凝汽器与真空系统

凝汽器与真空系统培训1/14/20231专题讲座之一主要内容凝汽器真空的一些概念影响凝汽器真空的因素真空严密性与真空查漏凝汽器脏污与清洗循环水量和循环水温真空泵工作状态对机组真空的影响影响真空泵效率的因素真空泵的汽蚀和汽蚀保护两种真空泵的比较1/14/20232专题讲座之一凝汽器真空建立的原理启动时，凝汽器真空的建立依赖于真空泵将凝汽器中的空气抽出。机组冲转后，加入凝汽器的汽轮机排汽受到循环水的冷却而凝结成水，其体积大大地缩小，原来由蒸汽充满的容器空间就形成了高度真空。1/14/20233专题讲座之一凝汽器真空的维持靠循环水不间断地将排汽的热量带走，使得蒸汽的凝结过程不间断地进行。靠真空泵或各种抽气器将不凝结的气体不间断地地排出，使这些气体不至于在凝汽器中积累而造成真空的破坏。1/14/20234专题讲座之一循环水温升和凝汽器端差ts＝tw1＋Δt＋δt式中：ts——与凝汽器压力Pc相对应的饱和蒸汽温度，℃；tw1——循环水进口温度，℃；Δt——循环水温升，℃；δt——凝汽器端差。

k——凝汽器的传热系数；Ac——凝汽器的换热面积；Dw——循环水流量。1/14/20235专题讲座之一凝汽器有关参数变化的特性循环水进口温度tw1主要受运行方式和环境影响

循环水温升Δt与蒸汽流量和循环水流量有关；

凝汽器端差δt与循环水流量、循环水流速、循环水进口温度、蒸汽流量、凝汽器铜管（或钛管）表面清洁程度、真空系统严密程度等因素有关。

1/14/20236专题讲座之一凝汽器的最佳真空

凝汽器的最佳真空有最佳设计真空和最佳运行真空两种概念。

凝汽器的最佳设计真空是指在新设计一个发电厂时，整个发电厂冷却系统中所选择的设备容量、参数、设备相互匹配以及年运行费用为最少时所确定的凝汽器压力。凝汽器的最佳运行真空是指在一个已投运的热力系统中，设备的型式、容量、参数及设备间的匹配关系都确定的条件下，使热力系统运行时的热耗为最小的凝汽器压力。

1/14/20237专题讲座之一极限真空极限真空是指汽轮机的背压降低到某一数值后，蒸汽的膨胀有部分是在末级动叶栅后进行的，这些蒸汽已不具备做功能力。我们将蒸汽在末级动叶斜切部分膨胀达到极限时的背压，称为极限背压，它对应的真空称为极限真空。

1/14/20238专题讲座之一最佳真空的确定一般来讲，在其它条件无法改变的情况下，提供凝汽器的真空只有通过增加循环水流量来达到。假使从某一运行工况开始，增加循环水量，提高凝汽器真空，使汽轮机的功率增加ΔPT，同时循环水泵的耗功增加ΔPP，功率差ΔP，只有ΔP>0时，在经济上才是合算的。由于ΔP随凝汽器的真空值不同而有所变化，我们总可以找到ΔP为最大时的一个运行工况。ΔPmax所对应的真空即是最佳真空（见图）。

1/14/20239专题讲座之一极限真空与最佳真空的关系图

1/14/202310专题讲座之一我厂机组凝汽器和真空系统的组成2＃机的汽轮机向下排汽，凝汽器在汽轮机运转层下面，抽真空设备为锥体式水环真空泵，循环水采用闭式循环，机力冷却塔冷却。（设备包括两台主循环水泵和四台风机）5＃机的汽轮机轴向排汽，凝汽器与汽轮机同布置在零米层，抽真空设备为平面式水环真空泵并配置进口大气喷射器，循环水采用海水，是开式循环。1/14/202311专题讲座之一2＃机循环水系统的运行方式循环水系统的运行方式两台主循环水泵＋四台风机＋两台辅泵两台主循环水泵＋四台风机一台主循环水泵＋四台风机＋两台辅泵一台主循环水泵＋三台风机＋两台辅泵一台主循环水泵＋三台风机一台主循环水泵＋两台辅泵＋两台风机一台主循环水泵＋两台风机1/14/202312专题讲座之一2＃机经济真空的确定序号气温条件运行方式114～15℃一台主循环水泵＋三台风机216～21℃一台主循环水泵＋三台风机＋两台辅泵321～25一台主循环水泵＋四台风机＋两台辅泵4>25℃两台主循环水泵＋四台风机1/14/202313专题讲座之一真空严密性试验真空系统是否严密应由真空严密性试验来确定。试验的条件是机组在额定负荷80％以上。方法：关闭真空泵进口阀门，待阀门完全关闭后，记录机组真空下降速度。若真空下降速度小于267Pa/min，则真空系统严密性属优良；若真空下降速度小于400Pa/min，则真空系统严密性合格；若真空下降速度大于665Pa/min，则真空系统泄漏严重。1/14/202314专题讲座之一影响机组真空泵严密性的因素凝结水泵以及低加疏水泵轴向密封不严；汽轮机端部轴封工作不正常；汽轮机排汽缸和凝汽器喉部连接法兰或焊缝处漏气；汽轮机低压缸结合面以及表计接头等不严密；真空系统阀门不严密；真空系统的设备、管道破损或者焊缝存在问题。

1/14/202315专题讲座之一真空系统查漏的方法卤素检漏法氦质谱检漏法超声检漏法萤光法汽侧灌水试验烛光法薄膜法

1/14/202316专题讲座之一查漏实例1996年5＃机疏水管法兰漏气5＃机后轴封中分面漏气1/14/202317专题讲座之一凝汽器脏污与清洗

平板滤网和旋转滤网二次滤网胶球清洗凝汽器管束清洗（机械清洗和化学清洗）循环水加药1/14/202318专题讲座之一循环水量不足判断标准——Δt循环水泵工作不正常。循环水泵进口滤网堵塞。二次滤网堵塞。管道、排污阀等泄漏。海水潮位或（河流、水池等水位）的下降。1/14/202319专题讲座之一循环水进口温度对于开式循环，水温与季节、地域有关。对于闭式循环，冷却塔工作性能的好坏有关，其根本就是与当地气象条件有着密切的关系。1/14/202320专题讲座之一冷却塔的工作原理接触散热——在冷却塔中，当水与不同温度的空气接触时，在它们之间就有热量传递，我们将水的这种传热方式，称为接触散热。其传热量的大小与水和空气的温度差有关，温差越大，冷却效果就越好。大气温度越低，冷却塔的冷却能力越高。蒸发散热——在冷却塔中，水与空气接触传热的同时，还存在着蒸发散热的作用，水向空气蒸发而使水温降低。水的蒸发与空气相对湿度、大气压力及风力的大小等因素有关。相对湿度小、大气压力低或风速大，蒸发作用强。1/14/202321专题讲座之一水环式真空泵的工作原理

叶轮和泵轴的轴线与泵壳体的中心线偏离，两端由端侧盖封住，侧盖端面上开有吸气口和排气口，分别与泵的进出口相通。当泵内充有适量工作液体时，由于叶轮的旋转，液体向四周甩出，在泵体内壁与叶轮之间形成一个旋转的液环。液体内表面与叶轮毂表面及侧盖端面之间形成月牙形的工作腔室，叶轮叶片又将气腔分隔成若干互不连通容积不等的封闭水室。在叶轮的前半转（吸入侧），水室容积逐渐增大，气体经吸气口吸入水室；在叶轮的后半转（排气侧），水室容积逐渐减小，气体被压缩，压力升高后经排气口排出。1/14/202322专题讲座之一水环式真空泵原理图11/14/202323专题讲座之一水环式真空泵原理图21/14/202324专题讲座之一影响真空泵效率的主要因素—水温由于水环式真空泵是考水环与叶轮之间形成的月牙形的工作腔室来抽吸空气和水蒸汽，腔室压力一旦等于于水环水的饱和压力，水就会汽化，因此腔室的压力最低不能低于水环水的饱和压力，系统的真空就会受到此饱和压力的限制，若水环水的温度升高，饱和压力也升高，系统的真空就会降低。

1/14/202325专题讲座之一影响真空泵水温的因素凝汽器中不凝结气体和少量水蒸汽被真空泵抽出，凝汽器的压力总要高于真空泵吸气腔室的压力，不凝结气体和少量水蒸汽的温度高于水环水的温度，会将热量带给水环水，使之温度升高。1/14/202326专题讲座之一真空泵的运行方式开式循环－－水环水直接由自来水或工业冷却水系统供给，并直接排掉，由不凝结气体和少量水蒸汽带来热量也随水环水排走。闭式循环－－由不凝结气体和少量水蒸汽带来热量通过热交换器的外循环水带走。1/14/202327专题讲座之一真空泵两种运行方式的特点开式循环中，水温相对较低，但会造成水资源浪费，水环水流量易受受管网压力影响，工作效率相对不稳定。闭式循环中，水温相对高些，流量稳定，也不会造成水资源的浪费；但会增加真空泵成套设备耗功。1/14/202328专题讲座之一板式换热器和管式换热器性能比较采用闭式循环的真空泵成套设备都需要配置换热器——板式换热器或管式换热器。管式换热器中冷却水为层流，冷却水和被冷却水流动成90度，不形成对流。板式换热器中冷却水和被冷却水均为湍流，流动成180度，形成对流。板式换热器换热效率高，因而所需传热端差小，能有效降低水环水温度，间接提高真空泵效率。板式换热器因其结构特点，只适用与温度、压力不高的场所，特别适用与电厂的真空系统。1/14/202329专题讲座之一管式换热器的外形图1/14/202330专题讲座之一板式换热器的外形图1/14/202331专题讲座之一安装和维护比较板式换热器体积和重量较小，运输与安装都相当容易。板式换热器结构简单，拆卸和清洗非常方便。板式换热器因运行温度和压力低，不容易产生泄漏，一旦出现渗漏或泄漏，又很容易被发现。1/14/202332专题讲座之一真空泵的汽蚀现象水泵产生汽蚀是由于水汽化后产生汽泡，汽泡集聚在低压区形成空穴，空穴被流动的水带到高压区，致使蒸汽突然凝聚、收缩，汽泡破裂而产生撞击。若汽泡附着在叶轮表面，并不断产生水的汽化和蒸汽的凝聚，就会对泵产生汽蚀。水环真空泵的特点决定了这种泵容易产生汽蚀。

1/14/202333专题讲座之一汽蚀保护1采用两级泵。每一级的压缩比分别为6/1、5/1，因此压缩热降低，水环水温升小，水不容易汽化。同时两级泵将压缩比降低后，由于压差小，汽泡不容易破裂，即使破裂，其能量也小得多。真空泵的冷却水通过喷嘴形成雾状水珠，冷却从凝汽器来的绝大部分水蒸气，并迅速凝聚结成水，大大提高泵的效率，同时有效降低进气温度，间接地防止汽蚀现象的发生。1/14/202334专题讲座之一汽蚀保护2将很小一部分排出口正压气体引入真空泵的吸入腔，并在叶轮表面形成一层薄薄的气体保护膜，用以防止汽蚀。真空泵进口安装有大气喷射器，适当提高泵的吸入腔压力，防止泵汽蚀。1/14/202335专题讲座之一大气喷射器1/14/202336专题讲座之一两种型式真空泵平面式真空泵和锥体式真空泵，这两种真空泵是目前真空泵的两个主要流派，多数火电厂都使用这两种真空泵。平面式真空泵是第一代水环真空泵，锥体式真空泵是在平面泵基础上发展起来的第二代水环真空泵，在结构和性能上，锥体泵明显比平面泵有优势。

1/14/202337专题讲座之一锥体式真空泵的改进之处进气口和排气口的改进单级泵改为两级泵泵入口管上加冷凝喷嘴偏心位置的改进1/14/202338专题讲座之一进气口和排气口的改进

1/14/202339专题讲座之一泵入口管上加冷凝喷嘴1/14/202340专题讲座之一偏心位置的改进11/14/202341专题讲座之一偏心位置的改进21/14/202342专题讲座之一锥体真空泵在性能上的优势1效率高——锥体泵进气面积大，开口深入叶轮舱，通道最通畅，进气阻力小，大大提高泵的抽气能力。其次，在泵入口管上加冷凝喷水来冷凝可凝气体，吸入泵的气体体积会大大减少，进一步提高了泵的抽气能力。另外，采用两级泵后，压缩比降低，也降低了压缩热，且压缩热分两次传递给水环水，水环水的温升比单级泵小。由于水环水温度低，冷却效果好，因而效率高。

1/14/202343专题讲座之一锥体真空泵在性能上的优势2能有效防止汽蚀——锥体泵采用两级泵后，由于压缩热降低，水环水温升小，水不容易汽化。两级泵将压缩比降低后，由于压差小，汽泡不容易破裂，即使破裂，其能量也小得多。能处理多余的漏入空气——当凝汽器泄漏空气量增加时，凝汽器的背压升高，此时进入泵的蒸汽温度和泵入口冷凝喷水的温度的温差更大，其冷凝效果更佳，锥体真空泵的抽气能力增加，能有效限制凝汽器背压的提高。1/14/202344专题讲座之一锥体真空泵在性能上的优势3安全可靠——锥体泵因排气口在下部，受到压缩力的方向是由下往上，可抵消一部分叶轮的自重，故而轴所承受的力最小，磨损小，轴的寿命比平面泵要长。

锥体泵因排气口在下部，叶轮也偏于泵的下部，静止时液位较低，因而起动电流很小。

由于锥体泵进气