凝汽器

一、凝汽器概述：

     凝汽器排汽冷凝成水的一种换热器又称复水器。主要用于汽轮机动力装置中，分为水冷式和空冷式两种。凝汽器除将汽轮机的排汽冷凝成水供锅炉重新使用外，还能在汽轮机排汽处建立真空和维持真空。

二、凝汽器分类：

 按蒸汽凝结方式的不同凝汽器可分为表面式（也称间壁式）和混合式（也称接触式）两类。在表面式凝汽器中，与冷却介质隔开的蒸汽在冷却壁面上（通常为金属管子）被冷凝成液体。冷却介质可以是水或空气。水冷表面式凝汽器(凝汽器)按冷却水的流动方式分为单流程、双流程两种。在混合式凝汽器中，蒸汽是在与冷却介质混合的情况下被冷凝成液体的。被冷凝的蒸汽既可是水蒸汽，也可是其他物质的蒸气。

三、凝汽器结构组成：

凝汽器图1为表面式结构示意图。

凝汽器运行时，冷却水从前水室的下半部分进来，通过冷却水管（换热管）进入后水室，向上折转，再经上半部分冷却水管流向前水室，最后排出。低温蒸汽则由进汽口进来，经过冷却水管之间的缝隙往下流动，向管壁放热后凝结为水。

凝汽器结构说明：

 凝汽器结构为单壳体、对分、单流程、表面式。 凝汽器为单壳体对分单流程表面式，它在低压缸下部横向布置。壳体置于弹簧支座上，其上部与汽机排汽缸采用刚性连接。循环水流经管束使壳体内汽机排汽凝聚，凝聚水聚集在热井内并由凝聚水泵排走。壳体内布置管束，热井置于壳体下方,正常水位时其水容积为不少于4分钟凝聚水泵运行时流量。由外壳和管束组成单流程,管子为铜合金管、不锈钢管、钛管、镍白铜管等,用淡水冷却。管束布置为带状管束，又称“将军帽”式布置凝汽器喉部和汽轮机低压缸排汽管连接，弧形半球形水室，具有水流均匀，不易产生涡流，冷却水管充水合理，有良好换热效果等特点。水室侧板用25mm厚的16Mn钢板，水室法兰用60mm厚的16MnR，并与管板，壳体用螺栓联接。形橡胶圈作密封垫，保证水室的密封性。在水室上设有人孔，直径为450，检修时为防止工人进入人孔后不掉入循环水管里，在进出水管处加设一道网板，由不锈钢薄板组成既不增加水阻又能保证安全。水室上有放气口、排水孔、手孔及温度、压力测点。水室壁涂环氧保护层，并有牺牲阳极保护。凝汽器(凝汽器)热井：凝汽器下部收集凝结水的集水井， 放于汽机房下 方 。作用为收集凝结水，并且给凝结水泵提供一定的静压头。 它装于弹簧和底板上 ， 弹簧由汽机答应力进行设计。考虑到弹簧摩擦角产生的水平力，弹簧采用一半左旋一半右旋，以使力平衡。 为防止运行时凝汽器前后、左右移动，造成凝汽器、低压缸不同心，对低压缸不利，热井底板上焊固定板使地板与弹簧基础柱上埋入的钢板粘合，这样凝汽器只能上下移动。

四、凝汽器特点：

为保证蒸汽凝结时在凝汽器内维持高度真空和良好的传热效果，还配有抽气设备，它不断将漏入凝汽器中的空气和其他不凝结气体抽出。抽气设备主要有射水抽气器、射汽抽气器、机械真空泵和联合真空泵等。 空冷表面式凝汽器空气借助风机在管束外侧横向通过或自然通风，而蒸汽在管束内流动被冷凝成水。为提高管外传热，这种凝汽器均采用外肋片管。它的背压比水冷凝器高得多。 混合式凝汽器 有喷雾式和平面射流式两种。在喷雾式凝汽器中，冷却水被雾化成滴状；而在平面射流式中，冷却水以膜状与汽轮机的排汽接触。一般多采用平面射流式结构，因它具有更高的真空，能把不凝结气体全部排出。

五、江苏天锤公司生产凝汽器突出优点及应用：

    从事火力发电厂凝汽器,换热器设计,制造,技术改造,安装及冷却管更换、防腐密封等工程已有15年经验。下设工程部和3支专业的凝汽器改造施工队伍，现有中高级专业技术人员7名，特种作业技术工人50余名，装备有全套的专用检测仪器。 公司技术人员根据用户机组容量等具体现场情况，设计出最佳的施工方案，并由经验丰富的专业人员按照合同规定的工程内容、工艺质量要求、安全措施及国家电力工程建设标准DL5011-92进行施工，确保工程优质、按时、完全完工，在长期凝汽器、 换热器设计、技术改造和冷却管（不锈钢管）更换过程中积累了丰富的经验，施工工期短，工程成本低，施工质量稳定。

六、 凝汽器设计：

     设计时，应根据汽轮机排汽量、排汽面积、年或月平均水温和供水方式，对背压、冷却水倍率（指冷却水量与被冷凝蒸汽量的质量比，一般为 50～120）和冷却水管内流速等进行技术经济比较，确定最佳方案。凝汽器在结构上应有合理的管束排列，以提高总的传热系数和降低汽侧阻力；合理布置空气冷却区和抽气口，防止形成空气死区；配备有效的抽气设备，以保证良好的热交换；喉部要有良好的空气动力特性，以保证排汽较均匀地进入冷却管束，不致形成汽流旋涡而浪费部分冷却面积；整个外壳要有良好的气密性和足够的刚度，以利于提高真空严密性和防止外壳变形；要使汽流良好地加热凝结水，并达到一定的除氧效果；根据管子振动计算选择合理的中间支撑板跨距，避免运行时引起管束共振而使管束遭到破坏。

七、凝汽器材料：

凝汽器的换热管材料一般以 碳钢管、不锈钢管和铜管为主，其中碳钢管材质的管板在作为凝汽器使用时，其管板与列管的焊缝经常出现 腐蚀 泄漏，泄漏物进入冷却水系统会造成污染环境及物料的浪费。在制作时，管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊，焊缝形状存在不同程度的缺陷，如凹陷、气孔、夹渣等，焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分与工业冷却水接触，而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。研究表明，工业水无论是淡水还是海水，都会有各种离子和溶解的氧气，其中氯离子和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形状起重要作用。另外，金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此，管板与列管焊缝的腐蚀以 孔蚀 和 缝隙腐蚀 为主。从外观看，管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物，分布着大小不等泡。以海水为介质时，还会产生电偶腐蚀，双金属腐蚀也是管板腐蚀的一种常见现象。

八、凝汽器工作原理：

     凝汽器是现代火电站和核电站广泛采用的典型汽轮机。凝汽设备是汽轮机装置的重要组成部分，它的设计制造和运行质量的优劣，直接影响汽轮机装置的经济性和安全性。 凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起到冷源的作用。降低汽轮机排气温度和排气压力，可以提高热循环清洗效率。凝汽器的主要作用，一是在汽轮机排汽口建立并保持高度真空，二是在汽轮机排汽凝结的水作为锅炉给水，构成一个完整的循环。而通过与循环水进行热交换，使凝汽器保持较高的真空度。真空过低会严重影响电厂机组的安全经济运行,而造成真空过低其中一个重要原因就是冷却水管结垢。汽轮机的结垢对凝集器的性能影响较大，它不仅使汽机端差增大，而且使汽机真空度降低，排气温度升高，影响汽轮机的经济性和安全性。 长期以来传统的清洗方式如机械方法（刮、刷）、高压水、化学清洗(酸洗)等在对设备清洗时出现很多问题：不能彻底清除水垢等沉积物，酸液对设备造成腐蚀形成漏洞，残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀，最终导致更换设备，此外，清洗废液有毒，需要大量资金进行废水处理。

九、凝汽器清洗方法：

9.1.胶球清洗装置系统

使用这种装置可在机组不减负荷的情况下在线清洗凝汽器，提高凝汽器的传热效率，防止汽轮机热效率因背压升高而降低，同时可防止冷却管因结垢而腐蚀，延长冷却管的使用寿命，是节能和改善劳动条件的理想设备。

胶球清洗装置主要由收球网、二次滤网、装球室、胶球泵、电气控制柜等部件组成。对于大机组采用单元制系统即凝汽器每一侧使用收球网、装球室、胶球泵各一台；对于小机组通常采用共用制系统，胶球清洗时先把比冷却管内径大1-2mm的海绵胶球放入装球室，在胶球泵的作用下胶球被送入循环水进水管，随着循环水的流动，胶球被挤入凝汽器铜管中进行擦洗，胶球通过凝汽器铜管后与循环水一起进入收球网，随后被胶球泵抽出，再进入装球室。如此循环，胶球不断擦洗凝汽器冷却管内壁，使之保持清洁。

 

9.2利用清洗剂清洗凝汽器

 清洗剂清洗凝汽器时凝汽器必须停机。可以有效清除用水设备中所产生的顽固的水垢（碳酸钙）、锈垢、油垢、粘泥等沉淀物，不会对钢铁、紫铜、 镍 、钛、橡胶、塑料、纤维、玻璃、陶瓷等材质产生侵蚀、点蚀、氧化等其他有害的反应，可大大延长设备的使用寿命。

十、 凝汽器真空度定义：

    从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度=大气压强绝对压强

 凝汽器真空的形成主要原因：

 在启动过程中真空是由主、辅抽将汽轮机内大量空气抽出而形成的。在正常运行中，真空的形成是由于汽轮机排汽在内骤然凝结成水时其比容急剧缩小而形成的。 如蒸汽在绝对压力4kpa时蒸汽的体积比水的体积大3万倍，当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。

 凝汽器真空形成和维持必须具备三个条件：

 1）铜管必须通过一定的冷却水量；

 2）凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结；

 3）抽汽器必须把漏入的空气和排汽中的其它气体抽走。

 凝汽器真空降低的原因：

 （1）循环水量减少或中断：

 循环水泵跳闸、循进阀门误关、循环水泵出口蝶阀阀芯落、循进滤网堵：水量中断，进水压力下降，出水真空至零，循泵电流至零或升高，须不破坏真空停机；若未关死，立即减 负荷 恢复；循出阀门误关、凝汽器水侧板管堵塞、收球大网板不在运行位置：循环水压上 升，温升增大；进水不畅：循泵电流晃动，进水压力下降，出水真空降低，循环水温升增大，水量不足；. |4 Q1 j- {3 u 虹吸破坏（进水压力低、板管堵塞、出水侧漏空气）：虹吸作用减小时，会使水量减少，却又提高了循环水母管压力，而压力高对维持水量是有利的，所以虹吸破坏必然是个过程。出水真空晃动且缓慢下降，温升增大。

 凝汽器操作：

 （1）提高循环水压力（关小出水门），对循出放空气，重新建立出水真空。

（2）轴封汽压力低：提 高压 力，关小轴加排汽 风机 进气门；冷空气会使转子收缩，负差胀增大。

 （3）水位高：排汽温度升高同时，凝水温度下降，过冷度增加。端差增大；水位﹥抽汽口高度、运行凝泵跳闸、管路堵、备用泵逆止门坏、 系统 主要气控调门失灵、钛管大漏：备用凝泵自启动，出口压力至零或升高，凝泵电流晃动或升高或下降至空载值；

 （4）真空系统漏空气： 管道 、法兰、焊口、人孔门、空气门、放水门、水位计、小机排汽蝶阀、向空排气薄膜、U形管水封；

 （5）空气抽出 设备故障 ：真空泵、泵入口空气逆止门阀芯落、阀门坏。

10.1 凝汽器真空急剧下降的原因和处理

 1．循环水中断 ： 循环水中断的故障可以从循环泵的工作情况判断。若循环泵电机电流和水泵出口压力到零，即可确认为循环泵跳闸，此时应立即启动备用循环泵。若强合跳闸泵，应检查泵是否倒转；若倒转，严禁强合，以免电机过载和断轴。如无备用泵，则应迅速将负荷降到零，打闸停机。 循环水泵出口压力、电机电流摆动，通常是循环水泵吸入口水位过低、网滤堵塞等所致，此时应尽快采取措施，提高水位或清降杂物。 如果循环水泵出口压力、电机电流大幅度降低，则可能是循环水泵本身故障引起。 如果循环泵在运行中出口误关，或备用泵出口门误门，造成循环水倒流，也会造成真空急剧下降。

 2．射水抽气器工作失常 ： 如果发现射水泵出口压力，电机电流同时到零，说明射水泵跳闸；如射水泵压力．电流下降，说明泵本身故障或水池水位过低。发生以上情况时，均应启动备用射水磁和射水抽气器，水位过低时应补水至正常水位。

3．满水 ：在短时间内满水，一般是凝汽器铜管泄漏严重，大量循环水进入汽侧或凝结水泵故障所致。处理方法是立即开大水位调节阀并启动备用凝结水泵。必要时可将凝结水排入地沟，直到水位恢复正常。 铜管泄漏还表现为凝结水硬度增加。这时应停止泄漏的凝汽器，严重时则要停机。 如果凝结水泵故障，可以从出口压力和电流来判断。

 4．轴封供汽中断 ： 如果轴封供汽压力到零或出现微负压，说明轴封供汽中断，其原因可能是轴封压力调整节器失灵，调节阀阀芯脱落或汽封系统进水。此时应开启轴封调节器的旁路阀门，检查除氧器是否满水(轴封供汽来自除氧器时)。如果满水，迅速降低其水位，倒换轴封的备用汽源。

10.2 凝汽器真空缓慢下降的原因和处理

     因为真空系统庞大，影响真空的因素较多，所以真空缓慢下降时，寻找原因比较困难，重点可以检查以下各项，并进行处理。

 1．循环水量不足 ： 循环水量不足表现在同一负荷下，凝汽器循环水进出口温差增大，其原因可能是进入杂物而堵塞。对于装有胶球清洗装置的一机组，应进行反冲洗。对于出口管有虹吸的机组，应检查虹吸是否破坏，其现象是：出口侧真空到零，同时入口压力增加。出现上述情况时，应使用循环水系统的辅助抽气器，恢复出口处的真空，必要时可增加进入凝汽器的循环水量。 凝汽器(凝汽器)出人口温差增加，还可能是由于循环水出口管积存空气或者是铜管结垢严重。此时应开启出口管放空气阀，排除空气或投入胶球清洗装置进行清洗，必要时在停机后用高压水进行冲洗。

2．凝汽器水位升高 ： 导致水位升高可能是凝结水泵入口汽化或者铜管破裂漏入循环水等。凝结水泵入口汽化可以通过凝结水泵电流的减小来判断，当确认是由于此原因造成水位升高时，应检查水泵入口侧兰盘根是否不严，漏入空气。铜管破裂可通过检验凝结水硬度加以判断。

 3．射水抽气器工作水温升高 ： 工作水温升高，使抽气室压力升高，降低了抽气器的效率。当发现水温升高时，应开启工业水补水，降低工作水温度。

 4．真空系统漏人空气 ： 真空系统是否漏入空气，可通过严密性试验来检查。此外，空气漏入真空系统，还表现为凝结水过冷度增加，并且端差增大。

10.3 凝汽器真空下降的危害：

 (1)使排汽压力升高,可用焓降减小,不经济,同时 机组 出力有所降低；

 (2)排汽 温度 升高,可能使铜管松弛,破坏严密性；

 (3)排汽温度升高,使排汽缸及 轴承 座受热膨胀,引起中心变化,产生振动；

 (4)汽轮机轴向位移增加,造成推力轴承过载而磨损；

 (5)真空下降使排汽的容积 流量 减小,对末级叶片的某一部位产生较大的激振力,有可能损坏叶片,造成 事故 .

 10.4凝汽器严密性差的主要原因及汽侧

 1 、汽轮机排气缸和凝汽器喉部连接法兰或焊缝处漏气。如采用套筒水封连接方式，喉部变形使填料移动，填料压得不紧，或封水量不足。

 2 、汽轮机端部轴封存在问题或工作不正常。

 3 、汽轮机低压缸接合面、表计接头等不严密。

 4 、有关阀门不严密或水封阀水量不足。

 5 、凝结水泵轴向密封不严密。

 6 、低压给水加热器汽侧空间不严密。

 7 、设备、管道破损或焊缝存在问题。

 凝汽器水侧

 1 、胀管管端泄漏。采用垫装法连接管子和管板时，填料部分密封性不好。

 2 、在管子进口端部发生冲蚀。

 3 、冷却管破损。

 10.5凝汽器端差 ：

 压力下的饱和温度与冷却水出口温度之差。对一定的凝汽器，端差的大小与冷却水入口温度、单位面积蒸汽负荷、铜管的表面洁净度，内的漏入空气量以及冷却水在管内的流速有关。一个清洁的凝汽器，在一定的循环水温度和循环水量及单位蒸汽负荷下就有一定的端差值指标，一般端差值指标是当循环水量增加，冷却水出口温度愈低，端差愈大，反之亦然；单位蒸汽负荷愈大，端差愈大，反之亦然。实际运行中，若端差值比端差指标值高得太多，则表明冷却表面铜管污脏，致使导热条件恶化。

凝汽器端差增加的原因

 1.铜管水侧或汽侧结垢；

2.汽侧漏入空气；

 3.冷却水管堵塞；

 4.冷却水量减少等

十一、凝汽器过冷度

     液体温度达到理论结晶温度时并不能进行结晶，而必须在它温度以下的某一温度（称为实际开始结晶温度）才开始结晶。在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象成为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。

 11.1凝汽器过冷度产生的原因 ：

     由于冷却水管管子外表面蒸汽分压力低于管束之间的蒸汽平均分压力，使蒸汽的凝结温度低于管束之间混合汽流的温度，从而产生过冷。

     由于凝汽器内存在汽阻，蒸汽从排汽口向下部流动时遇到阻力，造成下部蒸汽压力低于上部压力，下部凝结水温度较上部低，从而产生过冷。

 蒸汽被冷却成液滴时，在冷却水管间流动，受管内循环水冷却，因液滴的温度比冷却水管管壁温度高，凝结水降温从而低于其饱和温度，产生过冷。

     由于汽侧积有空气，空气分压力增大，蒸汽分压力相对降低，蒸汽仍在自己的分压力下凝结，使凝结水温度低于排汽温度，产生过冷。

     构造上存在缺陷，冷却水管束排列不合理，使凝结水在冷却水管外形成一层水膜，当水膜变厚下垂成水滴时，水滴的温度即水膜内、外层平均温度低于水膜外表面的饱和温度，从而产生过冷却。

     漏入空气多或抽气器工作不正常，空气不能及时被抽出，空气分压力增大，使过冷度增加。

     热水井水位高于正常范围，凝汽器部分铜管被淹没，使被淹没铜管中循环水带走一部分凝结水的热量而产生过冷却。

 循环水温度过低和循环水量过大，使凝结水被过度的冷却，过冷度增加。

 凝汽器铜管破裂，循环水漏入凝结水内，使凝结水温度降低，过冷度增加。 凝结水过冷度是衡量凝汽器运行经济性的重要指标，过冷度小，表示循环水带走的热量少，机组经济性好，反之过冷度大，循环水带走的热量多，机组经济性差。

 据资料介绍，过冷度每增加1，机组热耗率就上升0.02%

 十二、凝汽器水位升高的危害

 （1）水位升高，会使凝结水过冷却；

 （2）影响凝汽器的经济运行；

 （3）如果水位太高，将铜管（底部）淹没，将使整个冷却面积减少，严重时淹没空气管，使抽气器抽水，真空严重下降。

十三、 凝汽器运行状况好坏的标志

 （1）能否达到最有利真空；

 （2）能否保证凝结水的品质合格；

 （3）凝结水的过冷度能否保持最低。

 十四、凝汽器真空的形成：

   在启动过程中真空是由主、辅抽汽器将汽轮机和凝汽器内大量空气抽出而形成的。 在正常运行中，真空的形成是由于汽轮机排汽在凝汽器内骤然凝结成水时其比容急剧缩小而形成的。 

十五、凝汽器循环水出水温度升高的原因：

    进水温度升高，出水温度相应升高。汽轮机负荷增加。管板及铜管脏污堵塞。循环水量减少。循环水二次滤水网脏污、堵塞。排汽量增加。真空下降。

十六、 凝汽器循环水出水压力变化的原因有：

 循环水量变化或中断。出水管漏空气。虹吸井水位变化。循环水进出水门开度变化。循环水出水管空气门误开。循环水管内空气大量涌入凝汽器，虹吸破坏。热负荷大，出水温度过高，虹吸作用降低。铜管堵塞严重。

 十七、凝汽器规格型号技术参数：

 凝汽器型号

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