运行中的汽轮机真空下降原因及分析.docx
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运行中的汽轮机真空下降原因及分析
榆林职业技术学院神木校区
2011级毕业设计（论文）
运行中的汽轮机真空下降原因及分析
年级:
11级热电班
学号:
********
*********************
专业:
电厂热能动力装置
*******************
二零一四年二月
院系电力工程系专业电厂热能动力装置
年级11级热电姓名李佳伟
题目《运行中的汽轮机真空下降原因及分析》
指导教师
评语全文以运行中的汽轮机真空下降原因及分析为题，重点探讨分析内在问题及原因，然后针对汽轮机组真空度下降的处理及预防提出一些具有可操作性的对策。
全文选题新颖，具有很强的研究性。
全文结构符合要求，逻辑结构严谨，思路清晰，观点鲜明，分析具有较强的说服力。
论证方法合理，从多个方面来了论证，更增加了论证的可靠性。
能综合运用汽轮机专业知识来分析，但不足之处主要是语言不是很精炼。
指导教师（签章）
评阅人
评语
评阅人（签章）
成绩
答辩委员会主任（签章）
年月日
毕业设计任务书
班级11级热电学生姓名李佳伟学号11040113专业电厂热能动力装置
发题日期：
2013年12月日完成日期：
2014年2月23日
题目《运行中的汽轮机真空下降原因及分析》
题目类型：
理论研究
一、设计任务
在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。
根据汽轮机工作原理，凝汽器的真空度对汽轮机装置的效率、功率有重大影响，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。
因此凝汽器的工作效能直接影响到整个汽轮机组的热经济性。
二、具体工作内容
前期着手收集有关电厂资料，围绕本论文题目充分的了解汽机系统及原理，挖掘机组真空下降的本质原因，积极的寻找机组真空下降的解决办法及预防措施。
三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、论文字数、图纸规格、数量，外文翻译字数，程序清单或磁盘、实验装置或产品等）
论文一篇、图纸一张（见附录2）、图纸规格A4
四、指导教师提供的设计资料
1.汽轮机事故处理办法
2.真空下降处理办法
3.火电厂概述
五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）
汽轮机运行中事故处理办法的资料及真空下降的处理资料
六、设计进度安排
第一部分确定论文题目,写论文大纲,搜集资料（4周）
第二部分整理资料,编写论文（6周）
第三部分修改格式,进一步完善论文并交于老师审核（2周）
评阅及答辩制作ppt,准备答辩（1周）
指导教师：
年月日
系主任审查意见：
审批人：
年月日
注：
设计任务书审查合格后，发到学生手上。
榆林职业技术学院神木校区2012年制
摘要
在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。
以凝汽器为核心，内连汽轮机低压缸，外连循环水系统，构成了电站热力系统“冷端”。
[1]
根据汽轮机工作原理，凝汽器的真空度对汽轮机装置的效率、功率有重大影响。
汽轮机的真空下降会使汽轮机的可用热焓降减少，除了经济性降低，汽轮机出力也会降低；排汽缸及轴承座等部件受热膨胀引起动静中心改变，汽轮机产生振动；排汽温度过高，可能会引起凝汽器的铜管胀口松弛，破坏凝汽器的严密性；使轴向推力明显增加；真空下降使排汽容积流量减小，产生涡流及漩流，同时产生较大的激振力，易使未级叶片损坏；而凝汽器真空度又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。
因此凝汽器的工作效能直接影响到整个汽轮机组的热经济性。
关键词：
凝汽器；真空；分析
Abstract
Inthemodernlarge-scalepowerstationofcondensingsteamturbinethermodynamiccycle,condensingequipmenttoplaytheroleofacoldsource,itsmaintaskistosteamturbineexhauststeamcondensesintowaterandinsteamturbineexhauststeammouthestablishandmaintainacertainvacuumdegree.Condenserasthecore,evenwithintheturbinelowpressurecylinder,outercirculatingwatersystem,constitutethepowerplantthermalsystem"coldend".Accordingtotheworkingprincipleofsteamturbine,condenservacuum,powerhasasignificantimpactontheefficiencyofsteamturbineunit,vacuumsystemisnottight,theexistenceofminorfunnelled,noncondensablegasleakagefromoutsidepersoninthevacuumstate,eventuallyleaktothecondenser,toomuchnotcondensegasretentionaffecttheheattransferinthecondenser,thevacuumabnormaldrop,thiskindofthecharacteristicsofthevacuumreductionisfallingslowly,andvacuumafterfallingtoacertainvalue,thestablenolongerdrop,thissuggeststhatthesteamleakagequantityandsweptvolumeequilibrium.Imprecisevacuumsystemairleakageincreased,theperformanceisthemainphenomenon:
steamturbineexhausttemperatureandexportcondensercirculatingwatertemperaturedifference,watercoolingdegreeincrease.Atthistimeshouldimmediatelyfindleakagereasonandleakpointandeliminated.Sothecondenser'sperformanceisdirectlyaffectthethermalefficiencyofsteamturbineunit.
Keywords:
condenser-heattransfer；vacuum；analyze
第1章绪论
1.1本论文的背景和意义
在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。
以凝汽器为核心，内连汽轮机低压缸，外连循环水系统，构成了电站热力系统“冷端”。
[1]根据汽轮机工作原理，凝汽器的真空度对汽轮机装置的效率、功率有重大影响，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。
因此凝汽器的工作效能直接影响到整个汽轮机组的热经济性。
1.2本论文的主要方法和研究进展
本文采用论述的方法来进行研究。
1.3本论文的主要内容
本论文从机组运行中表象入手，一层一层的深入分析，同时也介绍了火电厂中各系统及设备的简单介绍，从而全方位的论证。
1.4本论文的结构安排
本文由概述、汽轮机真空下降的原因、汽轮机组真空度下降的处理及预防措施、结论等章节组成，详细的论述了运行中的汽轮机真空下降原因及分析。
其中概述中包含了：
1.火电厂概述、汽轮机系统概述、凝汽设备概述。
汽轮机真空下降的原因中包括：
2.真空下降的主要特征、真空下降的主要原因。
汽轮机组真空度下降的处理及预防措施中包括：
3.汽轮机组真空度下降的处理、汽轮机组真空度下降的预防措施。
最后为结论、参考文献、附录。
第二章概述
2.1火电厂概述
火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。
主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型。
[8]
2.1.1基本原理
2.1.1.1电磁感应理论
1.任何变化的电场都要在其周围空间产生磁场，任何变化的磁场都要在其周围空间产生电场。
[8]
2.1.1.2热力学第一定律
2.热可以变为功，功也可以变为热，消耗一定热量时，必产生相当数量的功，消耗一定量的功时，必出现相应数量的热。
[8]
2.1.1.2热力学第二定律
3.高温物体的热能可以自动传递给低温物体，而低温物体的热能却不能自动地传递给高温物体。
机械能可以自动转化为热能，而热能却不能自动转化为机械能。
[8]
2.2汽轮机系统概述
2.2.1汽轮机本体
汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。
它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。
汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。
固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。
转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。
固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。
汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。
汽轮机本体还设有汽封系统。
[8]
2.2.2汽机主要系统
1.主蒸汽系统：
吹动汽轮机旋转，带动发电机做功，是发电厂主要的做功介质通过的系统。
2.再热蒸汽系统：
辅助主蒸汽系统做功，提高机组热效率。
3.回热抽汽系统：
尽量减少进入凝汽器的无用能量，提高机组热效率。
4.轴封系统：
防止汽轮机内部高压蒸汽向外泄露，保证汽轮机效率，保持真空系统严密性。
5.真空系统：
维持汽轮机的低背压和凝汽器真空。
6.凝结水系统：
将凝结水输送到除氧器，完成加热、除氧、化学处理和剔除杂质。
7.给水系统：
提高给水压力，加热后为锅炉提供给水。
8.主机油系统：
包括润滑油系统、顶轴油系统、调节、保安系统。
9.汽轮机调节、保安系统：
协调各系统同步地按照要求进行工作。
10.润滑油系统：
为汽轮机提供润滑、冷却用油。
11.发电机冷却系统和密封系统：
冷却系统的功能是冷却发电机，带走发电机工作时的热量。
密封系统的功能是密封冷却介质的外泄。
12.工业水系统：
提供冷却介质。
冷却各种辅助设备。
13.其它系统：
压缩空气系统、旁路系统、减温水系统、精处理系统、胶球系统等。
2.2.3汽机主要设备
1.汽轮机：
汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。
分冲动式和反动式汽轮机。
[9]
2.给水泵：
将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。
[9]
3.高低压加热器：
利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。
[9]
4.除氧器：
除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。
[9]
5.凝汽器：
使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。
[9]
6.凝结泵：
将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。
[9]
7.油系统设备：
主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。
[9]
2.3凝汽设备概述
凝气设备主要由凝汽器、循环水泵、凝结水泵、抽气器等组成。
2.3.1凝汽器
使驱动汽轮机做功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。
蒸汽在汽轮机内完成一个膨胀过程后，在凝结过程中，排汽体积急剧缩小，原来被蒸汽充满的空间形成了高度真空。
凝结水则通过凝结水泵经给水加热器、给水泵等输送进锅炉，从而保证整个热力循环的连续进行。
为防止凝结水中含氧量增加而引起管道腐蚀，现代大容量汽轮机的凝汽器内还设有真空除氧器。
图1表面式凝汽器结构示意图[7]
2.3.2循环水泵
循环水泵的作用是连续不断地向凝汽器及其他冷却器（空冷器、冷油器）等提供一定压力和流量的冷却水，以保证它们工作需要。
[8]
2.3.3凝结水泵
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，送至除氧器作为锅炉给水，以达到回收工质的作用。
[8]
2.3.4抽气器
抽气器的任务是将漏入凝汽器内的空气和少量不凝结的蒸汽连续不断抽出，在运行中维持凝汽器真空；在启机前建立启动真空。
因此抽气器运行状态的好坏对机组的安全性和经济型起着很大的作用。
[8]
第3章汽轮机真空下降的原因
3.1真空下降的主要特征
在汽轮机组的正常运行中我们可以通过各种仪表、数据来了解和分析汽轮机凝汽器的真空度好坏情况。
一般汽轮机凝汽器真空度下降的主要特征有：
（1）真空表指示降低；
（2）排汽温度升高；
（3）凝结水过冷度增加；
（4）凝汽器端差增大；
（5）机组出现振动；
3.2真空下降的主要原因
3.2.1冷却水中断
运行中出现凝汽器真空变为0，同时汽轮机排汽温度急骤升高，凝汽器循环水进口失压的情况，表明冷却水供给中断，这时应立即紧急停机，关闭循环水进水阀，在凝汽器温度降至＜50℃后方可向凝汽器供循环水。
3.2.2冷却水量不足
在一定负荷下，循环水进、出口温差增大，凝汽器真空缓慢降低，大多是冷却水量不足引起的，尤其在夏季，由于循环水进口温度升高，有的机组既使增大冷却水量亦不能维持要求的真空，这种情况下应限制机组负荷，减小汽轮机排汽量，以恢复正常真空。
凝汽器部分冷却水管堵塞或循环水泵运转不正常均会引起冷却水量不足，若是前者循环水进、出口差必然增大。
3.2.3凝汽器水位过高
凝汽器中凝结水液面超出热井水位计上限，淹没部分冷却水管时，由于凝汽器汽侧冷却面积减少而使真空缓慢下降，严重时，如水位升高凝结水进入抽气管，则真空迅速下降，抽气器排汽管冒水。
水位过高的另一个危害是使凝结水过冷度增加。
造成水位过高的原因主要有：
3.2.3.1凝结水泵故障：
泵或电机工作不正常，造成不能将凝结水正常抽出，故障部位可从泵出口压力或电机电流的变化作出判断；
3.2.3.2冷却水管破裂或管子与管板结合不严密，循环水漏入凝汽器汽侧，从凝结水水质化验可从出判断；
3.2.3.3凝结水管路再循阀开度过大；
3.2.3.4备用凝结水泵出口逆止阀关不严，凝结水从备用泵倒回到凝汽器。
3.2.4轴封送汽调整不当
轴封送汽压力过低，大量空气从汽轮后汽封吸入引起真空快速下降。
3.2.5真空系统不严密
真空系统不严密，漏入凝汽器气侧的空气量增多，抽气器超负荷工作引起真空下降。
真空下降时，短时间关闭抽气器的空气门（＜1分钟），若抽气器真空升高而凝汽器真空继续下降，则表明真空降低是由漏入空气量增加所致。
负荷降低时真空下降，负荷升高时真空又恢复正常，一般真空降低是由与低压缸连接管道的接合面漏气引起的。
真空系统可能发生漏气的地方很多，诸如排汽缸与接管法兰，接管焊口，排汽安全阀，疏水器，阀门、接头等，查找缺陷不仅需熟悉系统，而且还需细致和耐心，在查明原因后及时正确处理。
由文献[2，3～6]可知
3.2.6抽气器工作不正常
抽气器的任务是将漏入凝汽器内的空气和蒸汽中所含的不凝汽气体连续不断地抽出，保持凝汽器始终在高度真空下运行。
抽气器运行状况的优劣，影响着凝汽器内真空度的大小，对机组的安全，经济运行起着重要的作用。
3.2.6.1抽气器工作蒸汽参数偏离正常值，使抽气器效率降低；
3.2.6.2冷却器冷却水量不足，被抽出蒸汽、空气混合物中的蒸汽不能充分凝结，抽气器排气管有大量蒸汽冒出；
3.2.6.3冷却器疏水不畅通或冷却器水管破裂，冷却器满水，如第二级冷却器满水，则排气管有汽水混合物排出；
3.2.6.4疏水器故障或疏水阀关闭不严使空气漏入抽气器；
3.2.6.5抽气器喷嘴与扩散器距离调整不当，使抽气性能下降，这种缺陷在试运行时会发现并应予以消除，一般正常运行时不再进行调整；
3.2.6.6抽气器蒸汽滤网或喷嘴堵塞。
抽气器进汽管路吹扫不彻底，杂物随蒸汽冲入抽气器，封堵蒸汽滤网，甚至损坏滤网引起喷嘴堵塞，这种情况不仅在试运行过程出现，而且在运行机组中也时有发生。
滤网或喷嘴堵塞时，抽气器真空下跌，冷却器温度显著降低，抽气器声响异常（蒸汽喷射声响降低甚至消失，第二级抽气器堵塞时，排汽管发出吸气声）。
机组运行中发现真空下降，必要时起动备用抽气器，在查明真空下降是因主抽气器工作不正常引起且不能在运行情况下排除时，停下有故障的抽气器进行检修。
由文献[2，3～6]可知
3.2.7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。
一般情况下，采用酸洗后机组真空会明显改善。
由文献[2，3～6]可知
3.2.8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。
由文献[2，3～6]可知
3.2.9虹吸破坏
虹吸被破坏时凝汽器进水压力升高，出水压力到零。
在相同负荷和进水温度下，凝汽器出水温度升高，排汽温度升高，真空下降。
此时应关闭出水门，开启出水侧空气门，观察真空变化，排完空气后调整出水门，真空应回升。
（注意：
两侧不能同时进行）如循环水泵启动或转换，管内带有空气，应将凝汽器水侧排空气门开启，排完空气后关闭。
如凝汽器水室，出水管等处有不严的现象，应在短时间内消除。
由文献[2，3～6]可知
第4章汽轮机组真空度下降的处理及预防措施
4.1汽轮机组真空度下降的处理
4.1.1真空急剧下降的原因和处理
4.1.1.1循环水中断：
循环水中断的故障可以从循环泵的工作情况判断。
若循环泵电机电流和水泵出口压力到零，即可确认为循环泵跳闸，此时应立即启动备用循环泵。
若强合跳闸泵，应检查泵是否倒转；若倒转，严禁强合，以免电机过载和断轴。
如无备用泵，则应迅速将负荷降到零，打闸停机。
循环水泵出口压力、电机电流摆动，通常是循环水泵吸入口水位过低、网滤堵塞等所致，此时应尽快采取措施，提高水位或清降杂物。
如果循环水泵出口压力、电机电流大幅度降低，则可能是循环水泵本身故障引起。
如果循环泵在运行中出口误关，或备用泵出口门误门，造成循环水倒流，也会造成真空急剧下降。
4.1.1.2射水抽气器工作失常：
如果发现射水泵出口压力，电机电流同时到零，说明射水泵跳闸；如射水泵压力．电流下降，说明泵本身故障或水池水位过低。
发生以上情况时，均应启动备用射水磁和射水抽气器，水位过低时应补水至正常水位。
4.1.1.3凝汽器满水：
凝汽器在短时间内满水，一般是凝汽器铜管泄漏严重，大量循环水进入汽侧或凝结水泵故障所致。
处理方法是立即开大水位调节阀并启动备用凝结水泵。
必要时可将凝结水排入地沟，直到水位恢复正常。
铜管泄漏还表现为凝结水硬度增加。
这时应停止泄漏的凝汽器，严重时则要停机。
如果凝结水泵故障，可以从出口压力和电流来判断。
4.1.1.4轴封供汽中断：
如果轴封供汽压力到零或出现微负压，说明轴封供汽中断，其原因可能是轴封压力调整节器失灵，调节阀阀芯脱落或汽封系统进水。
此时应开启轴封调节器的旁路阀门，检查除氧器是否满水（轴封供汽来自除氧器时）。
如果满水，迅速降低其水位，倒换轴封的备用汽源。
4.1.2真空缓慢下降的原因和处理
4.1.2.1循环水量不足：
循环水量不足表现在同一负荷下，凝汽器循环水进出口温差增大，其原因可能是凝汽器进入杂物而堵塞。
对于装有胶球清洗装置的一机组，应进行反冲洗。
对于凝汽器出口管有虹吸的机组，应检查虹吸是否破坏，其现象是：
凝汽器出口侧真空到零，同时凝汽器入口压力增加。
出现上述情况时，应使用循环水系统的辅助抽气器，恢复出口处的真空，必要时可增加进入凝汽器的循环水量。
凝汽器出人口温差增加，还可能是由于循环水出口管积存空气或者是铜管结垢严重。
此时应开启出口管放空气阀，排除空气或投入胶球清洗装置进行清洗，必要时在停机后用高压水进行冲洗。
4.1.2.2凝汽器水位升高：
导致凝汽器水位升高可能是凝结水泵入口汽化或者凝汽器铜管破裂漏入循环水等。
凝结水泵入口汽化可以通过凝结水泵电流的减小来判断，当确认是由于此原因造成凝汽器水位升高时，应检查水泵入口侧兰盘根是否不严，漏入空气。
凝汽器铜管破裂可通过检验凝结水硬度加以判断。
4.1.2.3射水抽气器工作水温升高：
工作水温升高，使抽气室压力升高，降低了抽气器的效率。
当发现水温升高时，应开启工业水补水，降低工作水温度。
4.1.2.4真空系统漏人空气：
真空系统是否漏入空气，可通过严密性试验来检查。
此外，空气漏入真空系统，还表现为凝结水过冷度增加，并且凝汽器端差增大。
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。
4.2
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