范维建

摘 要 凝汽器为动力循环的冷源，在汽轮机排气口建立并保持高度的真空，使蒸汽在汽轮机内膨胀到尽可能低的压力，将更多的热能转变为机械能，同时把汽轮机排气凝结成水，维持工质循环使用，提高电厂经济性；排除做功后的蒸汽在凝结过程中的不凝结气体，提高换热效率，减弱不凝结气体中氧气等的腐蚀作用。本文以田湾核电站凝汽器为例，从凝汽器设计基准出发，介绍了凝汽器的功能、真空的形成与保持、运行工况及影响凝汽器工作的因素。

关键词 凝汽器；真空；系统运行

中图分类号 TK26 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0211-02

1 凝汽器的功能和设计要求

1.1 凝汽器功能

凝汽器是动力循环的冷源，在汽轮机低压缸内膨胀作过功的蒸汽排至凝汽器中冷凝成水，乏汽凝结过程中放出汽化潜热并被循环冷却水带走。其具体功能有以下方面：

1）与抽汽系统一起为汽轮机建立和维持真空；2）把在低压缸内做完功的蒸汽冷凝成水；3）接收各疏水箱来的疏水和不凝结气体，回收和贮存洁净的凝结水，对凝结水进行初步除氧，以减少对设备的氧化腐蚀，为动力循环提供给水。

1.2 凝汽器设计要求

1）在额定条件下确保汽轮机低压缸出口的蒸汽压力；2）保持低压缸排汽的压力，确保汽轮机的有效运行；3）在汽机启机、正常运行、停机过程中确保蒸汽正常进入凝汽器；4）确保低压缸排气与冷凝水的平衡，在凝汽器饱和温度下不能产生过冷现象，并且凝结水的品质必须符合要求；5）凝汽器冷却水的设计温度为15℃～35℃；6）凝汽器的真空度取决于流入凝汽器的蒸汽流量、流经传热钛管冷却水的流量和温度和凝汽器自身的气密性；7）确保不凝结气体的持续排除；8）确保地震时系统的稳定性；9）管表面为钛合金材料，确保其服役期间严密性的同时而不需更换。

2 凝汽器真空和影响其工作的因素

2.1 真空的形成与保持

从低压缸排入凝汽器的乏汽，通过海水循环泵向凝汽器蛇形管唧送的冷却水来不断得以冷却。乏汽在凝汽器底部冷凝成水，由于水的比容比蒸汽的比容小许多倍，随着蒸汽冷凝，凝汽器中形成高度真空。如果这时用凝泵将生成的凝结水抽走，则能不断地将进入凝汽器的蒸汽冷凝下来，并维持某一真空。随着不凝结气体的积累，其不凝结气体的分压力会不断升高，经过一段时间之后，容器的压力会上升到被冷凝蒸汽压力，蒸汽将不再流动，冷凝过程就停止了。因此，因此要保持凝汽器的真空度使冷凝器正常工作，除了要不断地冷却进入的蒸汽，并抽出凝结的水外，还必须不断地从冷凝器中除去不凝结气体。

建立和维持凝汽器真空是一个动态平衡的过程，即蒸汽源源不断地进入凝汽器、冷却水连续地通过凝汽器钛管，将蒸汽凝结时放出的汽化潜热带走，凝结水不断从热井中抽出、漏入的少量空气不断地被抽走，这样才能维持凝汽器的稳定真空。如果上述任一环节发生故障，都会影响凝汽器的真空。

2.2 影响凝汽器真空的因素

凝汽器的实际工作过程中，人们并不直接注意凝汽器的传热系数，而是以凝汽器的真空，冷却水出口端差的变化来判断凝汽器运行情况的好坏。当然，真空的变化都是与凝汽器传热过程的好坏密切相关的。当机组带负荷运行时，凝汽器中的真空度取决于运行参数和设备的运行状态，如出现下面情形，凝汽器真空度将要下降：

1）海水循环水水温升高；2）汽机负荷增加（流入凝汽器中的蒸汽流量增加）；3）空气的流入增加；4）海水冷却水流量减少；5）传热管传热效率下降（传热管表面有污染）。

2.2.1 循环冷却水流量增加时，真空改善

当冷却水的进口温度不变时，若冷却水流量增加时，冷却水出口温度下降，同时由于水量的增加，传热管内侧的冷却水放热系数上升，平均换热系数增加。当冷却水量刚增加时，凝汽器中的压力逐渐降低，即真空上升。在夏天为了保持一定的真空，需切换循环水泵转速就是这个道理。

2.2.2 进口水温下降时，真空好转

当冷却水进口温度下降时，在一定的冷却水流量下，出口温度跟着下降，即冷却水进出口平均温度下降，因而平均温差增加，此时平均传热系数虽因水温的下降而有所减少，但平均温差增加的比例超过了传热系数减少的程度，最后同样导致凝结压力的下降，真空好转。

2.2.3 管壁沾污时真空恶化

由于管壁被沾污，使传热过程恶化，传热系数下降，要传递与清洁传热管同样的热量，就必须有较高的对数平均温差，这样就提高了凝汽器中的中绝对压力，因而真空恶化。为保证凝汽器的正常运行，田湾核电站采用传热管胶球清洗系统。

除上所述之外，如果凝汽器漏气严重或是抽气工作失常，蒸汽凝结时就会混有较多的空气，凝结放热系数将大幅度降低，这些都将导致传热过程恶化，这样凝汽器的真空恶化。

2.3 凝汽器真空降低对机组的安全经济运行影响

凝汽器真空降低对机组运行会有以下影响：

1）汽轮机排气压力、温度升高，蒸汽在机内的可用焓降减少，蒸汽在凝汽器中的冷源损失增大，机组效率下降，机组出力减少。

2）真空降低，要维持负荷不变，蒸汽流量增加，引起末级叶片过负荷，轴向推力增加，推力瓦温度升高，有可能烧毁推力瓦。

3）若真空下降，排气温度上升，使汽缸膨胀机组中心偏移，有可能发生振动。

4）排气温度升高，使凝汽器的循环冷却水管胀口松弛。

5）排气的体积流量减速少，不利于末级叶片工作。

3 凝汽器的系统运行

从机组启动到满功率运行凝汽器系统必须保证机组的正常运行。

当机组开始建立真空和有湿蒸汽进入凝汽器，水环式真空泵就投入运行，抽走凝汽器中的不凝结气体。为了缩短凝汽器建立真空的时间，可以同时投入三台水环式真空泵。

在额定功率水平下，凝汽器中的绝对平均压力为4.6kPa，当凝汽器中的压力下降到11.8kPa时，会出现的真空低报警信号，这时操纵员必须检查设备的运行并且采取措施提高凝汽器的真空度，例如，启动备用水环式真空泵。如果机组长时间运行在低真空状态，将加重低压缸末级叶片的负担，加大转子的相对胀差以及缸体的不规则膨胀。当凝汽器中的压力大于20kPa，自动保护系统将触发汽轮机保护跳机。

如果凝汽器中的压力下降不是因为海水冷却水的原因（流量或温度），就得考虑凝汽器的自身原因，把水环式真空泵停运，计算凝汽器真空下降的速率。正常运行时水环式真空泵的抽汽流量为120kg/h，在这种情况下，凝汽器真空下降的速率为2.0mmHg/min，参照这个速率，当凝汽器真空下降速率大于2.0mmHg/min，就可以考虑有空气进入凝汽器。

凝汽器系统设置了超压保护装置，防止凝汽器中的压力超过大气压。当出现停运循环冷却水泵后还有部分蒸汽流入凝汽器，当压力超过0.12MPa，低压缸出口处的爆破膜将打开，防止凝汽器超压。

机组正常运行过程中在传热管中长生的海水沉淀物将由胶球清洗系统来完成。期间还可进行对存在泄漏的传热管的堵管工作。这是因为每一个凝汽器都由两列相互独立的海水冷却水，当然机组的功率也必须按照规程要求降到一定的平台，以保证受损凝汽器中的真空不会显著恶化。

正常运行时，凝汽器中的水位保持在一个稳定的水平，其水位的维持由除盐水系统来保证。凝汽器中的凝结水为凝结水泵提供工作介质并且其水位不能漫过凝汽器的传热管道。

当机组冷却时，凝汽器系统正常运行，系统通过接收旁排阀的蒸汽来冷却机组。凝汽器必须维持其真空状态（可以容许真空有稍稍下降），汽机轴封系统（盘车系统、顶轴油系统、润滑油系统、汽机调节供油系统运行）和凝结水系统维持正常运行。

如果凝汽器中的压力超过20kPa，由凝汽器真空度底信号自动触发汽轮机保护，如果凝汽器中的液位偏离其运行限值，凝汽器液位调节系统将自动调节凝汽器的液位，当液位调节器无法自动维持其液位，操纵员将手动干预调节阀的旁路阀门，维持凝汽器的液位。

参考文献

[1]甘恒玉.探讨如何提高水环式真空泵的运行效率[J].山东工业技术，2015（22）：285.