雙背壓凝汽器真空“倒掛”異常診斷及處理

摘要：某發(fā)電公司650 MW機組運行中出現(xiàn)高、低壓凝汽器真空“倒掛”異常情況，影響了機組經(jīng)濟運行。通過異?，F(xiàn)象特征分析，逐一排查低壓凝汽器真空下降的可能原因，確定異常原因為A小機排汽端軸封汽量不足，通過調(diào)整A小機軸封供汽門開度，低壓凝汽器真空恢復(fù)正常。

關(guān)鍵詞：雙背壓凝汽器；真空下降；診斷；處理

中圖分類號：TM621.3" " 文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）17-0061-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.17.015

0" " 引言

某發(fā)電公司建設(shè)有兩臺650 MW超臨界發(fā)電機組，2007年雙機投產(chǎn)，采用雙背壓凝汽器，設(shè)計為循環(huán)水溫23.3 ℃時高、低壓凝汽器排汽壓力分別為6.27、4.98 kPa，對應(yīng)真空值為-95、-96.3 kPa，高、低壓凝汽器設(shè)置各自獨立的抽真空系統(tǒng)，分別設(shè)兩臺水環(huán)式機械真空泵，機組運行中高、低壓凝汽器各保持一臺真空泵運行，一臺備用[1-2]。

從設(shè)計參數(shù)來看，機組運行正常情況下應(yīng)該是低壓凝汽器排汽壓力較高壓凝汽器排汽壓力低1.29 kPa左右。2022年11月底，#2機組B修后啟動運行，運行中發(fā)現(xiàn)機組負(fù)荷降至400 MW以后出現(xiàn)低壓凝汽器排汽壓力較高壓凝汽器排汽壓力高的異常情況，對比兩臺機組相同負(fù)荷下高壓凝汽器排汽壓力基本相同，#2機組低壓凝汽器排汽壓力明顯高于#1機組低壓凝汽器排汽壓力，從參數(shù)對比分析來看，#2機組400 MW負(fù)荷以下低壓凝汽器真空系統(tǒng)出現(xiàn)異常，影響機組的經(jīng)濟和安全運行。

1" " 異?，F(xiàn)象特征

1.1" " 排汽壓力與負(fù)荷變化關(guān)系

正常情況下，機組凝汽器排汽壓力與機組負(fù)荷的關(guān)系為：在循環(huán)水量不變、真空系統(tǒng)設(shè)備運行正常的情況下，機組負(fù)荷上升，則排汽壓力上升，機組負(fù)荷下降，則排汽壓力下降。對于雙背壓凝汽器機組來說，高、低壓凝汽器排汽壓力與負(fù)荷之間的關(guān)系均是一致的。

通過DCS歷史趨勢調(diào)取#2機組A、B凝汽器排汽壓力與負(fù)荷變化趨勢（圖1），可知機組負(fù)荷380 MW左右是個分水嶺：380 MW以上高、低壓凝汽器排汽壓力均與負(fù)荷同步變化，負(fù)荷上升時排汽壓力上升，負(fù)荷下降時排汽壓力下降（見圖1左邊趨勢）；380 MW以下繼續(xù)降負(fù)荷時高、低壓凝汽器排汽壓力出現(xiàn)交叉后反向變化趨勢，高壓凝汽器排汽壓力隨負(fù)荷下降而下降，低壓凝汽器排汽壓力隨負(fù)荷下降而上升。負(fù)荷380 MW以下開始低壓凝汽器排汽壓力高于低壓凝汽器排汽壓力，負(fù)荷降至329 MW時，低壓凝汽器排汽壓力已升至高于低壓凝汽器排汽壓力0.81 kPa（見圖1右邊趨勢），按照600 MW級機組指標(biāo)來估算機組效率影響量，真空每下降1 kPa，則機組煤耗上升2.35 g/（kW·h），已對機組的經(jīng)濟運行造成較大影響。

1.2" " 真空嚴(yán)密性情況

真空嚴(yán)密性是衡量汽輪機負(fù)壓部分空氣泄漏量的標(biāo)尺，根據(jù)電力行業(yè)DL/T 932—2005《凝汽器與真空系統(tǒng)運行維護導(dǎo)則》要求，機組正常運行中每月應(yīng)進行一次真空嚴(yán)密性試驗，試驗時機組負(fù)荷穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷以上運行，試驗結(jié)果小于0.27 kPa/min判斷為真空系統(tǒng)嚴(yán)密性合格，如表1所示。

2022年12月11日，#2機組負(fù)荷475 MW，做汽機真空嚴(yán)密性試驗。停真空泵3 min后記錄高、低壓凝汽器排汽壓力為4.616/3.856 kPa，停真空泵8 min后記錄高、低壓凝汽器排汽壓力為5.11/4.351 kPa（圖2），試驗結(jié)果高壓凝汽器真空每分鐘下降98.8 Pa，低壓凝汽器真空每分鐘下降99 Pa，高、低壓凝汽器真空嚴(yán)密性均達(dá)到優(yōu)秀，真空系統(tǒng)泄漏量極小，不會影響機組真空下降。

1.3" " 高、低壓凝汽器真空“倒掛”特征

特征一：機組負(fù)荷低至380 MW時低壓凝汽器真空開始下降，且負(fù)荷越低真空越低，表明低壓凝汽器的某個部位存在一個泄漏點，且該部位的壓力是跟隨機組負(fù)荷變化而變化的，在機組負(fù)荷380 MW時該處的壓力處于高于大氣壓力過渡到低于大氣壓力的臨界點，負(fù)荷高于380 MW時處于正壓狀態(tài)，此時該處存在工質(zhì)向外泄漏，負(fù)荷繼續(xù)下降則該處為負(fù)壓狀態(tài)，低于大氣壓力，外界的空氣由于負(fù)壓作用被源源不斷地吸入到低壓凝汽器內(nèi)，由于真空泵設(shè)計的抽吸空氣能力有限，大量空氣漏入以后真空泵不能及時抽走，低壓凝汽器內(nèi)積存的空氣量越來越多，使低壓凝汽器的壓力上升，即低壓凝汽器真空下降，負(fù)荷越低泄漏點處的負(fù)壓越大，吸入的空氣量也越大，真空隨負(fù)荷下降越來越低。而高壓凝汽器沒有泄漏點，其真空隨負(fù)荷變化而正常變化。

特征二：機組在80%以上額定負(fù)荷真空系統(tǒng)嚴(yán)密性優(yōu)秀，但在60%額定負(fù)荷以下低壓凝汽器真空下降，表明此時低壓凝汽器真空嚴(yán)密性已不合格，大量空氣漏入低壓凝汽器。從這個現(xiàn)象來看，真空嚴(yán)密性試驗也不能全面反映凝汽器真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，即使機組的真空嚴(yán)密性試驗結(jié)果為優(yōu)秀水平，也要全程跟蹤機組真空系統(tǒng)的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)真空異常時要及時進行運行分析，查找原因予以消除。

2" " 低壓凝汽器真空下降原因分析

文獻[3-11]表明，影響汽輪機真空下降的主要原因有真空系統(tǒng)閥門/管道接頭泄漏、真空泵系統(tǒng)異常、低壓缸軸封壓力不足等。

通過低壓凝汽器真空“倒掛”的特征分析，結(jié)合機組實際運行情況，低壓凝汽器真空下降的原因可能為：一是低壓凝汽器所連接設(shè)備存在泄漏點，且該設(shè)備所處壓力狀態(tài)隨負(fù)荷變化分為正壓階段和負(fù)壓階段；二是低壓缸軸封汽量不足，高負(fù)荷時由于機組軸封處于自密封狀態(tài)，由本機高壓缸軸封泄漏出來的蒸汽作為軸封汽源能夠滿足低壓缸軸封所需要的汽量，負(fù)荷降低后，高壓缸軸封漏出的蒸汽減少，不足以提供低壓缸軸封所需要的軸封汽量，低壓缸軸封逐步轉(zhuǎn)換為輔助蒸汽汽源提供，同時真空系統(tǒng)的漏氣量會隨機組的負(fù)荷降低而增大，因為隨著機組負(fù)荷的降低，在相同的循環(huán)水量下真空升高，一方面，處于真空狀態(tài)下工作的區(qū)域增大，使漏氣范圍擴大，另一方面，隨真空的提高抽空氣系統(tǒng)的負(fù)壓變大，漏入的空氣量也會增大，此時所需要的軸封汽量也增大。低壓缸汽封處于軸封供汽的末端，軸封汽壓在沿程阻力作用下衰減降低，在低負(fù)荷時可能出現(xiàn)軸封汽量不足，軸端密封不嚴(yán)，冷空氣從低壓缸軸端漏入凝汽器，負(fù)荷越低，漏入空氣越多，真空越低。

3" " 低壓凝汽器真空下降原因排查

確定低壓凝汽器真空下降的可能原因后，泄漏點的可能范圍就基本能夠鎖定，即與低壓凝汽器相連的且設(shè)備內(nèi)壓力隨負(fù)荷變化可能出現(xiàn)負(fù)壓的設(shè)備：#7B、#8B低加系統(tǒng)；低壓凝汽器相對應(yīng)的軸封汽量不足則包括主機B低壓缸軸封段、A小機排汽端軸封段。

3.1" " 低加系統(tǒng)泄漏排查

在高負(fù)荷階段，對#2機組#7B、#8B低加的汽側(cè)放水門、排汽門進行測溫，沒有發(fā)現(xiàn)溫度異常的閥門，對放水門、排汽門出口檢查也沒有漏氣；對#7B、#8B低加正常疏水和危急疏水管路放水門和排汽門檢查也沒有發(fā)現(xiàn)泄漏；對#7B、#8B低加所屬汽側(cè)管路、法蘭結(jié)合面全面檢查均未發(fā)現(xiàn)漏點。在低負(fù)荷階段，對#2機#7B、#8B低加所屬汽側(cè)設(shè)備全面檢查也沒有向內(nèi)吸氣的情況。低加系統(tǒng)泄漏引起低壓凝汽器真空下降的原因可以排除。

3.2" " 主機B低壓缸軸封供汽不足排查

由低壓缸軸封結(jié)構(gòu)圖（圖3）可以看出，汽封組由四片汽封組成，第一片汽封和第二片汽封之間的腔室是進汽腔室，正常情況下軸封汽進來后向左經(jīng)汽封片逐步降壓后流向低壓缸排汽口（負(fù)壓），向右經(jīng)第二片汽封降壓后先流向軸封回汽腔室，經(jīng)第三、第四片汽封后降為大氣壓力流出汽封組排向大氣，軸封壓力調(diào)整合適的時候軸封汽既不外漏，也不向內(nèi)吸氣，如果軸封壓力低，軸封汽量不足時，在低壓缸排汽口的高度真空抽吸作用下軸封汽會被全部抽吸至凝汽器內(nèi)，低壓缸外的空氣也會被抽吸到凝汽器內(nèi)，造成真空下降。

在負(fù)荷300 MW左右，對主機B低壓缸軸端汽封進行檢查，沒有向外漏氣現(xiàn)象，用手靠向軸封端部，有明顯的略高于常溫的熱浪向外沖出，沒有向內(nèi)吸氣的聲音和負(fù)壓手感；DCS查看B低壓缸軸封腔室溫度，為120 ℃左右穩(wěn)定，沒有明顯的隨負(fù)荷下降而下降現(xiàn)象；現(xiàn)場檢查B低壓缸軸封進汽隔離門狀態(tài)，為接近全開狀態(tài)，現(xiàn)場對低壓軸封進汽隔離門測溫，溫度為150 ℃左右。綜合上述現(xiàn)象分析，主機B低壓缸軸封汽量充足，不存在軸封汽量不足從軸端漏空氣引起真空下降的可能。

3.3" " A小機排汽端軸封供汽不足排查

A小機軸封進汽的接口在主機低壓軸封汽母管的末端，現(xiàn)場檢查A小機軸封進汽、回汽總門為全開位，A小機進汽端軸封進汽隔離門和排汽端軸封進汽隔離門為調(diào)節(jié)狀態(tài)，開度不大，排汽端軸封進汽門因高負(fù)荷時軸封向外漏氣開度較小。

在#2機組高負(fù)荷時對A小機軸封進行檢查，進汽端和排汽端軸封均沒有向外漏氣的情況，對軸封腔室測溫均在110 ℃以上，A小機軸封系統(tǒng)和真空系統(tǒng)均運行正常。

在#2機組負(fù)荷300 MW左右穩(wěn)定運行時，對A小機軸封進行檢查，進汽端和排汽端軸封均沒有向外漏氣的情況，進汽端軸封腔室測溫為110 ℃以上，排汽端軸封腔室測溫為100 ℃左右，進一步檢查排汽端軸封，其上半圓弧段既沒有漏氣也沒有吸氣情況，其下半圓弧段手感沒有向外沖出的熱浪感，感覺輕微往里吸空氣，此時A小機排汽端軸封汽量明顯不足。

3.4" " 排查結(jié)論

經(jīng)過對A低壓凝汽器真空下降的可能原因逐一進行排查，基本確認(rèn)為低負(fù)荷A小機排汽端軸封汽量不足所引起。

4" " A小機軸封調(diào)整

針對A小機排汽端軸封存在的問題：高負(fù)荷時軸封汽量過大向外泄漏，會造成小機潤滑油中進水，油質(zhì)不合格，影響小機安全運行；低負(fù)荷時軸端下部軸封汽量不足，會引起機組掉真空，影響機組經(jīng)濟運行。必須調(diào)整A小機排汽端軸封進汽門為一個最合適的開度，既不影響低負(fù)荷掉真空，也不能在高負(fù)荷時向外漏氣。

2023-01-12T09：30，#2機組負(fù)荷327 MW，#2機A、B凝汽器排汽壓力4.49/4.68 kPa，現(xiàn)場對A小機軸封進行調(diào)整，先將A小機進汽端軸封進汽門稍微關(guān)小，再緩慢稍開A小機排汽端軸封進汽門，每開大1/4圈手輪停留1～2 min，觀察B低壓凝汽器真空變化情況，當(dāng)A小機排汽端軸封進汽門開大1圈左右時，機組B低壓凝汽器排汽壓力突然下降了0.3 kPa左右穩(wěn)定，繼續(xù)開大A小機排汽端軸封進汽門1/4圈時排汽壓力不再變化，維持這一開度停止調(diào)節(jié)，跟蹤觀察A小機低壓凝汽器排汽壓力已正常，各種負(fù)荷下均低于高壓凝汽器排汽壓力（圖4），機組真空系統(tǒng)已恢復(fù)正常狀態(tài)運行。

5" " 防范措施

5.1" " 低負(fù)荷軸封汽量不足原因分析

從A小機排汽端軸封低負(fù)荷時上半部軸封汽量充足，下半部汽量不足的情況分析，應(yīng)該是汽封組上、下部分汽封間隙不均勻，上半腔室汽封間隙較小，軸封汽漏入低壓缸排汽口汽量小，而下半腔室汽封間隙過大，軸封汽漏入低壓缸排汽口汽量較大，下半腔室流向大氣側(cè)的軸封汽量不足，空氣反而從下部汽封漏入凝汽器。

小機汽封間隙不均勻的主要原因是機組運行時間長了以后，在啟停過程中過臨界轉(zhuǎn)速時軸承振動大，汽封局部被磨損，小汽輪機在高轉(zhuǎn)速下存在質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子中心位置偏移，也會造成汽封間隙發(fā)生變化。

5.2" " 防范措施

（1）小汽輪機大修時需要對排汽端汽封間隙進行調(diào)整，使汽封間隙整個圓周方向均勻。

（2）小汽輪機沖轉(zhuǎn)時暖機要充分，軸承振動大時延長暖機時間，不可強行升速過臨界轉(zhuǎn)速，防止振動大損壞汽封片。

（3）運行人員對汽機重要的監(jiān)視參數(shù)真空要全程跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)真空異常變化時及時分析查找原因。

6" " 結(jié)論

（1）汽輪機低壓軸封汽量對機組真空的影響非常重大，機組運行中要保證軸封系統(tǒng)的正常運行，大修中對汽封的調(diào)整要做到間隙既符合標(biāo)準(zhǔn)要求又均勻，才能保證真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性良好。

（2）真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性是否合格不能光看80%額定負(fù)荷以上的試驗結(jié)果，在低負(fù)荷階段也要定期進行真空嚴(yán)密性試驗，及時發(fā)現(xiàn)真空系統(tǒng)在低負(fù)荷是否運行正常，消除泄漏點，保證機組在全負(fù)荷階段都能經(jīng)濟運行。

（3）低負(fù)荷時機組真空系統(tǒng)范圍擴大，較高負(fù)荷時漏入的空氣量會相應(yīng)增加，真空嚴(yán)密性合格的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高，電力行業(yè)應(yīng)制定低負(fù)荷真空嚴(yán)密性合格的標(biāo)準(zhǔn)，特別是現(xiàn)在隨著新能源的迅猛擴張，火電機組都加入到深度調(diào)峰的行列，火電機組低負(fù)荷運行成為常態(tài)，更需要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與時俱進。

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收稿日期：2024-05-07

作者簡介：胡蓉蓉（1990—），女，江西新余人，助理工程師，研究方向：汽輪機運行優(yōu)化。