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摘 要：作为火力发电厂重要运行参数之一的凝汽器真空对机组安全经济运行有着重要影响，介绍了凝汽设备的工作原理及保持凝汽器真空所必须满足的条件，分析了影响1000WM机组真空系统严密性及经济性的因素，并提出了优化真空系统的措施。
关键词：凝汽器；真空系统；严密性；经济性
1凝汽器设备工作原理
凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用，用于降低汽轮机排汽压力和排汽温度，以提高循环热效率。凝汽设备以水为冷却介质，主要由凝汽器、真空泵 、循环水泵、凝结水泵以及它们之间的连接管道组成。在凝气器中，进入凝汽器设备的汽轮机排气被通过循环水泵送入凝汽器铜管内的冷却水冷却成凝结水，然后由凝结水泵抽走。凝汽器内的凝结空间是汽水两相共存的，其压力为蒸汽凝结温度下的饱和压力。由于冷却水温度一般为20～35℃，正常运行条件下蒸汽凝结温度为20～40℃。而20～40℃的饱和温度对应的饱和压力为 3～5kPa，远小于大气压力，故需在凝汽器内形成高度真空。由于凝汽器汽侧处于负压状态，较易漏入空气而阻碍传热，影响凝汽器端差，因此需要用真空泵不断将汽侧空气和不凝结气体抽走。
2保持凝汽器真空的条件
由凝汽设备的工作原理可知，凝汽器真空的建立是由于蒸汽凝结后所对应的饱和压力远远小于大气压力，因此要维持这一真空状态必须满足以下3个条件 ：
（1）向凝汽器铜管内不间断地输入冷却水；
（2）凝结水泵不间断地将凝结水抽走，避免因水位升高而影响蒸汽凝结；
（3）真空泵不间断地将凝汽器内的空气和不凝结气体抽走。
3衡量真空系统严密性的标准
真空系统为动态运行系统，必须定期进行真空严密性试验以判断真空系统严密性。按照 汽轮机运行规程相关规定，机组带80%左右额定负荷，衡量真空严密性的试验方法为：
（1）试验前记录凝汽器压力和排汽温度等参数。
（2）停止运行真空泵（或关闭运行真空泵入口气动蝶阀），真空泵全部停运后（或进气蝶阀全关后）开始记录。
（3）每分钟记录一次凝汽器压力和排汽温度。
（4）试验记录8分钟后，重新启动真空泵运行（或开启运行真空泵入口气动蝶阀）。
（5）取后5分钟的平均值，真空下降合格标准为≤0.27kPa/min。
4影响真空系统严密性的因素
一般情况下，凝汽器真空系统包括了凝汽器汽侧部分的轴封系统、抽真空系统 、部分低压抽汽系统以及低压缸排汽部分。此外，凝汽器真空系统还与循环水系统、凝汽器的冷却效果有很大的联系。
（1）每台机组均配套安装了与凝汽器相匹配的胶球清洗装置、二次滤网及收球网，长期运行后一旦不能正常投入运行，出现凝汽器冷却管脏污、堵塞等问题，会导致凝汽器传热系数下降，使凝汽器传热端差增大，从而影响凝汽器的换热效果。
（2）机组长期运行后，与凝汽器相连的真空系统设备会出现不同程度的老化，例如弹簧片弹性的降低，使得轴封间隙增大导致轴封密封不严，直接影响凝汽器真空的严密性。
（3）冷却水入口温度会随着凝汽器的性能和运行方式以及环境温度的变化而变化，从而直接影响凝汽器真空的严密性。
（4）轴封供气和回汽系统存在缺陷，例如轴封回汽不畅、阀门泄漏、管道焊缝有裂纹、阀门法兰及具盘根存在不同程度的漏气，致使真空系统严密性不合格。
（5）循环水泵故障可导致循环水泵出力下降，使循环冷却水流量—卜降，最终导致真空急剧下降。
（6）由于低压缸体积庞大、刚性差、容易变形，在机组启停过程中会产生相当大的交变应力，随机组运行时间的增加，其变形量越来越大，特别是凝汽器喉部靠夹层侧焊缝容易拉裂，中低压联通管法兰及低压缸进汽内、外缸体密封不严，从而造成空气从低压缸处漏入，影响凝汽器真空的严密性。
（7）中压主汽门门杆、左侧中压调门门杆泄漏管道未设置隔离阀，使大量蒸汽内漏的阀门进入危急扩容器，导致凝汽器真空下降。
5真空系统严密性不合格的危害
（1）真空系统严密性不合格时，漏入真空系统的空气较多，若真空泵不能够将漏入的空气及时抽走，机组的排汽压力和排汽温度就会上升，从而降低汽轮机组的效率，增加供电煤耗，并影响汽轮机的安全运行。
（2）真空泄漏后，导致凝汽器过冷度过大，系统热经济性降低，凝结水溶氧增加，造成低压设备一一腐蚀，存在安全隐患。
（3）真空泄漏后，蒸汽与冷却水的换热系数降低 ，导致凝汽器端差升高。
（4）真空泄漏后，凝汽器真空降低，有效焓降减少，循环水带走的热量增多，冷源损失增加。
（5）真空泄漏后，凝汽器端差升高，抽气器的负荷增加，提高了工业用水消耗量或厂用电率，引起资源浪费。
6优化治理的措施
（1）利用汽轮机解体大修机会更换轴封汽封或调整轴封汽封间隙，提高对低压缸内、外缸法兰密封垫回装的验收标准。
（2）对高、低压加热器疏水系统进行排查，及时消除疏水系统缺陷，确保运行的可靠性。
（3）对循环泵进出口门、联络门进行检修，确保足够的冷却水供应。
（4）对机组所有真空表进行校对，对凝汽器的信号管线进行打压试验，彻底消除漏点。
（5）利用机组大、小修期间对凝汽器喉部进行加固。
（6）保持循环水质在合格范围内，定期清理水水交换器及真空泵冷却器海水侧。
（7）利用机组大、小修期间对左、右侧中压主汽门门杆及左侧中压调门门杆至扩容器的管道加隔离门引入地沟。
（8）利用机组大、小修期间对凝汽器进行清洗，清除凝汽器的水垢。
（9）利用机组大、小修期间对真空系统进行灌水查漏。
7优化治理后的经济性推算
根据发电机组真空每提高 1kPa機组 经济性可提高3%的规律计算，真空每提高1Kpa对于100万发电机组，每小时可多增加发电100×3%=3万度，每天可增加72万度电。每年按机组运行7500小时计算可对于1000MW发电机组，每小时可增加发电量22500（kWh）。若1（kWh）电按0.27元计算，每年可多收入6075万元。
同时，真空系统严密性提高后，机组发电煤耗会大幅度降低。按发电机组真空每降低1kPa机组煤耗可降低3～4g计算，1台1000MW机组每年的发电量为1000×7500=7500000（kWh）的电，每年可节约煤 22500～30000t。以每吨煤700元计算，每年可节约成本1575万 ～2100万元 。由此可见，真空系统优化治理的经济效益非常可观 。
8结束语
根据电力生产的特点以及电力生产的基本要求，只有保证电力生产经济、安全、可靠，才能适应当今竞争日益激烈的市场化经济。真空作为汽轮发电机组的重要安全性和经济性指标之一，必须对其加强监视以及控制，严格执行并逐条落实各项措施以提高真空系统的严密性。
参考文献：
[1]本社.凝汽器与真空系统运行维护导则/中华人民共和国电力行业标准[M].北京：中国电力出版社，2005.
[2]李建刚 杨雪萍.汽轮机设备及运行（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2017.
[3]马岩昕.汽轮机设备运行技术问答（第2版）[M].北京：中国电力出版社，2015.
[4]周怀春.汽轮机设备及系统节能[M].北京：中国电力出版社，2008.
[5]王新军 宋立明.汽轮机原理[M].陕西：西安交通大学出版社，2014.
作者简介 ：
谢楚锋 （1983-），男，广东揭阳人，工程师，汽轮机专业技术工作。
关键词：凝汽器；真空系统；严密性；经济性
1凝汽器设备工作原理
凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用，用于降低汽轮机排汽压力和排汽温度，以提高循环热效率。凝汽设备以水为冷却介质，主要由凝汽器、真空泵 、循环水泵、凝结水泵以及它们之间的连接管道组成。在凝气器中，进入凝汽器设备的汽轮机排气被通过循环水泵送入凝汽器铜管内的冷却水冷却成凝结水，然后由凝结水泵抽走。凝汽器内的凝结空间是汽水两相共存的，其压力为蒸汽凝结温度下的饱和压力。由于冷却水温度一般为20～35℃，正常运行条件下蒸汽凝结温度为20～40℃。而20～40℃的饱和温度对应的饱和压力为 3～5kPa，远小于大气压力，故需在凝汽器内形成高度真空。由于凝汽器汽侧处于负压状态，较易漏入空气而阻碍传热，影响凝汽器端差，因此需要用真空泵不断将汽侧空气和不凝结气体抽走。
2保持凝汽器真空的条件
由凝汽设备的工作原理可知，凝汽器真空的建立是由于蒸汽凝结后所对应的饱和压力远远小于大气压力，因此要维持这一真空状态必须满足以下3个条件 ：
（1）向凝汽器铜管内不间断地输入冷却水；
（2）凝结水泵不间断地将凝结水抽走，避免因水位升高而影响蒸汽凝结；
（3）真空泵不间断地将凝汽器内的空气和不凝结气体抽走。
3衡量真空系统严密性的标准
真空系统为动态运行系统，必须定期进行真空严密性试验以判断真空系统严密性。按照 汽轮机运行规程相关规定，机组带80%左右额定负荷，衡量真空严密性的试验方法为：
（1）试验前记录凝汽器压力和排汽温度等参数。
（2）停止运行真空泵（或关闭运行真空泵入口气动蝶阀），真空泵全部停运后（或进气蝶阀全关后）开始记录。
（3）每分钟记录一次凝汽器压力和排汽温度。
（4）试验记录8分钟后，重新启动真空泵运行（或开启运行真空泵入口气动蝶阀）。
（5）取后5分钟的平均值，真空下降合格标准为≤0.27kPa/min。
4影响真空系统严密性的因素
一般情况下，凝汽器真空系统包括了凝汽器汽侧部分的轴封系统、抽真空系统 、部分低压抽汽系统以及低压缸排汽部分。此外，凝汽器真空系统还与循环水系统、凝汽器的冷却效果有很大的联系。
（1）每台机组均配套安装了与凝汽器相匹配的胶球清洗装置、二次滤网及收球网，长期运行后一旦不能正常投入运行，出现凝汽器冷却管脏污、堵塞等问题，会导致凝汽器传热系数下降，使凝汽器传热端差增大，从而影响凝汽器的换热效果。
（2）机组长期运行后，与凝汽器相连的真空系统设备会出现不同程度的老化，例如弹簧片弹性的降低，使得轴封间隙增大导致轴封密封不严，直接影响凝汽器真空的严密性。
（3）冷却水入口温度会随着凝汽器的性能和运行方式以及环境温度的变化而变化，从而直接影响凝汽器真空的严密性。
（4）轴封供气和回汽系统存在缺陷，例如轴封回汽不畅、阀门泄漏、管道焊缝有裂纹、阀门法兰及具盘根存在不同程度的漏气，致使真空系统严密性不合格。
（5）循环水泵故障可导致循环水泵出力下降，使循环冷却水流量—卜降，最终导致真空急剧下降。
（6）由于低压缸体积庞大、刚性差、容易变形，在机组启停过程中会产生相当大的交变应力，随机组运行时间的增加，其变形量越来越大，特别是凝汽器喉部靠夹层侧焊缝容易拉裂，中低压联通管法兰及低压缸进汽内、外缸体密封不严，从而造成空气从低压缸处漏入，影响凝汽器真空的严密性。
（7）中压主汽门门杆、左侧中压调门门杆泄漏管道未设置隔离阀，使大量蒸汽内漏的阀门进入危急扩容器，导致凝汽器真空下降。
5真空系统严密性不合格的危害
（1）真空系统严密性不合格时，漏入真空系统的空气较多，若真空泵不能够将漏入的空气及时抽走，机组的排汽压力和排汽温度就会上升，从而降低汽轮机组的效率，增加供电煤耗，并影响汽轮机的安全运行。
（2）真空泄漏后，导致凝汽器过冷度过大，系统热经济性降低，凝结水溶氧增加，造成低压设备一一腐蚀，存在安全隐患。
（3）真空泄漏后，蒸汽与冷却水的换热系数降低 ，导致凝汽器端差升高。
（4）真空泄漏后，凝汽器真空降低，有效焓降减少，循环水带走的热量增多，冷源损失增加。
（5）真空泄漏后，凝汽器端差升高，抽气器的负荷增加，提高了工业用水消耗量或厂用电率，引起资源浪费。
6优化治理的措施
（1）利用汽轮机解体大修机会更换轴封汽封或调整轴封汽封间隙，提高对低压缸内、外缸法兰密封垫回装的验收标准。
（2）对高、低压加热器疏水系统进行排查，及时消除疏水系统缺陷，确保运行的可靠性。
（3）对循环泵进出口门、联络门进行检修，确保足够的冷却水供应。
（4）对机组所有真空表进行校对，对凝汽器的信号管线进行打压试验，彻底消除漏点。
（5）利用机组大、小修期间对凝汽器喉部进行加固。
（6）保持循环水质在合格范围内，定期清理水水交换器及真空泵冷却器海水侧。
（7）利用机组大、小修期间对左、右侧中压主汽门门杆及左侧中压调门门杆至扩容器的管道加隔离门引入地沟。
（8）利用机组大、小修期间对凝汽器进行清洗，清除凝汽器的水垢。
（9）利用机组大、小修期间对真空系统进行灌水查漏。
7优化治理后的经济性推算
根据发电机组真空每提高 1kPa機组 经济性可提高3%的规律计算，真空每提高1Kpa对于100万发电机组，每小时可多增加发电100×3%=3万度，每天可增加72万度电。每年按机组运行7500小时计算可对于1000MW发电机组，每小时可增加发电量22500（kWh）。若1（kWh）电按0.27元计算，每年可多收入6075万元。
同时，真空系统严密性提高后，机组发电煤耗会大幅度降低。按发电机组真空每降低1kPa机组煤耗可降低3～4g计算，1台1000MW机组每年的发电量为1000×7500=7500000（kWh）的电，每年可节约煤 22500～30000t。以每吨煤700元计算，每年可节约成本1575万 ～2100万元 。由此可见，真空系统优化治理的经济效益非常可观 。
8结束语
根据电力生产的特点以及电力生产的基本要求，只有保证电力生产经济、安全、可靠，才能适应当今竞争日益激烈的市场化经济。真空作为汽轮发电机组的重要安全性和经济性指标之一，必须对其加强监视以及控制，严格执行并逐条落实各项措施以提高真空系统的严密性。
参考文献：
[1]本社.凝汽器与真空系统运行维护导则/中华人民共和国电力行业标准[M].北京：中国电力出版社，2005.
[2]李建刚 杨雪萍.汽轮机设备及运行（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2017.
[3]马岩昕.汽轮机设备运行技术问答（第2版）[M].北京：中国电力出版社，2015.
[4]周怀春.汽轮机设备及系统节能[M].北京：中国电力出版社，2008.
[5]王新军 宋立明.汽轮机原理[M].陕西：西安交通大学出版社，2014.
作者简介 ：
谢楚锋 （1983-），男，广东揭阳人，工程师，汽轮机专业技术工作。