山西漳山發電有限責任公司賈國章
關鍵詞：真空系統嚴密性漏氣量監測
1 前言
汽輪機的系統及輔助裝置受設計、製造、安裝、執行水平等因素的影響，在執行過程中真空系統的嚴密性會變差，會增加漏入真空系統的空氣量，從而產生一系列不利影響：增加凝結水的含氧量，加快凝結水系統的氧化腐蝕，這樣既降低凝結水系統及裝置的使用壽命，又增加鍋爐給水的含鐵量，加快鍋爐受熱面的結垢速度，降低鍋爐效率，影響鍋爐的安全執行，還增加蒸汽的含鐵量，加快汽輪機葉片的結垢速度，降低汽輪機的執行效率；增加凝汽器內空氣的聚集量，加重抽真空系統的負擔，使汽器內未凝結氣體不能及時抽出，進一步增加凝汽器內空氣的聚集量，使蒸汽的放熱係數大幅度降低，因此降低凝汽器的換熱效率，提高凝汽器的執行壓力，降低機組的熱效率。可見，汽輪機真空系統漏氣量多少對機組安全經濟的執行有著相當大的影響。
至今，我國仍然使用嚴密性試驗法來給汽輪機真空系統的嚴密性進行評級，還沒有簡便易行地測量汽輪機真空系統漏氣量的方法，自然也沒有**監視並測量汽輪機真空系統漏氣量的方法。下面先簡要介紹汽輪機真空系統嚴密性試驗法，再提出**監視並測量汽輪機真空系統漏氣量的方法。
2 汽輪機真空系統嚴密性試驗法簡介
下面分濕冷汽輪機和直接空冷汽輪機兩種情況介紹。
2.1 濕冷汽輪機真空系統嚴密性試驗法
濕冷汽輪機的汽輪機排汽在表面式凝汽器中由迴圈冷卻水冷卻、凝結並形成真空。真空系統嚴密性試驗按照部頒標準進行。
濕冷汽輪機進行真空系統嚴密性試驗時，迴圈水量一般保持不變（迴圈水幫浦定速執行），真空幫浦停止執行。真空幫浦停運後凝汽器的執行壓力不斷公升高，真空不斷下降，並且前幾分鐘的真空下降速度較快，其後變緩。其主要原因是真空幫浦停運後，凝汽器空氣冷卻區及其周圍區域空氣含量高的氣汽混合物由流動狀態變成「靜止」 狀態，蒸汽的放熱係數降幅相當大，該區域的傳熱系數降幅較大，使凝汽器的平均傳熱系數降低，隨著真空幫浦停運時間的延長，蒸汽的放熱係數下降速度雖然變緩，但含空氣量高的氣汽混合物在空氣冷卻區周圍的區域擴大了，仍然會使凝汽器的平均傳熱系數降低，要使汽機排汽凝結只有提高凝汽器的傳熱溫差和端差，因而提高了凝汽器的汽側溫度和執行壓力。
試驗時真空幫浦一般持續停運8min，取後5min的真空下降速度的平均值作為試驗結果，試驗結果低於0.3kpa/min時滿足部頒標準要求。
由工程熱力學得知，凝汽器的執行壓力與凝汽器的汽側蒸汽容積（包括汽機末級葉片以後的空間、汽機本體疏水擴容器的蒸汽空間等）成反比，與汽側的絕對溫度成正比，與汽側所容納的氣汽混合物的質量成正比。因此，同容量的機組所配的凝汽器不同，嚴密性試驗時汽輪機真空的下降速度不同；季節不同，迴圈冷卻水的溫度不同，嚴密性試驗時汽輪機真空的下降速度也不同（冬季和夏季差別較大）。另外，汽輪機真空的下降速度還與機組負荷（試驗時機組負荷越低真空下降速度越慢）、凝汽器的效能（換熱能力越大真空下降速度越慢）、迴圈冷卻水量（流量越大真空下降速度越慢）等有關係。
可見，濕冷汽輪機做試驗時用真空下降速度表示真空系統的嚴密性只能反映空氣漏入真空系統的大致水平，既不合理，也不「真實」，更不能測定漏入真空系統的空氣量。
2.2 直接空冷汽輪機真空系統嚴密性試驗法
直接空冷汽輪機在我國處於起步階段，還沒有編制直接空冷汽輪機真空系統嚴密性的試驗方法與標準。2023年投產的大唐雲岡熱電2×200mw機組是國內首次應用直接空冷技術的大容量機組，做真空系統嚴密性試驗時沿用了濕冷汽輪機的試驗方法。目前投產的直接空冷機組，也都採用這種方法.
為了與濕冷汽輪機試驗方法對應，試驗時空冷凝汽器的風機轉速象濕冷汽輪機迴圈水幫浦定速執行那樣保持不變，試驗結果表明空冷汽輪機的真空下降速度非常快[1]。如果將風機保持在自動狀態，真空幫浦停運後，空冷凝汽器的真空不斷下降，風機的轉速也隨之自動公升速，以增加空冷凝汽器的換熱能力，這樣汽輪機的真空下降速度則很小。在風機轉速隨真空下降而自動公升速的情況下試驗8min，後5min真空下降速度的平均值為0.
22kpa/min，小於部頒標準值0.3kpa/min。
嚴密性試驗時空冷凝汽器真空不斷下降的原因與表面式凝汽器類似，真空幫浦停運後逆流凝汽器管束出口端空氣含量高的氣汽混合物由流動狀態變成「靜止」狀態，蒸汽的放熱係數降幅相當大，該段的傳熱系數降幅較大，降低了空冷凝汽器的平均傳熱系數，隨著真空幫浦停運時間的延長，整個逆流凝汽器的管束將充滿空氣含量高的氣汽混合物，使逆流凝汽器幾乎失去換熱能力，嚴重時順流凝汽器管束出口端也存在著空氣量含高的氣汽混合物，降低了順流凝汽器換熱能力，空冷凝汽器的平均傳熱系數降幅較大。當空冷凝汽器風機轉速不變時要使汽機排汽凝結必須加大順流凝汽器的傳熱溫差和端差，這樣空冷凝汽器的汽側溫度（嚴格地講是汽機的排汽溫度）和執行壓力增加得既快又大，因而真空下降速度非常快；當空冷凝汽器風機轉速隨著真空的下降而增加時，流過空冷凝汽器管束外測的空氣量增加，使順流凝汽器的傳熱溫差和端差增幅變小，因此空冷凝汽器的汽側溫度和執行壓力增幅很小，真空下降速度也很小。
在此，？濕冷汽輪機以配雙流程表面式凝汽器為例，表面式凝汽器空氣冷卻區布置在凝汽器下部的迴圈冷卻水第一流程區內，試驗時空氣冷卻區及其周圍區域含空氣量高的氣汽混合物由流動狀態變成「靜止」狀態，該區域的傳熱系數降低，使凝汽器第一流程的換熱量減少、第二流程的換熱量增加，從第一流程流出的迴圈冷卻水溫度降低，進入第二流程繼續公升溫，具有補償作用，在汽輪機排汽量或放熱量基本不變的情況下，迴圈冷卻水排水溫度基本不變；空冷汽輪機試驗時逆流凝汽器內空氣含量高的氣汽混合物由流動狀態變成「靜止」狀態，傳熱系數降低使逆流凝汽器的換熱量減少、順流凝汽器的換熱量增加，流出逆流凝汽器的空氣溫度降低，這些流出逆流凝汽器的空氣不能進入順流凝汽器繼續公升溫，使流經順流凝汽器的空氣溫度公升幅（itd）變大，並使空冷凝汽器的執行壓力增幅加大。因此，空冷風機轉速不變空冷汽輪機真空下降速度非常快，迴圈水幫浦轉速不變濕冷汽輪機真空下降速度不快。
實際上，直接空冷凝汽器與大氣直接接觸的焊縫總長度遠遠大於濕冷凝汽器與汽側及大氣均接觸的焊縫總長度，自然漏入直接空冷汽輪機真空系統的空氣比濕冷汽輪機多。由於直接空冷汽輪機真空系統的容積遠大於濕冷汽輪機，試驗時真空下降速度隨著機組負荷、空冷凝汽器的效能、冷卻空氣量（或風機轉速）等引數的變化而有較大的變化。因此，沿用濕冷汽輪機的試驗方法用直接空冷汽輪機真空下降速度表示真空系統的嚴密性更不合理。
不過若用嚴密性試驗法，將空冷風機轉速設定為隨真空自動變化比設定為不變似乎好一點。
其實，將空冷風機轉速設定為隨真空下降而自動公升速所得的符合部頒標準的結果是不真實的，問題出在風機轉速按多大的加速度公升速。風機公升速採用不同的加速度，真空下降的速度不同。加速度越大，真空下降的速度越小。
當加速度大到一定程度時，真空會維持不變，甚至真空不降反公升，出現這種情況不但不能說明真空系統沒有漏入空氣。顯然，嚴密性試驗法時將空冷風機轉速設定為隨真空自動變化缺乏科學性。
總之，不管是濕冷汽輪機還是直接空冷汽輪機用真空下降速度表示真空系統的嚴密性是不合理的。
3 **監測汽輪機真空系統漏氣量方法
用試驗法進行汽輪機真空系統嚴密性的原因可能是以前設計的機組多採用射水抽氣系統，公升壓後的不凝結氣體（絕大部分是漏入真空系統的空氣）從射水池的水中溢位後直接排入大氣，收集和計量這些排氣較為困難。
現在，汽輪發電機組已普遍使用抽真幫浦抽吸在凝汽器內未凝結的氣汽混合物，經真空幫浦壓縮公升壓時大部分氣汽混合物中的蒸汽凝結成水，剩餘的空氣含量相當高的氣汽混合物及其攜帶的凝結水（或者稱為冷卻水、水封水）排入分離器，分離後的氣汽混合物經排氣管排入大氣。排大氣的氣汽混合物含蒸汽量相當低，主要是漏入真空系統的空氣。這樣，**監視並測量排大氣的氣汽混合物的流量就能實時知道漏入汽輪機真空系統的空氣量。
據此設計的**監視及測量汽輪機真空系統漏氣量的流程圖見圖3-1。
1－凝汽器 2－真空幫浦 3－分離器 4—真空漏氣計量儀
5－啟動排放閥 6－抽氣管道 7—排氣管道
圖3-1 **監測汽輪機真空系統漏氣量的流程示意圖
在圖3-1中，真空漏氣計量儀4是測量汽輪機真空系統漏氣量的專用儀器，顯示的流量已修正為幹空氣量（kg/h），修正時所需要的排大氣氣汽混合物的密度及尚未凝結的水蒸汽量與分離器的內部溫度（是分離器內水的溫度或氣汽混合物溫度）對應關係見表3-1。圖3-1中的閥門5是啟動排放閥，機組啟動時，真空系統的排氣量相當大，開啟該閥；機組正常執行時，真空系統的排氣量小關閉該閥，全部排氣流經真空漏氣計量儀4以便測量汽輪機真空系統漏氣量。另外，真空漏氣計量儀4有幹空氣量流量訊號送至機組主控室，因此可以實現**監視及測量汽輪機真空系統漏氣量。
表3-1 氣汽混合物的溫度與含蒸汽比例及混合物密度的對應關係
從表3-1可以看出，從分離器排出的氣汽混合物的溫度小於40℃時，氣汽混合物的蒸汽含量小於5％。因此，就濕冷汽輪機而言，真空幫浦分離器排出的氣汽混合物溫度一般不大於40℃，可以近似不計水蒸汽的影響。
可見，就濕冷汽輪機而言，**監測汽輪機真空系統漏氣量法不受凝汽器汽側容積（或汽輪機真空系統容積）、汽機排汽溫度、機組負荷、凝汽器的效能、迴圈冷卻水溫度、迴圈冷卻水量等因素的影響；就直接空冷汽輪機而言，**監測汽輪機真空系統漏氣量法不受空冷凝汽器容積（或汽輪機真空系統容積）、汽機排汽溫度、機組負荷、空冷凝汽器的效能、環境條件（氣溫、風向等）、空冷風機轉速（或空冷風量）等因素的影響。因此，**監測汽輪機真空系統漏氣量法具有直觀、方便、實用、實時、數位化、準確等特點，不僅適用於濕冷汽輪機真空系統漏氣量的監測，而且特別適用於直接空冷汽輪機真空系統漏氣量的監測。
**監測汽輪機真空系統漏氣量法，不同於真空系統嚴密性試驗法，**監測時凝汽器的真空不會降低，不影響汽輪機的出力，不降低機組的熱經濟性，汽輪機排汽溫度也不會公升高，自然沒有排汽溫度所帶來的一些問題。
4 結論
對汽輪機真空系統進行嚴密性試驗，並用真空下降速度表示真空系統的嚴密性只能反映空氣漏入真空系統的大致水平，既不合理，也不真實，尤其是直接空冷汽輪機將空冷風機轉速設定為隨真空自動變化的情況缺乏科學性，其結果更不真實。
**監測汽輪機真空系統漏氣量法具有直觀、方便、實用、實時、數位化、準確等特點，不僅適用於濕冷汽輪機真空系統漏氣量的監測，而且特別適用於直接空冷汽輪機真空系統漏氣量的監測。這樣，執行人員能隨時監測汽輪機真空系統的漏氣情況，當監測的漏氣量較多時，可以及時處理。
**監測汽輪機真空系統漏氣量法，不同於真空系統嚴密性試驗法，**監測時凝汽器的真空不會降低，不影響汽輪機的出力，不降低機組的熱經濟性；汽輪機排汽溫度也不會公升高，自然沒有排汽溫度所帶來的一些問題。
希望有關部門及早組織實施並編制相應的標準。
參考文獻
[1] 伍小林，劉邦泉.直接空冷機組有關問題**華北電力技術，2004.4.
注：真空幫浦分離器所排氣汽混合物的溫度為35℃時，排出1kg幹空氣，與排出0.924 m3的氣汽混合物相當。
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