电厂凝汽真空系统常见故障及改进措施

 苏骏豪  郑鹏飞

摘要：作为电厂中重要的设备之一，凝汽真空系统主要用于维持冷凝器内部压力在正常工作范围内，确保汽轮机的正常运行。然而，在长期运行过程中，凝汽真空系统将面临一系列故障，如抽气能力降低、系统效率下降以及泄漏问题等。这些故障对将会对电厂能源消耗和运营成本产生负面影响。基于此，本文将重点探讨电厂凝汽真空系统常见故障及改进措施。首先，对电厂凝汽真空系统简述，梳理其应用原理及组成部分。其次，对常见问题进行分析，探讨其应用过程和设计之初的不足之处。最后，结合实例提出改进意见。本文除强化日常运维措施外，将重点围绕应用罗茨-水环真空泵组系统展开论述，探讨其在提高系统效率和可靠性方面的优势，并介绍罗茨-水环真空泵组系统的原理和适用范围，以及如何在实际应用中实施该系统。希望本文能够帮助相关行业者了解电厂凝汽真空系统中常见故障的改进措施，并深入了解罗茨-水环真空泵组系统的应用。

关键词：电厂；凝汽真空系统；罗茨-水环真空泵组系统

电厂凝汽真空系统是电力发电过程中不可或缺的组成部分，它对于提高发电效率、保护设备、提高稳定性和可靠性以及保证电网供应起着至关重要的作用。因此，在电厂运行和维护中，对凝汽真空系统的正常运行和优化改进非常重要。

1电厂的凝汽真空系统简述

电厂的凝汽真空系统是用于提高汽轮机的效率和功率输出。该系统主要由凝汽器、真空泵和相应的管道组成。其凝汽器是凝结蒸汽并将其转化为水的设备，它位于汽轮机排汽端。凝汽器中通过冷却水将蒸汽冷却至液态，然后排放到冷却水系统中。冷却水可以是来自河流、湖泊或海洋的自然水源，或者是通过冷却塔循环利用的再生水。凝汽器还通过抽取泵从凝汽器底部抽取凝结水。凝汽系统中的真空泵主要用于维持凝汽器和整个系统的负压，以确保蒸汽在凝汽过程中能够顺利流动。真空泵通过将凝汽器中的气体和空气抽出，保持压力低于大气压，从而形成真空环境[1]。真空泵通常采用液环真空泵或根式真空泵，具有较高的抽气速度和较低的能耗。除了凝汽器和真空泵，凝汽真空系统还包括一系列管道、阀门和控制装置，用于连接和控制系统中的各个部件。这些管道和阀门通过正确的布置和设计，确保凝汽过程的顺利进行，并使整个系统处于稳定的工作状态。

2存在问题分析

2.1应用过程

电厂凝汽真空系统随着长时间的运行，受寿命影响常出现以下问题：

（1）凝汽器漏水：凝汽器漏水是常见的问题之一，可能由于管道连接松动、密封损坏、钢管腐蚀等原因引起[2]。漏水会导致凝汽器效率降低，影响电厂的功率输出。

（2）真空泵失效：真空泵是维持凝汽器和系统负压的关键组件，如果出现失效，会导致系统压力升高，影响蒸汽的凝结和排放。常见的原因包括泵内部零件磨损、密封失效、泵故障等。

（3）凝汽器污垢积聚：随着运行时间的增加，凝汽器内部可能会积聚污垢，如水垢、沉淀物等。污垢的积聚会降低凝汽器的换热效率，导致系统效率下降。

（4）管道堵塞：凝汽真空系统中的管道经常接触高温和高压的蒸汽，可能会堵塞或受到腐蚀。堵塞的管道会增加系统的阻力，影响流动和排放[3]。

2.2设计之初

一些电厂凝汽真空系统在设计时往往采用保守的选型，导致真空泵和电机的余量较大，从而增加了系统的电耗。这会造成发电过程中不必要的能源损失，降低了系统的效率。特别是在夏季气温升高时，水环式真空泵常出现抽汽能力下降的情况，从而影响系统的正常运行。

3改进措施

3.1强化日常维护

为了进一步改善凝汽真空系统的性能，在日常运维中应确保真空设备和管道的密封性良好，减少真空泄漏的发生。可以采用更好的密封材料、密封结构，并定期检查和维护密封件。保证密封性可以有效降低能源消耗和提高系统效率。同时，对凝汽水进行合理处理，以减少其中的杂质和溶解气体含量。可采用去氧器、硬化器等设备减少对真空系统的腐蚀和污染，提高系统的运行效率和寿命。其次，定期对真空设备进行清洗，以清除沉积物和污垢，保持设备表面的光洁度，从而延长设备的使用寿命。此外，加强对真空系统运行状态的监测和分析，及时发现问题并采取措施，以确保系统的稳定运行。可以使用传感器和监测设备进行实时监测，建立健全的运行数据记录和分析体系。通过监测和分析，可以及时识别系统问题，采取相应的措施进行修复和改进。

3.2应用罗茨-水环凝汽真空泵组系统

罗茨-水环真空机组是一种高效真空机组，在化工、医药等领域有广泛的应用。而在电厂应用中，过去由于水蒸汽的特性，传统的罗茨泵在处理大量水蒸汽时会遇到泵油被水汽乳化的问题，这会影响罗茨泵的寿命和性能。然而，自2013年起，国内某电厂中开始应用罗茨-水环高效真空机组，并取得了较好的节能效果。这表明在电厂的凝汽真空系统中，应用罗茨-水环真空机组是可行的。此后，多个电厂实际案例表面，罗茨-水环真空机组通过罗茨泵和水环泵的组合工作，能够有效地抽取大量的水蒸汽，维持系统内的负压环境，并提高系统的效率和性能。同时，水环泵的存在可以生成水环来保护罗茨泵的油封，避免泵油被水汽乳化，从而延长了罗茨泵的使用寿命

[4]。

而电厂凝汽真空系统改进的方案中，一种常见的做法是在不改变原真空系统设备和功能的情况下，引入一台25-40KW功率高效真空泵组。该真空泵组在抽真空母管上与原真空泵组并联，通过罗茨泵将蒸汽和不凝结气体加压，然后经过冷却器冷凝并进入下级水环泵。这极大地提高水环泵的入口压力，确保其高效稳定运行。当机组处于正常运行期间时，高效真空泵组将维持凝汽器的真空。而在机组启动建立真空期间、高效真空泵组检修或设备故障时，原真空泵组将被投入使用以满足机组的真空要求。通过这种一运两备的方式，极大确保了系统的可靠性。改造后设备系统如图1所示。

图1：改造后设备系统图

值得一提的是，应用罗茨-水环凝汽真空泵组系统这一措施，在节能方面效果喜人。本文以某电厂为例，其节能增效数据如下：

		改前运行参数	改后运行参数	节电率
单台机组1台真空泵运行电流		200 A	25 A	87.5%
每小时节省电量		92（kW·h）
两部制要求8亿电量	节省电量	92×1600＝147200（kW·h）		按1600h/台机计算
	年节电费用	147200×0.5=73600元		按0.5元/(kW·h）电价计算
两部制实际2亿电量	节省电量	92×420＝38640（kW·h）		按420h/台机计算
	年节电费用	38640×0.5=19320元		按0.5元/(kW·h）电价计算
年发15亿电量	节省电量	92×2400＝220800（kW·h）		按2400h/台机计算
	年节电费用	220800×0.5=110400元		按0.5元/(kW·h）电价计算

项目		节煤量和金额	备注
两部制要求8亿电量	增加发电量	1000kw×0.4pa*1600=64万度	按1600小时/台机计算
	节能经济效益	64万度×0.42元=26.88万元	按每度0.42元计算
两部制实际2亿电量	增加发电量	1000kw×0.4pa*420=16.8万度	按420小时/台机计算
	节能经济效益	16.8万度×0.42元=7.056万元	按每度0.42元计算
年发15亿电量	增加发电量	1000kw×0.4pa*2400=96万度	按2400小时/台机计算
	节能经济效益	96万度×0.42元=40.32万元	按每度0.42元计算

    综合以上数据，得出两部制要求8亿电量情况下，两台机组每年可增效68.48万元；实际两部制2亿电量情况下，两台机组每年可增效17.976万元；无两部制年发15亿电量情况下，两台机组每年可增效102.72万元。可以说，将罗茨-水环凝汽真空机组用于电厂凝汽真空系统的真空维持，部分取代原有大型水环真空泵的功能，不仅不会改变原抽真空设备对机组真空系统的保障作用，而且在同样工况下可大量节省抽真空设备电耗，具有节能效益。除此之外，采用罗茨-水环高效真空机组，还可避免原水环泵夏季时出现的抽汽能力下降的问题，并避免水环真空泵叶轮和圆盘因为气蚀的损坏[5]，减少了配件的频繁更换，提高了水环真空泵的使用寿命，从而减少了水环真空泵的维护保养费用。

结束语：

综上所述，电厂凝汽真空系统在实际运行中，经常会遇到各种故障，这些故障不仅会影响系统的正常运行，还可能导致机组停机、产能下降甚至引发事故。为此，一方面工作人员应加强对凝汽真空系统的日常运行和维护管理工作。另一方面，企业应引入罗茨-水环真空泵组系统作为凝汽真空系统的辅助设备，从而有效地预防和解决凝汽真空系统的故障问题，确保系统正常运行。

参考文献：

[1]江多林,李福,魏瑞东.热电联产机组凝汽器射汽真空发生器设计要点分析[J].中国电力企业管理,2022(09):90-92.

[2]杨成田,周福贵,胡德义.2#机组凝汽器真空突降的原因分析及处理[J].中国科技信息,2009(08):124-125.

[3]朱琪.华能南通电厂凝汽器真空泵优化运行试验情况报告[J].中国科技信息,2007(06):103-104.

[4]陈宗华.罗茨水环真空泵组在嵩屿电厂节能优化中的应用[J].内燃机与配件,2017(20):56-57.

[5]徐海荣,吕峰,金利鹏.罗茨高效真空泵应用探讨[J].电站辅机,2022,43(01):33-38.