【论文摘要】针对某火电厂200MW汽轮机组真空度较低、凝汽器换泄漏率较高、换热效果差、汽轮机背压较高等问题，进行原因分析，探讨技术优化方案，介绍技术改造工艺及技改后性能试验结果，并对技术改造前、后的经济性进行对比，为同类型机组真空设备改造提供借鉴和参考。

　　1 设备概况

　　大唐河北发电有限公司马头热电分公司（简称“马电公司”）8号汽轮机组是东方汽轮机有限公司制造生产的DO9型第54台机组，型式为一次中间再热、凝汽式、单轴、三缸、三排汽式汽轮机，型号为N200-130/535/535，于1994年投产，配套的凝汽器为N11220型、表面式、单壳体、双流程凝汽器。凝汽器主体结构由接颈、壳体、水室、冷却管束等组成，凝汽器冷却水系统采用闭式冷却方式，换热管材质为HSn701铜管，规格为 Φ25×1×8460mm，数量为17010根，换热面积为11220m2。

　　2 凝汽器泄漏情况

　　马电公司8号机组自投运至今已运行22年，随着机组运行时间的增长及国家对节能降耗、对标达设计值等节能工作重视程度的逐步提高，凝汽器冷却管泄漏情况及换热效率低等问题逐渐突出。2006-2013年凝汽器泄漏情况统计，见表1。

　　由于铜管管束泄漏，对凝汽器泄漏管束堵漏后，凝汽器实际换热面积约为10964m2（堵管387根，堵管率2.28%，其堵管情况如下：甲号凝汽器上115根、31根；乙号凝汽器上96根、下16根；丙号凝汽器上117根、下12根。查阅8号机凝汽器真空、循环水进、出口温度、凝汽器端差等参数，在循环水进水温度在20℃时，平均端差为5.17℃。2013年凝汽器运行情况，见表2。

　　8号机组设计真空值为5.4kPa（设计值对应排汽温度33.6℃）。根据2013年河北省电力研究院对马电公司8号机组凝汽器性能试验报告结果，额定负荷下其试验真空值为11.97 kPa。将试验条件下的凝汽器真空按照设计循环水流量和20℃循环水温度进行修正，修正后的真空值为8.34 kPa，其机组运行真空值远低于设计值。

　　3 原因分析

　　马电公司经过多年对8号机组凝汽器检查，发现其泄漏主要是由管板和换热器的腐蚀引起，部位多集中于凝汽器顶部几层。凝汽器管板、换热管存在的主要腐蚀主要有管板腐蚀、选择性腐蚀、垢下腐蚀、点蚀、氨蚀等，而8号机组凝汽器的氨蚀情况较为严重。因此，以下重点分析凝汽器氨蚀的机理。

　　常温下氨水溶液中氨的气液相分配比大约在7～10，即在凝汽器中汽侧氨体积分数是凝结水中氨体积分数的7～10倍。加上空抽区局部富集以及隔板处凝结水过冷的影响，空抽区的氨体积分数比主凝结水中的高数十倍或数百倍，特殊情况下可达上千倍。当凝结水pH为9.水利水电工程毕业论文3时，由NH4OH→NH+4 + OH-的电离平衡可推算出凝结水中氨的质量浓度为0.38mg/L，如果pH控制不当，凝结水pH达9.5时，凝结水中氨质量浓度可达到0.93mg/L，空抽区按浓缩1000倍计算氨的质量浓度分别是380mg/L和930mg/L。在氨的质量浓度高的环境下，凝汽器铜管的氨蚀较严重。根据上海吴一平教授研究结果表明，HSn701A黄铜管氨的质量浓度小于100μg/L时，少量的氨会提高溶液的pH，但黄铜表面被覆盖的氧化物或氢氧化物所保护，腐蚀受到阻滞，氨的质量浓度增大到500μg/L以上时，由于生成可溶性铜氨络离子，铜的腐蚀速度将迅速剧增[1]。

　　200 MW机组为尽量降低水汽损失及热耗，一般采用水力喷射器代替蒸汽喷射器抽凝汽器真空。由于水力喷射器所抽出的空气-蒸汽混合物不能回收，因而各制造厂尽量使抽出的气体中蒸汽含量减少，因此，凝汽器在设计上采用矩形，其真空区布置于凝汽器的中部位置。由于位置较高，蒸汽中不带水滴，氨的体积占比很高时，这种构造的凝汽器发生氨蚀的机会就高，因此造成马电公司8号机组凝汽器顶部铜管氨蚀非常严重。

　　4 技术改造

　　由于马电公司8号机组运行时间较长，对凝汽器的技术改造主要是保留凝汽器壳体，保证外形及接口尺寸不变的情况下，采用对凝汽器内部结构优化、管束材质优化、抽真空部位优化的方式进行技术升级，在实施上，采取将凝汽器换热管优化为不锈钢管、改变端板材料、缩短中间管板间距、优化排管方式等措施，解决换热管（铜管）氨蚀严重、泄漏频繁、换热效果不佳、运行中振动等问题，以提高凝汽器综合性能。

　　4.1 排管方式优化

　　马电公司8号机组凝汽器原设计采用的是早期国产卵形排管方式，这种排管方式设计使排汽在部分管束空间内容易出现涡流现象，整个管束热负荷分布不均，导致总体传热系数降低，同时还存在汽阻大、管束振动的问题[2]。

　　优化后的管束布置采用了B—D模块式排管方式，气流阻力小，热负荷分布均匀，流场平稳，无明显的热汽涡流区和空气积聚区，凝结水基本无过冷度，能保证理想的除氧效果，且由于总体传热系数高，这种排管方式还可提高凝汽器运行经济性。此排管方式具体特点如下：

　　a.内部抽气口比改造前凝汽器的抽气口多一倍，使空气的流程缩短，同时缩短了空气在凝汽器中的距离，即停留在凝汽器中的空气相对减少，有利于换热管的传热。

　　b.蒸汽的分配量最佳，无涡流存在。蒸汽通道中的蒸汽流速从上部到底部几乎保持不变，有利于传热。

　　c.凝汽器下半部汽水分流，加上合理的通道和合理的布管，有利于减少凝汽器的汽阻，减小端差。

　　d.管束、抽空气通道上窄下宽，并配以空气冷却区，避免管束空气集聚，有利于传热系数的提高。

　　e.挡汽板和凝结水收集板少而精，有利于减小汽阻。

　　f.底部管束布置有利于加热凝结水，减小过冷度。

　　g.空气冷却器设计在最佳位置，有利于空气的抽出。

　　4.2 换热管优化

　　不锈钢管（TP316L）耐蚀性强，但不锈钢的导热系数仅为黄铜管的15%，不锈钢导热性差会降低凝汽器的整体换热效率，使机组热耗增加、运行经济性下降。由于凝汽器的传热阻力主要由四部分构成：对流放热热阻、污垢热阻、管壁导热热阻及凝结放热热阻，而管壁导热热阻仅占5%左右，起决定作用的是污垢热阻、对流放热热阻和凝结热阻。不锈钢的清洁系数是铜管的1.29倍，污垢热阻大大减小，使凝汽器中占主导作用的壁厚热阻显著降低。与铜管相比，总体传热热阻大幅下降[3]。

　　此外，为了在设计工况下能够维持凝汽器真空，将不锈钢管管壁厚度将低至0.5 mm。由于换热管管壁厚度减薄，凝汽器换热管刚度会降低，因此在设计上将凝汽器汽侧隔板由原来的5道隔板增加为10道隔板，管束穿过隔板后，呈拱形，既增强了管束稳定性，也防止停备保养时管束内积水。

　　不锈钢管与端隔板采用胀接—焊接方式，即胀管完毕后采用氩弧焊进行焊接，避免了因胀接工艺不良所带来的管口渗漏隐患。

　　4.3 严控施工工艺

　　端管板定位时，采用吊线法找正，垂直度误差≤5mm；管板装焊时，边装边找正，管孔同轴度按前后端管板管孔为基准，要求相邻两个中间管板同轴度直径的误差<1mm，前后端管板管孔同轴度直径的误差<2mm，中间管板垂直度<3mm；严格控制焊接顺序：采用对称焊接、增设工艺拉筋等方法加以控制焊接变形；管孔轴度整体找正时，用堵头、1mm钢丝对端管板、中间管板进行同轴度整体找正，要求相邻两管板间管孔同轴度直径<1mm，整个凝汽器全长管孔同轴度直径<2mm；为保证胀管质量，在穿管前将端管板、中间管板用丙酮或无水乙醇进行清洗，管束采用压缩空气吹扫干净，并检查管径。

　　5 改造效果及效益分析

　　根据河北省电力研究院试验报告，马电公司8号机组凝汽器技术升级改造前、后，在同样气候条件和工况下，凝汽器运行参数比较见表3。

　　技术改造后，8号机组凝汽器按照设计循环水流量和20℃循环水温进行修正后，真空压力为4.99kPa。额定负荷下凝汽器传热端差为3.2℃，过冷度为0.08℃，可见改造后，凝汽器的真空状况得到明显改善。

　　6 结束语

　　马电公司8号机组通过对凝汽器的技术升级，提高了凝汽器的换热效果及机组真空度，降低了机组煤耗，同时由于对冷却水管材质的优化，提高了管束抗振性、抗汽水冲蚀性、耐冲击、腐蚀性，大大降低了管束泄漏发生率，稳定了机组用水的品质，确保机组能够长期、稳定、经济的运行。

　　【参考文献】

　　[1]王九崇，赵东亮。俄制800MW机组凝汽器铜管泄漏原因分析[J].小学英语教学论文网东北电力技术，2009，30（01）：19-21.

　　[2]沈士一，庄贺庆，康松，等。汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，1992.

　　[3]孙泓。我国凝汽器换热管材料的发展趋势[J].电站辅机，2009，30（02）：1-4.