汽轮机真空保证优化方案研究

摘 要：真空系统由真空泵及真空管路组成，真空泵是凝汽器启动建立真空和维持凝汽器真空的主要设备，其正确选型是保证凝汽器真空的基础，合理设计是保证汽轮机凝汽真空的关键。正常设置3×50%容量水环式真空泵。对双背压凝汽器设置单独的抽空气管路，每台凝汽器设置单独的真空泵，设置1台公共备用真空泵。抽真空管道管径选择合理，布置不能出现U型。真空泵冷却水由辅机冷却水系统供水，冷却水温度低，有利于真空泵满出力运行，保证凝汽真空。

关键词：真空泵；真空度；研究分析

引言

真空系统由真空泵及真空管路组成，真空泵是凝汽器启动建立真空和维持凝汽器真空的主要设备，其选型正确是保证凝汽器真空的基础，合理设计是保证汽轮机凝汽真空的关键。凝汽器的真空是因为汽轮机的大量蒸汽被凝汽器冷却形成，例如：9立方米的蒸汽凝结成水后的体积不足一小杯。如此巨大的体积变化会产生较大的真空度。

凝汽器真空系统功能如下：（1）去除汽机凝汽器内蒸汽空气混合物并建立真空；（2）凝汽器真空系统保证，在汽机凝汽器建立额定的真空，并从机组启动开始到完全停运都保持这一真空。在蒸汽密封的凝汽器建立真空，避免蒸汽从汽机密封泄漏到工作厂房。

1 真空泵的选型

真空泵选型需要的参数：（1）吸入口状态：入口压力，入口温度，吸气量；（2）工作液：冷却水温，工作液种类。

（1）对于电厂来说

吸入口状态：入口压力=凝汽器设计压力。

温度=乏汽温度-过冷度（多数默认为4.2度）。

气量=干空气量+水汽。

其中干空气量根据HEI查得，水汽量可以根据饱和汽以及入口温度计算得出。

（2）工作液

电厂提供的工作液为水，其最重要的参数为温度。根据提供的冷却水温，换至常温状态（15℃冷却水温，20℃的吸气温度，干空气），各厂家均有不同的冷凝系数。对于不同的冷却水温，真空泵的抽吸能力均是不同的。冷却水温越低，真空泵的抽吸能力越高。

2 真空泵出力对凝汽器背压的影响分析

凝汽器的真空是因为汽轮机的大量蒸汽被凝汽器冷却形成，凝汽器真空的大小和真空泵没有直接的关系。真空泵的作用，仅是把不可凝气体抽出，建立和维持凝汽器的真空。但真空泵能力不足，则会对凝汽器真空产生影响。水环真空泵抽吸能力随着凝汽器压力的上升，其抽吸能力是不断提高的。对于600MW级别的机组来说，真空泵在设计压力4.9Kpa，20℃的冷却水温度下的抽吸能力为60kg/h，而在11.8Kpa，33℃冷却水温度下的抽吸能力为110kg/h。

水环真空泵在同样的压力下，水温越低真空泵的抽吸能力越强。因为真空泵为容积式真空泵，容积有限，如果水温足够低，冷却水可以冷却大量的吸气口的水蒸汽，从而提高真空泵的抽吸能力。

对于直接空冷机组来说，空冷岛设计压力不受真空泵影响。但空冷岛冷却效果不好时，造成过冷度过小，凝汽器内气体含有的蒸汽量加大，而真空泵为容积式真空泵，容积有限，需要更大能力的真空泵才能满足设计压力的要求。

如过冷度为2℃，背压8.0Kpa下需要抽出的气量为8624m3/h；过冷度为4.2℃，背压8.0Kpa下需要抽出的气量2878m3/h，两者差为8624-2878=5746m3/h。过冷度过小时可以采取以下措施维持凝汽器真空：（1）增加真空泵运行的台数；（2）降低真空泵冷却水水温；（3）在真空泵入口抽气管道上设置冷却器，降低汽气混合物的温度。

此外真空泵的汽蚀对真空泵出力影响极大。如果真空泵入口处液体大量汽化形成气泡，当气泡进入高压区时，又被周围液体压碎，而重新形成液体。气泡凝结时，气泡所在空间形成真空，周围的液体质点以极大速度冲向气泡中心。由于液体的相互冲击。造成很高的瞬间局部冲击压力，损坏设备，使设备效率下降。如果吸气压力小于工作液的饱和分压加5.3mmHg，即凝汽器排汽温度和凝汽器冷却水入口水温之间的温差ITD小于7℃，真空泵就将产生汽蚀。当然ITD越小需要的冷凝器越大，一般为14℃，按照国外经验为11.5℃。

汽蚀解决方案：（1）水环泵加大气喷射器；（2）内部循环水管线增加冷冻机：提高泵效率、减少冷却水供应量、提高泵的最终真空度。

3 对真空系统改造的一些措施分析

降低真空泵的冷却水温不能提高凝汽器的真空，因为凝汽器的真空多少只受冷却水温度和水量的影响。单纯降低真空泵的水温，只是增加真空泵的抽吸能力，不能影响凝汽器的真空。

最有效的提高凝汽器真空的方式是增加凝汽器的冷却水流量，但这种条件下，对真空泵的出力是一种考验。因为相同的水温条件下，背压降低到一定的程度，真空泵的抽吸能力降低的非常快。

增加大气喷射器可以提高真空泵的效率，但只有当凝汽器排汽温度和凝汽器冷却水入口水温之间的温差ITD小于7度时，采用真空泵前加装喷射器才有作用。

4 抽真空系统设计

抽真空系统性能变差直接导致空气在凝汽器侧聚集，影响凝汽器换热，进而影响凝汽器真空。抽真空系统性能变差的主要因素有：真空泵能力下降，抽空气系统管路流动不畅。

抽空气管路设计：（1）自凝汽器抽空气接口至真空泵入口管路布置不应出现U型布置。（2）双背压凝汽器应采用高低压凝汽器设置单独抽空气管路，设置公共备用真空泵。设置3×50%容量水环式真空泵。（3）凝汽器抽真空接口应设置在凝汽器冷端空气聚集处。（4）真空系统阀门采用焊接真空阀。

真空泵冷却水系统：采用辅机冷却水，水温较低。温差大有利于真空泵的运行。

5 结束语

设置3×50%容量水环式真空泵。对于双背压凝汽器，每台凝汽器设置单独的真空泵，设置1台公共备用真空泵。抽真空管道管径选择合理、布置不出现U型。

真空泵冷却水由辅机冷却水系统供水，冷却水温度低，有利于真空泵满出力运行，从而保证凝汽真空。

真空系统由真空泵及真空管路组成，真空泵是凝汽器启动建立真空和维持凝汽器真空的主要设备，真空泵正确的选型是保证凝汽器真空的基础，真空系统的合理设计是实现凝汽器所需真空的关键。

参考文献

[1]沈士一，庄贺庆，康松，等.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，1992.

[2]王加旋，姚文达.电厂热力设备及其运行[M].北京：中国电力出版社，1997.