凝汽器论文分解.docx
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凝汽器论文分解
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影响凝汽器真空的因素分析及对策
20079416255876.pdf
凝汽器真空度下降原因分析及预防措施
摘要：
由于凝汽器真空度下降使汽轮机组运行的安全性、可靠性、稳定性和经济性降低。
根据相关参数的变化和电厂运行检修规程，提出相应的处理方法，以保证机组在合理的背压下运行，提高机组运行的安全性、可靠性、稳定性和经济性。
通过对汽轮机凝汽器真空度下降原因的分析，介绍了凝汽器真空度下降的危害及主要特征，分析了真空度下降的原因，提出了预防真空度下降的措施。
关键词：
凝汽器；真空度；原因分析；预防措施
凝汽设备是凝汽式汽轮机组的一个重要组成部分，它的工作性能直接影响整个汽轮机组的安全性、可靠性、稳定性和经济性。
而凝汽器真空度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。
而凝汽器内所形成的真空受凝汽器传情况、真空系统严密性状况、冷却水的温度、流量、机组的排汽量及抽气器的工作状况等因素制约。
因此有必要分析机组凝汽器真空度下降的原因，找出预防真空度下降的措施。
1 汽轮机凝汽器真空度下降的主要特征
a.排汽温度升高；
b凝结水过冷度增加；
c真空表指示降低；
d凝汽器端差增大；
e机组出现振动；
f在调节汽门开度不变的情况下，汽轮机的负荷降低。
2 汽轮机凝汽器真空度下降原因分析
引起汽轮机凝汽器真空度下降的原因大致可以分为外因和内因两种。
外因主要有循环水量中断或不足、循环水温升高、后轴封供汽中断、抽气器故障等；内因主要有凝汽器满水（或水位升高）、凝汽器结垢或腐蚀，传热恶化、凝汽器水侧泄漏、凝汽器真空系统不严密，汽侧泄漏导致空气涌入等。
2.1 循环水量中断或不足
2.1.1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（600mmHg）进行故障停机。
2.1.2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。
2.2 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[6,7]。
2.3 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。
2.4 抽气器故障
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汪度的差值增大；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。
2.5 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。
2.6 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：
a凝结水泵故障。
b凝汽器铜管破裂，此时凝结水水质恶化。
c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内。
d正常运行中误将凝结水再循环门开大。
2.7 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。
2.8 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。
2.9 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[5]。
（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。
3 凝汽器真空下降的预防措施
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。
（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。
（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。
（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）在运行中若凝结水水质不合格，但硬度又不高，可能是由于管板胀口不严有轻微的泄漏所致。
这时，若停运凝汽器，不易找出泄漏处。
可以考虑的应急做法是在循环水泵吸入口水中加适量的锯木屑。
木屑进入水室中，在泄漏处受到真空的作用会将“针孔”堵塞，可使水硬度维持在合格范围内。
（9）可以考虑加装凝汽器铜管杀菌灭藻装置，防止微生物在铜管内壁蔓延。
（10）提高凝汽器胶球自动清洗装置的投入率。
（11）可以考虑定期进行凝汽器铜管硫酸亚铁补膜工作。
（12）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。
总之，影响汽轮机凝汽器真空的因素来自很多方面：
设计、安装、制造、运行管理等。
例如真空严密性差、轴封系统欠合理、轴封漏汽量多、凝汽器热负荷过高、循环水量不足、冷却水温高等均可使真空难以达到理想的水平。
对可能引起汽轮机凝汽器真空度系统故障的因素定时检查，及时发现问题，及时查明原因，采取措施予以解决，确保机组的安全经济运行。
汽轮机凝汽器铜管更换需要注意的几个问题
凝汽器长年连续运行，铜管将受到腐蚀，表面结垢，降低传热效果，导致端差增大、真空降低，严重影响机组的经济性。
频繁的酸洗或高压水清洗，会使铜管壁因腐蚀或冲刷而减薄。
铜管泄漏会破坏凝汽器水侧密封性，循环水的漏入使得凝结水质变坏，随着泄漏加剧，致使给水、炉水及蒸汽的水汽质量恶化，当采取措施后，水质仍不能恢复正常而被迫停机。
凝汽器铜管经常发生泄漏，会加速锅炉管道腐蚀、结垢，甚至发生爆管事故。
所以铜管泄漏严重时，除堵漏处理外，还应有计划地更换。
华北电网近两年对有关电厂泄漏较为严重或失效的凝汽器铜管进行了更换，我厂1号机凝汽器铜管也进行了更换。
1号机是北京重型电机厂生产的单缸100MW机组，凝汽器更换HSn70-1B铜管后运行一年多，情况较好。
安装后灌水试验时检验出4根铜管泄漏，都属于穿透性砂眼缺陷。
该4根铜管更换后，消除了泄漏。
凝汽器端差由8℃降低到2.5℃，效果显著。
投入胶球清洗及二次滤网系统装置后，效果得到了保持。
针对我厂更换铜管的经验和教训，作者认为凝汽器更换铜管应注意以下几个问题。
1 铜管选材是基础
凝汽器的铜管要求较高的平均传热系数，较强的抗腐蚀和抗冲刷能力。
现各电厂普遍采用HSn70-1B黄铜管和B30白铜管（其中B30白铜管安装在空气收缩区，数量较少）。
HSn70-1B黄铜管是在原HSn70-1A黄铜管的基础上添加硼元素，以细化晶粒，提高抗腐蚀性及抗冲刷性。
HSn70-1B黄铜冶金时加入硼元素，工艺要求复杂，工艺不当，加入的硼元素会分布不均匀，造成铜管内部局部晶粒过于细化，脆性增加，残余应力加大，易使铜管产生裂纹。
由于这种缺陷很难检出，而成为铜管泄漏的隐患。
作者认为，只有提高产品的质量，才能保证铜管涡流探伤、机械性能试验、氨熏试验、外形尺寸公差的合格率。
目前，发电厂使用的凝汽器HSn70-1B铜管主要由沈阳、洛阳、上海、西北（甘肃省白银市）、长沙等几个厂家生产。
下花园发电厂全部选用甘肃铜管厂生产的西北铜。
各厂家生产质量、检验手段差别不大，但泄漏程度不一样，关键在于质量检验管理。
为方便管理，建议同一机组铜管品种不宜过多、材质不宜过杂。
2 严格完成安装前质量检验
对铜管进行如下检验和试验工作，以保证铜管的合格率，从源头上控制铜管泄漏事故的发生。
2.1 外形检查
检查每根铜管的外形，管子表面应无裂纹、砂眼、腐蚀、凹陷、毛刺和油垢等缺陷，管内无杂物和堵塞等现象，管子不直应校正。
2.2 检查方法
铜管应具备出厂合格证和物理性能检验及热处理检验证明，应抽查5%的铜管进行水压试验及涡流探伤检验，抽查方法按批量或存放环境确定。
我厂采用对铜管整箱对角线抽样法，代表性很强。
水压试验压力为0.3～0.5 MPa，水压试验时用小木棒轻轻敲打管子外壁应无泄漏。
如果抽查的铜管不合格数达到安装总数的1%，则每根铜管都要进行水压试验。
此外，应对铜管抽样进行涡流探伤检验，必要时逐根检验。
2.3 氨熏试验
抽取铜管总数的1／1 000进行氨熏试验，以检验残余应力。
对不合格批号的铜管，应全部作消除残余应力处理。
2.4 工艺性能试验
抽取铜管总数的0.5／1 000～1／1 000进行下列工艺性能试验：
（1） 压扁试验
切取铜管长度L＝20 mm的试样，压成椭圆状（短径相当于原铜管内径的1／2），检查试样应无裂纹或其它损坏现象。
（2） 扩张试验
切取铜管长度L＝50 mm试样，用45°的车光锥体打入铜管内径（其内径扩大到原内径的130%），试样应不出现裂纹。
若上述试验不合格，将对全部铜管进行400～450℃的退火处理。
如果条件允许，全部铜管进行水压试验及涡流探伤检验。
2.5 试胀铜管并打水压
抽取较好的铜管，锯成长度为462～464 mm的试样25根或者29根。
打磨铜管至出现金属光泽，测量铜管内、外径，测量凝汽器铜管试胀器两端管板的内径，并作好记录，然后进行铜管的试胀工作。
不断调节胀管器的输出电流以达到要求值。
胀接时铜管的胀接率按以下公式进行计算：
D＝D1－2t（1－α）
式中 D——胀接后铜管内径，mm；
D1——管板孔直径，mm；
t——铜管壁厚，mm；
α——扩胀系数，4%～6%
按照以上公式进行计算，直到符合要求，调节胀管器直到试胀铜管胀接率合格，记录胀管器电流数值，在正式胀接时再通过微调控制胀接率大小。
对已胀接完的凝汽器铜管进行0.3～0.5 MPa的水压试验（维持5～10 min，压力表指示应无变化）。
2.6 加强途中运输管理
要避免出现铜管在沿途运输中野蛮装卸而无法监督的现象，应由厂家派人押车。
3 提高拆装铜管的工艺
铜管拆除、安装和胀接中的任意环节出现疏忽都会影响整个工程的质量。
3.1 拆除铜管的注意事项
（1） 将凝汽器内的存水排干净，在汽轮机低压缸上安装百分表，以监视低压缸的变形情况。
拆除水室，防止凝汽器的壳体变形，用角钢焊接固定。
自始至终设专人对低压缸进行监视。
（2） 采用专用工具拆除全部铜管，注意保护管板不被损坏。
用钢丝刷将两端管板孔刷至出现金属光泽，测量管板孔内径并作好记录，同时对管板和隔板孔中心线进行测量。
3.2 安装铜管的要求
（1） 气温保证在5℃以上，无风沙、粉尘。
（2） 安装铜管时轻拿轻放，不得任意碰、踩、踏铜管，严防野蛮安装。
（3） 铜管上的附着物（锈蚀、油污等）应清理干净。
（4） 不得用强力进行铜管的安装，切不能重力锤击铜管。
穿管头最好装橡胶引导头，以免铜管损伤。
铜管卡涩时，不得强力旋转，更不能野蛮扎入，以免产生毛刺。
铜管毛刺严重时应整根更换。
（5） 要安装的铜管必须在当天进行胀接，以保证胀接性能和质量。
3.3 胀接工艺注意事项
（1） 在正式胀接铜管前，应先检查胀管器是否符合要求，如没达到规定要求，应微调胀管器电流，以达到要求，同时应按照铜管总数的1／200进行胀接系数α的检测，并作好记录。
胀管器应使用透平油进行润滑，以保证机器可持续性工作。
（2） 胀接完的铜管应及时进行切管工作。
胀接好的管子应露出管板1～3 mm，且管端光平无毛刺。
胀接完的铜管用雨布覆盖，以免落灰尘、沙土。
（3） 胀口及翻边处应平滑光洁，无裂纹和明显的刀痕。
铜管翻边如无厂家规定时，一般在循环水入口端进行15°翻边。
（4） 当凝汽器铜管尺寸不够长时，应更换足够长尺寸的铜管，严禁用加热或其它强力方法伸长铜管。
凝汽器组装完毕，汽侧要进行灌水试验，以检验铜管的胀接质量。
灌水高度要充满整个铜管的汽侧空间，并高出顶部铜管100 mm，水位维持24 h，要求管板、铜管无泄漏。
对于处在弹簧支座上的凝汽器，灌水试验前要加临时支撑，灌水试验后要及时将水放干净。
整个凝汽器铜管拆除和安装过程中，汽轮机本体上所安装的监视表计不得磕碰和移动等，并有专人监管。
凝汽器在整个安装过程中，应有防止杂物落入汽侧的设施，最后封闭凝汽器前，应检查汽侧空间和铜管管束间不得有任何杂物，顶部铜管应无外伤痕迹。
凝汽器长期运行，存在管板、管口腐蚀泄漏问题，造成极大经济损失。
凝汽器更换铜管后可涂防腐胶进行保护，以防止管口腐蚀泄漏，这样做既可保证安全运行，又可延长管材使用寿命，减小换管造成的损失。
目前广泛使用的西安协力水处理研究所研制的KHS-1聚酯聚硫耐磨增韧防腐胶，现场使用效果比较好。
总之，一台100 MW机组更换凝汽器铜管，费用在300万元以上，一次性投资大。
一旦铜管泄漏，机组非计划停运，将造成严重损失。
在更换凝汽器铜管时，一定要加强组织措施、技术措施，以铜管比玻璃管、生鸡蛋还娇脆的观点，细化施工工艺措施，搞好凝汽器铜管更换工作。
#1、#2机凝汽器铜管泄漏的处理报告
为了分析研究去年秋天#2凝汽器铜管时常泄漏的原因和处理方式，我们走访了**省电力试验研究所和**热电厂、并进行了其它咨询，查阅了有关资料，现将有关意见简单综述如下：
一、铜管频繁泄漏的原因
咨询凝汽器的制造商****公司，对方称：
该生产序号的凝汽器，共使用长6050毫米、Ø20*1的HSn70-1锡青铜管2680根。
我们查国家标准《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T715-2000），标准对HSn70-1锡青铜管的评价是“┉。
在大气和淡水中有较高的耐腐蚀性，但在管子表面有沉积物或碳膜时易发生点蚀。
┉”，“使用在氯离子<150mg/L的冷却水中”。
据此我们认为垢下腐蚀（或称隙蚀）或硫化物腐蚀的嫌疑最大，理由是，取下的一根铜管，内壁有的部位相当均匀地粘附了一层硬垢，无法用刷子清除，垢厚0.05—0.1毫米。
漏孔位于有硬垢的区域，孔近似于圆形，边界清楚，不象是机械破坏和材料缺陷造成的，类似于污垢沉积物产生的电化学腐蚀引起的。
依据[参考文献1、3]，氯化物和硫化物在这类隙蚀中起关键作用，去年秋天，雨水异常稀少，岩河被自来水公司大量取用，导致海水渗入，氯化物含量明显升
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