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[摘 要]汽轮机真空度是汽轮发电机组运行的一项主要考核指标，关系到汽轮机能否安全有效的运行，也关系到汽轮机的运行经济性。汽轮机的真空减少会导致汽轮机的汽耗相应地提高。针对影响凝汽式汽轮机真空的影响因素，本文探讨了影响汽轮机机组真空的原因，并提出相应预防措施。
[关键词]汽轮机组 真空 汽耗率
中图分类号：S525 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0335-02
1 概述
凝汽器中真空的形成是由于汽轮机的排汽被凝结成水，其比容急剧缩小。蒸汽的体积比水容积大3万多倍。当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器汽侧形成高度真空，它是汽水系统完成循环的必要条件。在运行中真空下降，将直接影响汽轮机汽耗和机组出力，同时也给机组的安全稳定运行带来很大的影响。
热电车间汽轮发电机组由C25-9.5/1.0抽汽凝汽式汽轮机、QFW-30-2C-10.5发电机及辅助系统组成。调节系统采用DEH-NTK 数字电液调节系统，并配置ETS保护系统和TSI仪表监视系统。
2 真空系统的设备及作用
真空系统主要设备：凝汽器、射水泵、射水抽汽器、凝结水疏水泵、热水井组成。
2.1凝汽器的作用是降低汽轮机的排气压力即形成高度真空，以增大蒸汽在汽轮机内的理想焓降；冷却汽轮机排汽成为凝结水，回收工质和一部分热量；在机组启、停中回收疏水；对凝结水和凝汽器补水进行一级真空除氧。
2.2抽气器的作用有两点，一是在机组启、停过程中，抽出凝汽器内的空气，建立启动真空；二是在机组运行中，连续不断地抽出凝汽器内漏入的空气等不凝结气体和蒸汽，维持凝汽器内的真空，以保证凝汽器的工作效率和提高机组经济性。
2.3凝结水泵的作用是将凝汽器中的凝结水连续不断地输送出去，送至凝结水箱作为锅炉给水，以达到回收工质的作用。
2.4射水泵的作用是向射水抽汽器提供一定的压力供给水。
3 凝汽器真空下降的特征及原因分析
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，示图1。当凝汽器真空偏低时，应先从机组表现出的特征，确定引起真空下降的因素属于那一大类，再从中找出具体原因加以治理。
汽轮机真空度不足，可有以下主要特征：①真空表指示降低；②排汽温度升高；③凝结水含氧量上升；④机组出现振动。
分析图1可知，引起凝汽器真空低的外因主要有循环水量中断或不足、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漏入空气等。
3.1 凝汽器真空度不足的外部原因
3.1.1 循环水中断或不足
循环水中断会引起真空急剧下降，真空表指示回零。此时应迅速卸掉汽轮机负荷紧急停机。
循环水量不足的主要特征是：真空逐步下降；循环水出口和入口温差增大。主要原因有循环水泵出力不足、凝汽器换热管堵塞、循环水出水管路堵塞。
3.1.2 循环水温升高
循环水温度对真空的影响作用明显，当循环水进口温度升高时，其吸收热量就减少，蒸汽冷凝溫度就越高，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。
3.1.3凝汽器热负荷过高
机组本体及管道等多处疏水均接入凝汽器，疏水阀门不严密会造成蒸汽漏入凝汽器，增加凝汽器换热强度，当循环冷却水量一定或不足时，导致凝汽器真空度下降。
3.1.4抽气器异常
当抽气器的水量不足或过多、工作水压力过低都会直接影响抽气器的正常运行，而进一步导致凝汽器真空度的下降。这是因为对一定的抽气压力的抽气器而言，工作水量不足，吸入室的压力将会升高，而工作水量过多时，在扩压管将会出现排水堵塞而导致吸入室压力增加，另外，工作水压力越低，抽气量越少，抽气器的抽吸能力都会受到影响而不能正常工作，最终导致真空度的下降。
另外，射水抽气器的效率与射水箱水温度密切相关，当射水池水温不断升高，对应的饱和压力升高，这样当工作水流经抽汽器喷嘴后有可能产生汽化，使抽汽器喷嘴后的压力升高，携带空气的能力下降致使汽轮机真空下降。实验证明，当射水温度在27℃以下时温度的改变对抽气器效率的影响很小；当射水温度超过28℃时射水温度的升高引起抽气器效率明显下降，从而影响汽轮机真空。射水抽气器的特性关系如下：
而Pn=f（tp）
式中，PH—射水抽气器吸入室压力；
Pn—抽气器工作水温下的饱和压力；
VB—吸入空气的容积流量；
RB—空气的气体常数；
GH—吸入空气的重量流量；
tp—工作水温度。
因Pn是随工作水温的升高而升高所以射水抽气器吸入室压力Pn随工作水温的升高而升高。因此在一定的工作水压条件下由于工作水温的升高引起吸入室压力Pn升高其值等于工作水温所对应的饱和压力。
3.2 凝汽器真空度不足的内部原因
3.2.1 凝汽器水位升高或满水
凝汽器汽侧空间水位过高引起真空下降的原因是：
a、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；
b、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。
3.2.2 低压缸结合面泄漏
低压缸结合面泄漏的主要原因有： a、汽缸制造、检修、安装质量有问题，汽缸法兰结合面不严或有残余应力存在，机组投运后出现漏汽；b、机组启动、停止过程中加减负荷过快，汽缸夹层和法兰加热装置使用不当；c、停机后汽缸保温打掉得过早或检修后保温包得不好，停机后缸温下降过快或者汽缸进冷汽、冷水等。
3.2.3 法兰、焊缝泄露
凝汽器汇集系统中的疏水和不凝结的气体，与之相连的管道设备众多，如出现法兰接合面破损、阀门盘根不严密、水封不能建立、焊口开裂时，均会由这些部位漏入空气，造成真空度下降。
4 真空度对汽轮机效率的影响
真空系统是凝汽式汽轮发电机组的重要组成部分，其运行状态直接影响整个汽轮发电机组的经济性和安全可靠性。真空系统在汽轮机装置中起着冷源的作用，降低汽轮机排汽压力和排汽温度，提高凝汽器的真空，可以尽可能多的使蒸汽中的热量转换为机械功，减少冷源损失，提高循环热效率。
凝汽器真空度是汽轮机真空系统最重要的参数是。真空度的大小直接影响着机组运行的安全性和经济性。在极限真空以内提高凝汽器真空，将增大机组的输出功率和供水电耗，当两者之差最大时的真空值称为最佳真空。最佳真空与机组的负荷有关，是通过实验确定的。根据汽轮机额定参数计算可以看到，凝汽器真空降低1kPa时，发电机组汽耗率增加约0.028kg/（kWh），如表1所示。
为了在实际的生产过程中验证和计算真空对汽轮机汽耗的影响，在汽轮机负荷一定的情况下，通过调整射水池水温使真空度发生改变，从而得到汽耗率变化，如表2所示。
根据表2可以看出，在实际运行过程中，凝汽器真空降低7kPa时，发电机组汽耗增加0.26 kg/（kWh）。
5 提高真空度的措施
5.1 做好真空系统排查工作
凝汽器漏入空气有以下几种途径：一方面空气随蒸汽带入凝汽器，另一方面真空系统密闭不严处漏入。一般来说，前者漏入量很少，不到总量的10%。因此，主要是由于真空系统密闭不当造成的，不严密的地方可能由低压气缸、对空排汽、汽轴封的管道以及凝汽器自身等。因此，真空系统排查的主要包括有：凝汽器喉部与低压汽缸排汽管联接焊缝，低压汽缸结合面以及两端汽封，处于负压状態下工作的有关法兰、阀门，中、低压缸之间连通管的法兰连接处等位置。
5.2 经济调节循环水
当其他条件不变时，增大循环水用量，循环水的温升必然减小。循环水量是否足够可由循环水温升来显示。其温差过大，应相应增大循环水用量。不过循环水量的增加虽能提高系统的真空度，但循环水泵的耗电量也将增大，因此需要通过试验调整凝汽器循环水供回水阀门以确定其佳用水量来保证其真空度的同时又具有经济性。
5.3 清理凝汽器内部冷却管污垢
结垢可使凝汽器冷却管内的阻力损失增大，降低传热，影响凝汽器真空。如凝汽器铜管内壁已结较明显的硬垢，则可以利用机组停投机会，采用高压水射流技术对铜管进行高压水冲洗，冲洗压力的高低视铜管结垢具体情况予以调整。当结硬垢特别严重时，可以用化学酸洗方法进行除垢处理。另外，因选用水质较优的循环水，也是防止凝汽器管结垢的重点。
5.4 优化调整射水抽气器工作条件
及时调整射水池内水温，可以采用加大射水池的补水和排水，适当调节水池水温。
6 总结
汽轮机真空减少会导致汽轮机的汽耗相应地提高；随着凝汽器真空的下降，不仅会导致排汽缸温度提高，引起汽轮机轴承中心发生移位，当凝汽器真空过低时还会引起汽轮机组发生强烈振动而损害设备。在运行过程中应对汽轮机运行方式、运行参数进行优化调整，使机组达到最佳真空状态。只有解决好凝汽器的真空度问题，使其保持在最优的水准，才能节约能源、提高效率，实现经济效益。
参考文献
[1]孙为民.电厂汽轮机.北京：中国电力出版社，2010.5
[2]呼伦贝尔金新化工有限公司热电装置工艺操作手册
[关键词]汽轮机组 真空 汽耗率
中图分类号：S525 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0335-02
1 概述
凝汽器中真空的形成是由于汽轮机的排汽被凝结成水，其比容急剧缩小。蒸汽的体积比水容积大3万多倍。当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器汽侧形成高度真空，它是汽水系统完成循环的必要条件。在运行中真空下降，将直接影响汽轮机汽耗和机组出力，同时也给机组的安全稳定运行带来很大的影响。
热电车间汽轮发电机组由C25-9.5/1.0抽汽凝汽式汽轮机、QFW-30-2C-10.5发电机及辅助系统组成。调节系统采用DEH-NTK 数字电液调节系统，并配置ETS保护系统和TSI仪表监视系统。
2 真空系统的设备及作用
真空系统主要设备：凝汽器、射水泵、射水抽汽器、凝结水疏水泵、热水井组成。
2.1凝汽器的作用是降低汽轮机的排气压力即形成高度真空，以增大蒸汽在汽轮机内的理想焓降；冷却汽轮机排汽成为凝结水，回收工质和一部分热量；在机组启、停中回收疏水；对凝结水和凝汽器补水进行一级真空除氧。
2.2抽气器的作用有两点，一是在机组启、停过程中，抽出凝汽器内的空气，建立启动真空；二是在机组运行中，连续不断地抽出凝汽器内漏入的空气等不凝结气体和蒸汽，维持凝汽器内的真空，以保证凝汽器的工作效率和提高机组经济性。
2.3凝结水泵的作用是将凝汽器中的凝结水连续不断地输送出去，送至凝结水箱作为锅炉给水，以达到回收工质的作用。
2.4射水泵的作用是向射水抽汽器提供一定的压力供给水。
3 凝汽器真空下降的特征及原因分析
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，示图1。当凝汽器真空偏低时，应先从机组表现出的特征，确定引起真空下降的因素属于那一大类，再从中找出具体原因加以治理。
汽轮机真空度不足，可有以下主要特征：①真空表指示降低；②排汽温度升高；③凝结水含氧量上升；④机组出现振动。
分析图1可知，引起凝汽器真空低的外因主要有循环水量中断或不足、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漏入空气等。
3.1 凝汽器真空度不足的外部原因
3.1.1 循环水中断或不足
循环水中断会引起真空急剧下降，真空表指示回零。此时应迅速卸掉汽轮机负荷紧急停机。
循环水量不足的主要特征是：真空逐步下降；循环水出口和入口温差增大。主要原因有循环水泵出力不足、凝汽器换热管堵塞、循环水出水管路堵塞。
3.1.2 循环水温升高
循环水温度对真空的影响作用明显，当循环水进口温度升高时，其吸收热量就减少，蒸汽冷凝溫度就越高，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。
3.1.3凝汽器热负荷过高
机组本体及管道等多处疏水均接入凝汽器，疏水阀门不严密会造成蒸汽漏入凝汽器，增加凝汽器换热强度，当循环冷却水量一定或不足时，导致凝汽器真空度下降。
3.1.4抽气器异常
当抽气器的水量不足或过多、工作水压力过低都会直接影响抽气器的正常运行，而进一步导致凝汽器真空度的下降。这是因为对一定的抽气压力的抽气器而言，工作水量不足，吸入室的压力将会升高，而工作水量过多时，在扩压管将会出现排水堵塞而导致吸入室压力增加，另外，工作水压力越低，抽气量越少，抽气器的抽吸能力都会受到影响而不能正常工作，最终导致真空度的下降。
另外，射水抽气器的效率与射水箱水温度密切相关，当射水池水温不断升高，对应的饱和压力升高，这样当工作水流经抽汽器喷嘴后有可能产生汽化，使抽汽器喷嘴后的压力升高，携带空气的能力下降致使汽轮机真空下降。实验证明，当射水温度在27℃以下时温度的改变对抽气器效率的影响很小；当射水温度超过28℃时射水温度的升高引起抽气器效率明显下降，从而影响汽轮机真空。射水抽气器的特性关系如下：
而Pn=f（tp）
式中，PH—射水抽气器吸入室压力；
Pn—抽气器工作水温下的饱和压力；
VB—吸入空气的容积流量；
RB—空气的气体常数；
GH—吸入空气的重量流量；
tp—工作水温度。
因Pn是随工作水温的升高而升高所以射水抽气器吸入室压力Pn随工作水温的升高而升高。因此在一定的工作水压条件下由于工作水温的升高引起吸入室压力Pn升高其值等于工作水温所对应的饱和压力。
3.2 凝汽器真空度不足的内部原因
3.2.1 凝汽器水位升高或满水
凝汽器汽侧空间水位过高引起真空下降的原因是：
a、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；
b、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。
3.2.2 低压缸结合面泄漏
低压缸结合面泄漏的主要原因有： a、汽缸制造、检修、安装质量有问题，汽缸法兰结合面不严或有残余应力存在，机组投运后出现漏汽；b、机组启动、停止过程中加减负荷过快，汽缸夹层和法兰加热装置使用不当；c、停机后汽缸保温打掉得过早或检修后保温包得不好，停机后缸温下降过快或者汽缸进冷汽、冷水等。
3.2.3 法兰、焊缝泄露
凝汽器汇集系统中的疏水和不凝结的气体，与之相连的管道设备众多，如出现法兰接合面破损、阀门盘根不严密、水封不能建立、焊口开裂时，均会由这些部位漏入空气，造成真空度下降。
4 真空度对汽轮机效率的影响
真空系统是凝汽式汽轮发电机组的重要组成部分，其运行状态直接影响整个汽轮发电机组的经济性和安全可靠性。真空系统在汽轮机装置中起着冷源的作用，降低汽轮机排汽压力和排汽温度，提高凝汽器的真空，可以尽可能多的使蒸汽中的热量转换为机械功，减少冷源损失，提高循环热效率。
凝汽器真空度是汽轮机真空系统最重要的参数是。真空度的大小直接影响着机组运行的安全性和经济性。在极限真空以内提高凝汽器真空，将增大机组的输出功率和供水电耗，当两者之差最大时的真空值称为最佳真空。最佳真空与机组的负荷有关，是通过实验确定的。根据汽轮机额定参数计算可以看到，凝汽器真空降低1kPa时，发电机组汽耗率增加约0.028kg/（kWh），如表1所示。
为了在实际的生产过程中验证和计算真空对汽轮机汽耗的影响，在汽轮机负荷一定的情况下，通过调整射水池水温使真空度发生改变，从而得到汽耗率变化，如表2所示。
根据表2可以看出，在实际运行过程中，凝汽器真空降低7kPa时，发电机组汽耗增加0.26 kg/（kWh）。
5 提高真空度的措施
5.1 做好真空系统排查工作
凝汽器漏入空气有以下几种途径：一方面空气随蒸汽带入凝汽器，另一方面真空系统密闭不严处漏入。一般来说，前者漏入量很少，不到总量的10%。因此，主要是由于真空系统密闭不当造成的，不严密的地方可能由低压气缸、对空排汽、汽轴封的管道以及凝汽器自身等。因此，真空系统排查的主要包括有：凝汽器喉部与低压汽缸排汽管联接焊缝，低压汽缸结合面以及两端汽封，处于负压状態下工作的有关法兰、阀门，中、低压缸之间连通管的法兰连接处等位置。
5.2 经济调节循环水
当其他条件不变时，增大循环水用量，循环水的温升必然减小。循环水量是否足够可由循环水温升来显示。其温差过大，应相应增大循环水用量。不过循环水量的增加虽能提高系统的真空度，但循环水泵的耗电量也将增大，因此需要通过试验调整凝汽器循环水供回水阀门以确定其佳用水量来保证其真空度的同时又具有经济性。
5.3 清理凝汽器内部冷却管污垢
结垢可使凝汽器冷却管内的阻力损失增大，降低传热，影响凝汽器真空。如凝汽器铜管内壁已结较明显的硬垢，则可以利用机组停投机会，采用高压水射流技术对铜管进行高压水冲洗，冲洗压力的高低视铜管结垢具体情况予以调整。当结硬垢特别严重时，可以用化学酸洗方法进行除垢处理。另外，因选用水质较优的循环水，也是防止凝汽器管结垢的重点。
5.4 优化调整射水抽气器工作条件
及时调整射水池内水温，可以采用加大射水池的补水和排水，适当调节水池水温。
6 总结
汽轮机真空减少会导致汽轮机的汽耗相应地提高；随着凝汽器真空的下降，不仅会导致排汽缸温度提高，引起汽轮机轴承中心发生移位，当凝汽器真空过低时还会引起汽轮机组发生强烈振动而损害设备。在运行过程中应对汽轮机运行方式、运行参数进行优化调整，使机组达到最佳真空状态。只有解决好凝汽器的真空度问题，使其保持在最优的水准，才能节约能源、提高效率，实现经济效益。
参考文献
[1]孙为民.电厂汽轮机.北京：中国电力出版社，2010.5
[2]呼伦贝尔金新化工有限公司热电装置工艺操作手册