凝汽器真空度低的原因及改善措施

张祜珍，商虎峰，田伟，田进，党硕，柴悦

（中联西北工程设计研究院有限公司，陕西 西安 710077）

凝汽器真空是衡量汽轮机工作安全性及经济性的重要指标，一直以来，是设备设计人员和作业单位的关注重点。凝汽器真空过低不但会造成汽耗增加，汽轮机效率下降，使得整体机组的经济性大幅降低，而且还会因排汽温度过高而引起汽轮机轴承温升，轴心发生位移，进而导致机组振动过大，影响汽轮机组运行稳定性。同时，当凝汽器真空检测值未达到应达值时，为确保汽轮机组出力恒定，须提高蒸汽流量，推力轴承受到的轴向推力随蒸汽流量的增加而增大，长时间过载极易造成设备事故。因此，分析引起凝汽器真空度低的原因并加以改善对于确保机组的安全运行、提高其经济性具有重要意义。

1 工作原理及理论

汽轮机组是利用进汽与排汽两侧压差，通过蒸汽流动对叶轮的推动来实现能量的转换。凝汽器的作用则是将汽轮机组排出的蒸汽快速冷却并凝结成水，从而在机组排汽侧建立高度真空，以降低机组背压，使两侧压差增大，进而提高汽轮机组出力。凝汽器由真空抽气系统及循环冷却水系统两部分组成。其中，循环冷却水系统负责将排汽侧蒸汽快速冷却凝结成水，气体体积缩小，从而形成低压真空；真空抽气系统则负责将混入的空气及未凝结的蒸汽抽走，从而防止气体累积，确保凝汽器内始终保持真空。在理想状态下，假设凝汽器对蒸汽的冷却能力无限大，传热端差为零，凝汽器内无空气混入，蒸汽凝结温度等于冷却循环水温度，则此时凝汽器内压力为饱和蒸汽压力。由于凝汽器内水与蒸汽同时存在，因此凝汽器内的实际压力为汽液共存时的饱和压力，蒸汽凝结温度高于冷却水温度，故凝汽器压力与温度有关。根据凝汽器热交换及热平衡条件可知，饱和温度计算公式：

则凝汽器压力Pk约等于：

式中，ts—饱和蒸汽温度；tw1—冷却循环水的进水温度；Δt—冷却循环水进出口温差；δt—凝汽器传热端差；Pk—凝汽器压力。

由上述公式可以看出，凝汽器压力与饱和蒸汽温度有关，因此只要降低ts，便可降低凝汽器压力Pk。然而在实际实践过程中，凝汽器内还混入部分不凝结气体，对凝汽器真空有着显著影响，凝汽器压力等于不凝结气体压力与蒸汽分压之和。所以，在实践过程中，分析和改善凝汽器真空需要从上述两方面出发。

2 凝汽器真空度的主要影响因素

（1）胶球清洗装置的影响。为确保凝汽器冷却循环水管道清洁，设置有胶球清洗装置。若在机组使用过程中，胶球清洗装置无法正常投入使用，则极易造成凝汽器水垢聚集，影响热交换效果，从而导致凝汽器端差变大，排汽温度升高，进而造成凝汽器内真空度降低。所以，胶球清洗装置运行的可靠性直接影响凝汽器的真空度。

（2）机组系统严密性的影响。机组系统严密性差是凝汽器真空度低常见的原因之一。凝汽器内的空气量增加，造成凝汽器真空度降低，一般情况下存在两种可能：①空气随蒸汽进入凝汽器，通常给水系统会经过多次除氧，因此该情况发生的概率较低；②由于汽轮机组真空系统严密性较差，有空气漏进，从而影响凝汽器真空度。可见，在汽轮机组内部负压状态下，部分部件（如轴封套与低压缸结合面、排汽缸膨胀节、高中压汽加热系统、汽缸轴封、凝汽器喉部排气管道、凝汽器壁等）密封不严是造成凝汽器内混入空气的主要原因。随着混入凝汽器内空气量不断增大，使得真空抽气系统过载。凝结水氧含量及过冷度升高会极大影响凝汽器真空，严重时可造成凝汽器失效。凝汽器的严密性经验公式为：

式中：Da—真空抽气系统单位时间抽出的空气量，kg/s；K1—严密性系数，严密性优、良和中分别对应1．0、2．0、3．5；Ds—汽轮机单位时间排汽量，kg/s。

（3）循环冷却水系统的影响。循环冷却水系统是凝汽器关键组成部分，循环水的流量、温度及凝汽器的导热效果等因素均会对其真空度具有很大影响。①循环冷却水流量对真空度的影响。循环水流量降低后，表现为进水口与出水口温差减小、温度升高（进水口温度因热导效应而局部升高），使得凝汽器内饱和温度升高，从而影响其真空度。循环水流量则与循环水泵、水源充足度及循环水管道等情况有关。②循环冷却水进口温度对凝汽器真空的影响。在汽轮机组运行过程中，当进入凝汽器的循环水温度升高时，便会使凝汽器的冷凝效果下降，从而使得凝汽器内部冷凝温度升高，导致排汽压力升高，汽轮机内部蒸汽焓降相应降低，从而造成凝汽器内真空度下降。如图1所示。

图1 冷却循环水进口温度对凝汽器真空的影响

（4）低压缸轴封供汽的影响。在汽轮机组运行过程中，使用人员为了防止低压缸内油品被水污染，通常会调低供汽压力，供汽压力过低会造成密封失效。因此，低压缸轴封蒸汽压力过低甚至中断会造成外部空气因内外压差进入机组内部，并混入凝汽器内，凝汽器内大量不凝结气体累积会严重影响凝汽器的传热效果，从而使凝汽器真空度急剧降低。

（5）凝汽器水位高对真空度的影响。若凝汽器内汽侧凝结水位过高，会将部分热交换管道淹没，使得凝汽器冷却面积减少，冷凝效果降低，部分乏汽未能及时凝结成水，从而影响凝汽器真空度。如果凝结水位继续升高至真空抽气管口处，未完全凝结的蒸汽与不凝结气体一同被真空抽气系统抽出，并且抽气管处可能有水冒出。导致凝汽器内凝结水水位高的主要原因包括：凝汽器热交换管道破裂或与管板间的密封失效，导致冷却循环水泄漏进入汽侧；凝结水泵失效，抽水能力不足；凝结水备用泵出口单向阀失效，导致水通过备用通路倒灌进入凝汽器内；误操作开大凝结水再循环阀门等。

（6）凝汽器端差对真空度的影响。在相同条件下，引起凝汽器端差增大的原因有两方面：一是凝汽器汽侧存在较多空气，阻碍了传热管的热水交换；二是凝汽器传热管内侧表面脏污，造成热交换性能差。要保证凝汽器内有良好的真空度，必须保持冷却表面的清洁和保证蒸汽空间不积存空气，才能确保汽轮机组安全、可靠、稳定运行。

3 凝汽器真空度低的改善措施

（1）提高机组的严密性。可利用机组检修来对汽轮机组严密性进行检测与处理，检测方法可采用灌水查漏、氦质谱检漏等。周期性更换系统密封件，如法兰垫片、盘根等。对传统的真空系统阀门进行改造，采用水封门，以改善阀门的密封可靠性。

（2）定期对冷却面进行清洗。为减少冷却面结垢，循环冷却水应经过严格的预处理，可在循环水中适时加阻垢剂，同时循环水进入凝汽器之前加装二次滤网，并定期冲洗。在机组停运时，对水室及管束进行冲洗。在机组运行过程中，投入胶球在线清洗系统清洁冷却管。投入胶球清洗时，应采用扬程大的胶球泵，保证胶球的正常循环，收球网栅的间距应均匀，避免跑球，清洗过程中，注意胶球的密度、大小、质地，控制好胶球的数量、清洗持续时间等。

（3）提高真空泵的效率。降低工作介质的温度是提高真空泵效率的重要措施。可将循环水改为温度较低的机组工业用水，也可在抽气系统中安装制冷装置，利用循环冷却水对工作水进行冷却，在凝汽器与抽气器之间的抽气管路上安装一个混合式冷却器，把抽出气体中的水蒸汽凝结疏出，降低抽气设备工作水温度。

在真空泵前一级加装大气喷射器，利用真空泵负压与大气压形成压差而产生的空气射流，在喷射器内获得比真空泵更低的抽吸压力，从而消除真空泵极限抽吸压力对凝汽器压力改善的限制因素。

4 结语

综上所述，引起凝汽器真空度低的因素较多，特别是随着设备的老化，在环境温度较高的夏季，各种问题通常会集中暴露出来，使得汽轮机组负荷增加，甚至造成停机。因此，当凝汽器真空度下降后，要及时分析并找到原因，采取有效的应对措施。随着国家对节能、环保的大力提倡，提高电厂发电效率、降低排放越来越被重视，故提高汽轮机组的真空度、确保凝汽器的高效安全运行是重要的工作内容。

参考文献：

[1]崔凝．大型电站凝器汽动态数学模型的研究和应用[D]．北京:华北电力大学,2000．

[2] 李勇,孟芳群,曹丽华．凝汽器最佳真空确定方法的改进[J]．汽轮机技术,2005,7(2):84-86．