凝汽器

一、凝汽器概述：

     凝汽器排汽冷凝成水的一種換熱器又稱復水器。主要用于汽輪機動力裝置中，分為水冷式和空冷式兩種。凝汽器除將汽輪機的排汽冷凝成水供鍋爐重新使用外，還能在汽輪機排汽處建立真空和維持真空。

二、凝汽器分類：

 按蒸汽凝結方式的不同凝汽器可分為表面式（也稱間壁式）和混合式（也稱接觸式）兩類。在表面式凝汽器中，與冷卻介質隔開的蒸汽在冷卻壁面上（通常為金屬管子）被冷凝成液體。冷卻介質可以是水或空氣。水冷表面式凝汽器(凝汽器)按冷卻水的流動方式分為單流程、雙流程兩種。在混合式凝汽器中，蒸汽是在與冷卻介質混合的情況下被冷凝成液體的。被冷凝的蒸汽既可是水蒸汽，也可是其他物質的蒸氣。

三、凝汽器結構組成：

凝汽器圖1為表面式結構示意圖。
 

凝汽器運行時，冷卻水從前水室的下半部分進來，通過冷卻水管（換熱管）進入后水室，向上折轉，再經上半部分冷卻水管流向前水室，最后排出。低溫蒸汽則由進汽口進來，經過冷卻水管之間的縫隙往下流動，向管壁放熱后凝結為水。

凝汽器結構說明：

 凝汽器結構為單殼體、對分、單流程、表面式。 凝汽器為單殼體對分單流程表面式，它在低壓缸下部橫向布置。殼體置于彈簧支座上，其上部與汽機排汽缸采用剛性連接。循環水流經管束使殼體內汽機排汽凝聚，凝聚水聚集在熱井內并由凝聚水泵排走。殼體內布置管束，熱井置于殼體下方,正常水位時其水容積為不少于4分鐘凝聚水泵運行時流量。由外殼和管束組成單流程,管子為銅合金管、不銹鋼管、鈦管、鎳白銅管等,用淡水冷卻。管束布置為帶狀管束，又稱“將軍帽”式布置凝汽器喉部和汽輪機低壓缸排汽管連接，弧形半球形水室，具有水流均勻，不易產生渦流，冷卻水管充水合理，有良好換熱效果等特點。水室側板用25mm厚的16Mn鋼板，水室法蘭用60mm厚的16MnR，并與管板，殼體用螺栓聯接。形橡膠圈作密封墊，保證水室的密封性。在水室上設有人孔，直徑為450，檢修時為防止工人進入人孔后不掉入循環水管里，在進出水管處加設一道網板，由不銹鋼薄板組成既不增加水阻又能保證安全。水室上有放氣口、排水孔、手孔及溫度、壓力測點。水室壁涂環氧保護層，并有犧牲陽極保護。凝汽器(凝汽器)熱井：凝汽器下部收集凝結水的集水井， 放于汽機房下 方 。作用為收集凝結水，并且給凝結水泵提供一定的靜壓頭。 它裝于彈簧和底板上 ， 彈簧由汽機答應力進行設計。考慮到彈簧摩擦角產生的水平力，彈簧采用一半左旋一半右旋，以使力平衡。 為防止運行時凝汽器前后、左右移動，造成凝汽器、低壓缸不同心，對低壓缸不利，熱井底板上焊固定板使地板與彈簧基礎柱上埋入的鋼板粘合，這樣凝汽器只能上下移動。

四、凝汽器特點：

為保證蒸汽凝結時在凝汽器內維持高度真空和良好的傳熱效果，還配有抽氣設備，它不斷將漏入凝汽器中的空氣和其他不凝結氣體抽出。抽氣設備主要有射水抽氣器、射汽抽氣器、機械真空泵和聯合真空泵等。 空冷表面式凝汽器空氣借助風機在管束外側橫向通過或自然通風，而蒸汽在管束內流動被冷凝成水。為提高管外傳熱，這種凝汽器均采用外肋片管。它的背壓比水冷凝器高得多。 混合式凝汽器 有噴霧式和平面射流式兩種。在噴霧式凝汽器中，冷卻水被霧化成滴狀；而在平面射流式中，冷卻水以膜狀與汽輪機的排汽接觸。一般多采用平面射流式結構，因它具有更高的真空，能把不凝結氣體全部排出。

五、江蘇天錘公司生產凝汽器突出優點及應用：

    從事火力發電廠凝汽器,換熱器設計,制造,技術改造,安裝及冷卻管更換、防腐密封等工程已有15年經驗。下設工程部和3支專業的凝汽器改造施工隊伍，現有中高級專業技術人員7名，特種作業技術工人50余名，裝備有全套的專用檢測儀器。 公司技術人員根據用戶機組容量等具體現場情況，設計出的施工方案，并由經驗豐富的專業人員按照合同規定的工程內容、工藝質量要求、安全措施及國家電力工程建設標準DL5011-92進行施工，確保工程優質、按時、完全完工，在長期凝汽器、 換熱器設計、技術改造和冷卻管（不銹鋼管）更換過程中積累了豐富的經驗，施工工期短，工程成本低，施工質量穩定。

六、 凝汽器設計：

     設計時，應根據汽輪機排汽量、排汽面積、年或月平均水溫和供水方式，對背壓、冷卻水倍率（指冷卻水量與被冷凝蒸汽量的質量比，一般為 50～120）和冷卻水管內流速等進行技術經濟比較，確定方案。凝汽器在結構上應有合理的管束排列，以提高總的傳熱系數和降低汽側阻力；合理布置空氣冷卻區和抽氣口，防止形成空氣死區；配備有效的抽氣設備，以保證良好的熱交換；喉部要有良好的空氣動力特性，以保證排汽較均勻地進入冷卻管束，不致形成汽流旋渦而浪費部分冷卻面積；整個外殼要有良好的氣密性和足夠的剛度，以利于提高真空嚴密性和防止外殼變形；要使汽流良好地加熱凝結水，并達到一定的除氧效果；根據管子振動計算選擇合理的中間支撐板跨距，避免運行時引起管束共振而使管束遭到破壞。

七、凝汽器材料：

凝汽器的換熱管材料一般以 碳鋼管、不銹鋼管和銅管為主，其中碳鋼管材質的管板在作為凝汽器使用時，其管板與列管的焊縫經常出現 腐蝕 泄漏，泄漏物進入冷卻水系統會造成污染環境及物料的浪費。在制作時，管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分布也不均勻。使用時管板部分與工業冷卻水接觸，而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕。研究表明，工業水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構的復雜程度也會影響腐蝕形態。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以 孔蝕 和 縫隙腐蝕 為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分布著大小不等泡。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕，雙金屬腐蝕也是管板腐蝕的一種常見現象。

八、凝汽器工作原理：

     凝汽器是現代火電站和核電站廣泛采用的典型汽輪機。凝汽設備是汽輪機裝置的重要組成部分，它的設計制造和運行質量的優劣，直接影響汽輪機裝置的經濟性和安全性。 凝汽設備在汽輪機裝置的熱力循環中起到冷源的作用。降低汽輪機排氣溫度和排氣壓力，可以提高熱循環清洗效率。凝汽器的主要作用，一是在汽輪機排汽口建立并保持高度真空，二是在汽輪機排汽凝結的水作為鍋爐給水，構成一個完整的循環。而通過與循環水進行熱交換，使凝汽器保持較高的真空度。真空過低會嚴重影響電廠機組的安全經濟運行,而造成真空過低其中一個重要原因就是冷卻水管結垢。汽輪機的結垢對凝集器的性能影響較大，它不僅使汽機端差增大，而且使汽機真空度降低，排氣溫度升高，影響汽輪機的經濟性和安全性。 長期以來傳統的清洗方式如機械方法（刮、刷）、高壓水、化學清洗(酸洗)等在對設備清洗時出現很多問題：不能徹底清除水垢等沉積物，酸液對設備造成腐蝕形成漏洞，殘留的酸對材質產生二次腐蝕或垢下腐蝕，最終導致更換設備，此外，清洗廢液有毒，需要大量資金進行廢水處理。

九、凝汽器清洗方法：

9.1.膠球清洗裝置系統

使用這種裝置可在機組不減負荷的情況下在線清洗凝汽器，提高凝汽器的傳熱效率，防止汽輪機熱效率因背壓升高而降低，同時可防止冷卻管因結垢而腐蝕，延長冷卻管的使用壽命，是節能和改善勞動條件的理想設備。

膠球清洗裝置主要由收球網、二次濾網、裝球室、膠球泵、電氣控制柜等部件組成。對于大機組采用單元制系統即凝汽器每一側使用收球網、裝球室、膠球泵各一臺；對于小機組通常采用共用制系統，膠球清洗時先把比冷卻管內徑大1-2mm的海綿膠球放入裝球室，在膠球泵的作用下膠球被送入循環水進水管，隨著循環水的流動，膠球被擠入凝汽器銅管中進行擦洗，膠球通過凝汽器銅管后與循環水一起進入收球網，隨后被膠球泵抽出，再進入裝球室。如此循環，膠球不斷擦洗凝汽器冷卻管內壁，使之保持清潔。

 9.2利用清洗劑清洗凝汽器

 清洗劑清洗凝汽器時凝汽器必須停機。可以有效清除用水設備中所產生的頑固的水垢（碳酸鈣）、銹垢、油垢、粘泥等沉淀物，不會對鋼鐵、紫銅、 鎳 、鈦、橡膠、塑料、纖維、玻璃、陶瓷等材質產生侵蝕、點蝕、氧化等其他有害的反應，可大大延長設備的使用壽命。

十、 凝汽器真空度定義：

    從真空表所讀得的數值稱真空度。真空度數值是表示出系統壓強實際數值低于大氣壓強的數值，即：真空度=大氣壓強絕對壓強

 凝汽器真空的形成主要原因：

 在啟動過程中真空是由主、輔抽將汽輪機內大量空氣抽出而形成的。在正常運行中，真空的形成是由于汽輪機排汽在內驟然凝結成水時其比容急劇縮小而形成的。 如蒸汽在絕對壓力4kpa時蒸汽的體積比水的體積大3萬倍，當排汽凝結成水后，體積就大為縮小，使凝汽器內形成高度真空。

 凝汽器真空形成和維持必須具備三個條件：

 1）銅管必須通過一定的冷卻水量；

 2）凝結水泵必須不斷地把凝結水抽走，避免水位升高，影響蒸汽的凝結；

 3）抽汽器必須把漏入的空氣和排汽中的其它氣體抽走。

 凝汽器真空降低的原因：

 （1）循環水量減少或中斷：

 循環水泵跳閘、循進閥門誤關、循環水泵出口蝶閥閥芯落、循進濾網堵：水量中斷，進水壓力下降，出水真空至零，循泵電流至零或升高，須不破壞真空停機；若未關死，立即減 負荷 恢復；循出閥門誤關、凝汽器水側板管堵塞、收球大網板不在運行位置：循環水壓上 升，溫升增大；進水不暢：循泵電流晃動，進水壓力下降，出水真空降低，循環水溫升增大，水量不足；. |4 Q1 j- {3 u 虹吸破壞（進水壓力低、板管堵塞、出水側漏空氣）：虹吸作用減小時，會使水量減少，卻又提高了循環水母管壓力，而壓力高對維持水量是有利的，所以虹吸破壞必然是個過程。出水真空晃動且緩慢下降，溫升增大。

 凝汽器操作：

 （1）提高循環水壓力（關小出水門），對循出放空氣，重新建立出水真空。

（2）軸封汽壓力低：提 高壓 力，關小軸加排汽 風機 進氣門；冷空氣會使轉子收縮，負差脹增大。

 （3）水位高：排汽溫度升高同時，凝水溫度下降，過冷度增加。端差增大；水位﹥抽汽口高度、運行凝泵跳閘、管路堵、備用泵逆止門壞、 系統 主要氣控調門失靈、鈦管大漏：備用凝泵自啟動，出口壓力至零或升高，凝泵電流晃動或升高或下降至空載值；

 （4）真空系統漏空氣： 管道 、法蘭、焊口、人孔門、空氣門、放水門、水位計、小機排汽蝶閥、向空排氣薄膜、U形管水封；

 （5）空氣抽出 設備故障 ：真空泵、泵入口空氣逆止門閥芯落、閥門壞。

10.1 凝汽器真空急劇下降的原因和處理

 1．循環水中斷 ： 循環水中斷的故障可以從循環泵的工作情況判斷。若循環泵電機電流和水泵出口壓力到零，即可確認為循環泵跳閘，此時應立即啟動備用循環泵。若強合跳閘泵，應檢查泵是否倒轉；若倒轉，嚴禁強合，以免電機過載和斷軸。如無備用泵，則應迅速將負荷降到零，打閘停機。 循環水泵出口壓力、電機電流擺動，通常是循環水泵吸入口水位過低、網濾堵塞等所致，此時應盡快采取措施，提高水位或清降雜物。 如果循環水泵出口壓力、電機電流大幅度降低，則可能是循環水泵本身故障引起。 如果循環泵在運行中出口誤關，或備用泵出口門誤門，造成循環水倒流，也會造成真空急劇下降。

 2．射水抽氣器工作失常 ： 如果發現射水泵出口壓力，電機電流同時到零，說明射水泵跳閘；如射水泵壓力．電流下降，說明泵本身故障或水池水位過低。發生以上情況時，均應啟動備用射水磁和射水抽氣器，水位過低時應補水至正常水位。

3．滿水 ：在短時間內滿水，一般是凝汽器銅管泄漏嚴重，大量循環水進入汽側或凝結水泵故障所致。處理方法是立即開大水位調節閥并啟動備用凝結水泵。必要時可將凝結水排入地溝，直到水位恢復正常。 銅管泄漏還表現為凝結水硬度增加。這時應停止泄漏的凝汽器，嚴重時則要停機。 如果凝結水泵故障，可以從出口壓力和電流來判斷。

 4．軸封供汽中斷 ： 如果軸封供汽壓力到零或出現微負壓，說明軸封供汽中斷，其原因可能是軸封壓力調整節器失靈，調節閥閥芯脫落或汽封系統進水。此時應開啟軸封調節器的旁路閥門，檢查除氧器是否滿水(軸封供汽來自除氧器時)。如果滿水，迅速降低其水位，倒換軸封的備用汽源。

10.2 凝汽器真空緩慢下降的原因和處理

     因為真空系統龐大，影響真空的因素較多，所以真空緩慢下降時，尋找原因比較困難，重點可以檢查以下各項，并進行處理。

 1．循環水量不足 ： 循環水量不足表現在同一負荷下，凝汽器循環水進出口溫差增大，其原因可能是進入雜物而堵塞。對于裝有膠球清洗裝置的一機組，應進行反沖洗。對于出口管有虹吸的機組，應檢查虹吸是否破壞，其現象是：出口側真空到零，同時入口壓力增加。出現上述情況時，應使用循環水系統的輔助抽氣器，恢復出口處的真空，必要時可增加進入凝汽器的循環水量。 凝汽器(凝汽器)出人口溫差增加，還可能是由于循環水出口管積存空氣或者是銅管結垢嚴重。此時應開啟出口管放空氣閥，排除空氣或投入膠球清洗裝置進行清洗，必要時在停機后用高壓水進行沖洗。

2．凝汽器水位升高 ： 導致水位升高可能是凝結水泵入口汽化或者銅管破裂漏入循環水等。凝結水泵入口汽化可以通過凝結水泵電流的減小來判斷，當確認是由于此原因造成水位升高時，應檢查水泵入口側蘭盤根是否不嚴，漏入空氣。銅管破裂可通過檢驗凝結水硬度加以判斷。

 3．射水抽氣器工作水溫升高 ： 工作水溫升高，使抽氣室壓力升高，降低了抽氣器的效率。當發現水溫升高時，應開啟工業水補水，降低工作水溫度。

 4．真空系統漏人空氣 ： 真空系統是否漏入空氣，可通過嚴密性試驗來檢查。此外，空氣漏入真空系統，還表現為凝結水過冷度增加，并且端差增大。

10.3 凝汽器真空下降的危害：

 (1)使排汽壓力升高,可用焓降減小,不經濟,同時 機組 出力有所降低；

 (2)排汽 溫度 升高,可能使銅管松弛,破壞嚴密性；

 (3)排汽溫度升高,使排汽缸及 軸承 座受熱膨脹,引起中心變化,產生振動；

 (4)汽輪機軸向位移增加,造成推力軸承過載而磨損；

 (5)真空下降使排汽的容積 流量 減小,對末級葉片的某一部位產生較大的激振力,有可能損壞葉片,造成 事故 .

 10.4凝汽器嚴密性差的主要原因及汽側

 1 、汽輪機排氣缸和凝汽器喉部連接法蘭或焊縫處漏氣。如采用套筒水封連接方式，喉部變形使填料移動，填料壓得不緊，或封水量不足。

 2 、汽輪機端部軸封存在問題或工作不正常。

 3 、汽輪機低壓缸接合面、表計接頭等不嚴密。

 4 、有關閥門不嚴密或水封閥水量不足。

 5 、凝結水泵軸向密封不嚴密。

 6 、低壓給水加熱器汽側空間不嚴密。

 7 、設備、管道破損或焊縫存在問題。

 凝汽器水側

 1 、脹管管端泄漏。采用墊裝法連接管子和管板時，填料部分密封性不好。

 2 、在管子進口端部發生沖蝕。

 3 、冷卻管破損。

 10.5凝汽器端差 ：

 壓力下的飽和溫度與冷卻水出口溫度之差。對一定的凝汽器，端差的大小與冷卻水入口溫度、單位面積蒸汽負荷、銅管的表面潔凈度，內的漏入空氣量以及冷卻水在管內的流速有關。一個清潔的凝汽器，在一定的循環水溫度和循環水量及單位蒸汽負荷下就有一定的端差值指標，一般端差值指標是當循環水量增加，冷卻水出口溫度愈低，端差愈大，反之亦然；單位蒸汽負荷愈大，端差愈大，反之亦然。實際運行中，若端差值比端差指標值高得太多，則表明冷卻表面銅管污臟，致使導熱條件惡化。

凝汽器端差增加的原因

 1.銅管水側或汽側結垢；

2.汽側漏入空氣；

 3.冷卻水管堵塞；

 4.冷卻水量減少等

十一、凝汽器過冷度

     液體溫度達到理論結晶溫度時并不能進行結晶，而必須在它溫度以下的某一溫度（稱為實際開始結晶溫度）才開始結晶。在實際結晶過程中，實際結晶溫度總是低于理論結晶溫度，這種現象成為過冷現象，兩者的溫度差值被稱為過冷度。

 11.1凝汽器過冷度產生的原因 ：

     由于冷卻水管管子外表面蒸汽分壓力低于管束之間的蒸汽平均分壓力，使蒸汽的凝結溫度低于管束之間混合汽流的溫度，從而產生過冷。

     由于凝汽器內存在汽阻，蒸汽從排汽口向下部流動時遇到阻力，造成下部蒸汽壓力低于上部壓力，下部凝結水溫度較上部低，從而產生過冷。

 蒸汽被冷卻成液滴時，在冷卻水管間流動，受管內循環水冷卻，因液滴的溫度比冷卻水管管壁溫度高，凝結水降溫從而低于其飽和溫度，產生過冷。

     由于汽側積有空氣，空氣分壓力增大，蒸汽分壓力相對降低，蒸汽仍在自己的分壓力下凝結，使凝結水溫度低于排汽溫度，產生過冷。

     構造上存在缺陷，冷卻水管束排列不合理，使凝結水在冷卻水管外形成一層水膜，當水膜變厚下垂成水滴時，水滴的溫度即水膜內、外層平均溫度低于水膜外表面的飽和溫度，從而產生過冷卻。

     漏入空氣多或抽氣器工作不正常，空氣不能及時被抽出，空氣分壓力增大，使過冷度增加。

     熱水井水位高于正常范圍，凝汽器部分銅管被淹沒，使被淹沒銅管中循環水帶走一部分凝結水的熱量而產生過冷卻。

 循環水溫度過低和循環水量過大，使凝結水被過度的冷卻，過冷度增加。

 凝汽器銅管破裂，循環水漏入凝結水內，使凝結水溫度降低，過冷度增加。 凝結水過冷度是衡量凝汽器運行經濟性的重要指標，過冷度小，表示循環水帶走的熱量少，機組經濟性好，反之過冷度大，循環水帶走的熱量多，機組經濟性差。

 據資料介紹，過冷度每增加1，機組熱耗率就上升0.02%

 十二、凝汽器水位升高的危害

 （1）水位升高，會使凝結水過冷卻；

 （2）影響凝汽器的經濟運行；

 （3）如果水位太高，將銅管（底部）淹沒，將使整個冷卻面積減少，嚴重時淹沒空氣管，使抽氣器抽水，真空嚴重下降。

十三、 凝汽器運行狀況好壞的標志

 （1）能否達到最有利真空；

 （2）能否保證凝結水的品質合格；

 （3）凝結水的過冷度能否保持。

 十四、凝汽器真空的形成：

   在啟動過程中真空是由主、輔抽汽器將汽輪機和凝汽器內大量空氣抽出而形成的。 在正常運行中，真空的形成是由于汽輪機排汽在凝汽器內驟然凝結成水時其比容急劇縮小而形成的。 

十五、凝汽器循環水出水溫度升高的原因：

    進水溫度升高，出水溫度相應升高。汽輪機負荷增加。管板及銅管臟污堵塞。循環水量減少。循環水二次濾水網臟污、堵塞。排汽量增加。真空下降。

十六、 凝汽器循環水出水壓力變化的原因有：

 循環水量變化或中斷。出水管漏空氣。虹吸井水位變化。循環水進出水門開度變化。循環水出水管空氣門誤開。循環水管內空氣大量涌入凝汽器，虹吸破壞。熱負荷大，出水溫度過高，虹吸作用降低。銅管堵塞嚴重。

 十七、凝汽器規格型號技術參數：

 凝汽器型號