環水流量來彌補循環水溫度高的影響,用冷水塔全塔配水,來增大散熱面積,降低循環水溫度。在冬天,凝汽器真空很高的情況下,減少運行循環水泵台數,節約廠用電。用冷水塔外區配水,減小散熱面積,以提高循環水溫度;或者用打開冷水塔旁路門,調節循環水溫度。在循環水泵事故跳閘的情況下,循環水流量急劇下降,凝汽器真空也會急劇下降,這種情況,應立即确認泵出口蝶閥關閉,否則,立即就地手動關閉,同時,立即啟動備用循環水泵、備用凝汽器真空泵,通過機組RB自動快速減負荷,否則,手動跳閘磨煤機,關小汽輪機調速汽門,快速減低機組負荷,以維持凝汽器真空在機組保護跳閘值以上。

3.6 針對凝汽器真空泵出力的影響

根據對凝汽器真空泵出力的影響分析,一旦真空泵出力下降,則應檢查真空泵分離箱的水位是否正常,否則,通過對分離箱補水或放水,是分離箱水位維持在正常範圍内。如真空泵分離箱溫度過高,則應增大其冷卻水流量,降低冷卻水溫度,使分離箱溫度維持在正常範圍内。在夏季如果冷卻器有工業水供應,可開啟工業水進行冷卻,提高真空泵出力。

3.7 針對低壓軸封壓力的影響

通過對軸封壓力的影響分析,可以看出,軸封壓力應維持在一定水平上,如軸封壓力過低,可以通過開大軸封汽源(一般有冷再供汽、輔汽供汽、主蒸汽供汽等),提高軸封壓力。正常運行中,一般靠高壓軸封漏汽供至低壓軸封,上述三種汽源隻起輔助備用。但是,一旦機組跳閘,高壓軸封漏汽、冷再供汽、主蒸汽供汽汽源将會失去,需要立即就地打開輔汽供軸封用汽,以保證軸封壓力。

3.8 針對凝汽器水位及凝汽器銅管冷卻效果的影響

凝汽器水位的調整主要通過凝汽器補水來調節,如果凝汽器補水來調節閥故障,則應通過其調節閥的旁路閥手動調節。水位過高,關閉補水,水位過低,開大補水,保證凝汽器水位維持在正常水位。

凝汽器銅管冷卻效果差一般采用投用凝汽器膠球清洗,用膠球将凝汽器循環水銅管内的污垢帶走。銅管污垢嚴重的話可以通過凝汽器反沖洗清除銅管内的污垢,這種情況一般在機組負荷較低的情況下,将凝汽器循環水側半邊隔離,利用循環水反向流動沖刷,清除凝汽器銅管内的污垢。具體步驟如下:

A.凝汽器半側清洗:

(1)運行中發現凝汽器水管洩漏或凝汽器水側污髒時,可單獨解列、隔絕一組凝汽器。

(2)待停用一組凝汽器膠球裝置收球結束,膠球泵停止運行,并将該組膠球清洗程控出系。

(3)根據凝汽器真空情況,機組減負荷至60%。

(4)關閉停用側凝汽器的抽空氣門。

(5)關閉停用側凝汽器循環水進水門,注意運行凝汽器水側壓力不 超過0.32MPa,凝汽器真空不低于-86kPa,排汽溫度不大于54℃。

(6)關閉停用側凝汽器循環水出水門。

(7)若二台或三台循環水泵運行時,可停用一台循環水泵。

(8)開啟停用一組凝汽器水側放水門及放空氣門,注意地溝污水水位和污水泵運行情況應正常。

(9)将停止側循環水進、出水門停電。

B.隔絕注意事項

(1) 停用一組凝汽器循環水壓力到零,應緩慢打開該組凝汽器人孔門。

(2) 由于凝汽器水管洩漏而隔絕、并停用一組凝汽器時,在打開該組凝汽器放水門和人孔門時,應特别注意凝汽器真空的變化。

(3) 在隔絕操作過程中,若發生跌真空,應立即停止操作,增開備用真空泵,進行恢複處理。

C.凝汽器半側清洗後的投運操作:

(1)檢查确認凝汽器工作全部結束,工作人員已撤離,所有工具及垃圾均已取出。

(2)關閉人孔門和凝汽器水側放水門和循環水回水管放水門,并給循環水進、出水門送電。

(3)開啟凝汽器循環水出水門。

(4)逐漸開啟凝汽器循環水進水門,直至全開,空氣趕盡後,關閉放空氣門,注意循環水母管壓力,根據需要增開一台循環水泵。

(5)凝汽器水側投入正常後,緩慢開啟凝汽器空氣門直至全開,監視凝汽器真空變化。

(6)汽器真空正常後,可恢複機組負荷。

(7)膠球清洗裝置的程控入系。

3.9 針對進入凝汽器的各個水封的影響

進入凝汽器的各個水封必須保持一定的水位,如果水位過低,則開大水封補水,如仍維持不住水封水位,則應将水封暫時隔離,帶水封水位穩定後再行投入水封。

 

4 結束語

在熱力發電廠實際工作中,影響凝汽器真空的因素很多,也很複雜,一般會有多個因素共同影響,解決問題的方法也很多,有時用看似很土的方法卻能解決問題,因此,主要還是根據現場的實際情況,采取靈活多樣的方法,解決生産現場中存在的實際問題。以上通過對凝汽器真空下降的原因分析,找出了解決問題的方法,希望能對實際工作有所幫助。

 

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