多点汇合式取样在提高凝汽器真空度测量准确性中的应用
介绍了凝汽器真空度测量系统取样管在设计和施工中存在的一些问题，以四川广安发电有限责任公司600MW机组真空度测量为例，论证了采用多点汇合式取样改造方案的可行性，以提高凝汽器真空度测量准确性。方案实施后，凝汽器测量的准确性得到了提高，方便了运行人员对机组效率的调整，取得了良好的效果。
引言
在凝汽式汽轮机组中，凝汽器是非常重要的设备，它是火力发电厂中实现朗肯循环最基本的设备之一。它的工作性能直接影响整个汽轮机组的安全性、可靠性和经济性。凝汽器真空度是汽轮机运行的重要指标，也是凝汽器综合性能的一项主要考核指标，它对机组安全稳定运行、节能降耗有着重要的意义。因此，凝汽器真空度测量的准确与可靠，就显得尤为重要。
1、取样存在的问题
1.1、常见的问题
由于凝汽器真空度不同于常见的一般压力，其测量取样方法也有其特殊性，测压点和取样管路的设计和施工不能等同于常见的压力测量系统。由于凝汽器是密闭的容器，设计人员在凝汽器真空度测量系统设计时，可能会因考虑不周，设计不够细致而出现设计不完全合理的现象。有的安装和施工人员可能会认为，在密闭容器内部，质量检验难以发现问题，甚至存在测量仪器只要插入凝汽器内就能测量真空度的侥幸心理，以至于发生不按设计施工、偷工减料的现象，其中，测点安装不到位、取样管路长距离水平布置、测量仪表安装分布不合理等现象尤为明显。这些设计和施工中存在的问题，会直接影响凝汽器真空度测量的准确性，而凝汽器真空度在汽轮机危急遮断系统(ETS)保护和旁路控制系统(BPS)保护中，是至关重要的条件，特别是在表征凝汽器综合性能和节能降耗方面，其准确性要求更高。下面以四川广安发电有限责任公司600MW机组真空度测量为实例，详细分析凝汽器真空度测量中存在的具体问题。
1.2、典型案例分析
四川广安发电有限责任公司三期2×600MW机组采用东方汽轮机厂生产的N600-16.7/538型亚临界、中间再热、凝汽式汽轮机。在168h满负荷试运行中，常出现凝汽器真空度测量值偏低的现象，而排汽温度和凝结水温度未见明显变化，即凝汽器过冷度未增加，凝汽器端差也无明显变化。
针对这种现象，首先对真空泵进行运行泵和备用泵切换，未发现原运行真空泵系统有异常现象。然后分别检查了循环水流量和进出水压力、轴封系统工作压力及状况、凝汽器水位、凝汽器放水阀、真空破坏阀、低压旁路阀等与凝汽器真空度相关的阀门，尽量排除循环水量不足、凝汽器水位过高以及阀门体内漏或破裂对凝汽器真空度的影响。接下来维护人员对凝汽器真空度测量系统的真空变送器进行校验，未见异常。于是，笔者怀疑可能是轴封系统工作异常或与凝汽器真空度的相关阀体内漏所致，待停机后进一步检查处理。机组停运后，进入凝汽器检查真空度测量系统取样管路和测压点，发现在设计和施工方面，存在偷工减料、敷衍了事、不遵守相关规范的现象。其凝汽器测量系统取样管施工情况如图1所示。由图1可知，凝汽器真空度测量取样点在凝汽器中上部，2根取样管从凝汽器内部引出后，经一次阀、二次阀后分别供给变送器、真空表、真空开关等测量仪表，虽然测量取样管路少且简单，施工方便，但明显存在取样点位置未在饱和蒸汽区、取样管路易积水、量仪表分布不利于监视保护动作等问题，这些问题会严重影响真空度测量的准确性，从而影响机组运行的经济性。
图1 2×600MW机组原A/B凝汽器真空度测量系统取样管安装示意图
在图1、图2中:PT为真空变送器，供分散控制系统(DCS)画面显示；PA为真空表，供就地显示；PS1/PS2/PS3为开关，>-79.7kPa，3取2块关低压旁路；PS4为开关，>-86.5kPa，辅盘光字牌报警；PS5为开关，>-86.5kPa，真空度低ETS动作选通；PS6/PS7/PS8为开关，>-74.7kPa，3取2ETS动作。
2、多点汇合式取样方案
2.1、方案的制订
针对四川广安发电有限责任公司600MW机组凝汽器真空度测量系统存在的取样点位置未在饱和蒸汽区、取样管路易积水、测量仪表分布不合理等问题，在凝汽器真空度测量系统取样改造方案制订时，着重从以下3个方面入手。
2.1.1、规范安装取样点
凝汽器真空度测量取样点应在凝汽器的喉部，刚好处于机组排汽的饱和蒸汽区，不要因为施工麻烦，把取样点随便安放在凝汽器内，这样会严重影响凝汽器真空度测量的准确性(如图2所示)。规范的设计和施工应为:在凝汽器的上部安装支架，把取样点固定在凝汽器喉部，以保证测量位置的准确性，从而避免出现真空度测量值偏低和凝汽器水位影响的问题。
2.1.2、加装疏水装置
由于凝汽器测量取样点在饱和蒸汽区，真空中带水严重，若取样管路中无疏水装置，易出现取样管路中积水的现象。真空取样管路集水后，当集水较多时，由于水的张力和水与管壁摩擦力的影响，使得真空度测量产生很大的误差。由于取样管路向上倾斜，水在管路中形成的水柱有一向下的重力，故往往会出现测量值比实际值大的现象。当机组真空度实际降低时，由于测量值偏大，会导致机组在高背压下运行，造成运行人员误判断和保护的拒动。
因此，在凝汽器外取样管引出点处加装疏水装置，排水管末端插入凝汽器内的底部，以防止取样管路积水对测量结果造成影响。
2.1.3、优化仪表分布
在取样管路上安装的热工测量仪表，集中布了报警和保护动作开关，真空表和变送器布置在另一管路上，保护开关取样管路上无数值监视仪表，在保护开关取样管路泄漏时，由于监视不力而未得到及时处理，会导致保护误动或拒动，进而引起汽机跳闸等严重后果。另外，由于保护开关同在一条取样管路上，单一开关需要日常维护和校定，拆装时存在相互影响的问题，不利于维护和检修工作的开展。
为了使测量仪表合理布置，增加取样输出管路，把汽轮机危急跳闸系统(ETS)跳闸保护和快关旁路的各3个开关分开，布置在不同的输出管路上，真空变送器和汽轮机危急跳闸系统(ETS)动作选通开关并用1根取样输出管路，方案设计如图2所示。这样，既方便运行人员对重要保护的监视，也有利于维护和检修。
2.2、多点汇合式取样实施
四川广安发电有限责任公司凝汽器真空度测量改造方案制订中，充分考虑了上述3个方面的问题，消除了凝汽器真空度测量常出现的测量值偏低的现象。为了进一步提高凝汽器真空度测量的准确性，在现有改造方案的基础上，充分考虑凝汽器自身的特点，采用多点汇合式取样，是非常行之有效的方法。多点汇合式取样是在真空度测量取样点(凝汽器喉部)同一水平面上布置多个测点，通过取样管路引出到凝汽器外加装的汇合筒中汇合，再经过取样管路从汇合筒中引出真空系统，开关、变送器和真空表安装在汇合筒引出的取样管路上。在四川广安发电有限责任公司600MW机组改造中采用了该方案，设计和施工如图2所示。
为了提高凝汽器真空度测量的准确性，除了正确设计取样点外，还采用了多点汇合式取样方案，该方案是在凝汽器喉部的4个角及其同一水平面上分别安装1个测压头，它通过取样管下降段、三通管及其取样管引出点，再经球阀后，汇入汇合筒。在汇合筒内，多个取样点实现了真空度汇合，从汇合筒中引出真空至热工测量仪表。在该改造方案中，设计、修正了凝汽器真空度测量因取样点位置不准确而产生的误差，提高了凝汽器真空度测量的准确性。另外，该方案还包括在凝汽器内加装的三通管和下降管，以达到排放凝汽器内部取样管路疏水的目的，在汇合筒上安装的排水阀和排水管组成的疏水装置，能够收集和排放凝汽器外部取样管路中形成的疏水，从而避免了真空度取样管路积水对真空度测量的影响。
图2 2×600MW机组A/B凝汽器真空度测量取样设计和施工改造后示意图
3、应用效果
采用多点汇合式取样设计方案，分别对2台600MW机组凝汽器真空度测量取样装置进行了改造，通过改造，凝汽器真空度测量的准确性有了很大改善，真空度有了明显的提高，凝汽器真空度与凝汽器过冷度和凝汽器端差对应关系一致，方便了运行人员对机组效率的调整。真空取样管路设计施工合理，不再出现取样管路积水现象，真空度测量仪表布置合理，方便运行人员对真空度测量系统及保护进行监控，达到了预期的效果。改造后凝汽器真空度测量值及对应参数见表1。
表1 #6机组真空度测量改造后A/B凝汽器真空度及对应参数
4、注意事项
采用多点汇合式取样方案，以提高凝汽器真空度测量的准确性。由于增设了部分取样管路和疏水装置，也相应增加了设计上的要求和施工中的难度。因此，在设计和施工过程中，应注意如下7个方面的问题。
(1)测压头应使用细网状的不锈钢笼子罩住，以减少饱和蒸汽中所带水粒进入凝汽器喉部的真空取样管内。
(2)增大凝汽器喉部真空取样管的管径，使取样管下降段到汇合筒之间的管路直径≥25.4mm，一次门选用通径>15mm的球阀，取样管从凝汽器引出方向与凝汽器的垂直面呈45°角，以避免取样管路中积水。
(3)汇合筒引出的一次门后取样管应倾斜向上，不允许向下倾斜或长距离水平布置，管路长度≤100m，管径应≥16mm，最好选用不锈钢管，以防止取样管路中积水。
(4)应保证焊口质量，避免焊口处漏气或通径减小而出现缺陷，确保取样管整体无损伤。
(5)测量真空度的指示仪表或变送器应设置在高于取源点的地方。汇合筒的排水管应插入凝汽器内，并且排水管出口应接近凝汽器底部。
(6)施工结束后，应进行真空度管路严密性试验，用0.10～0.15MPa压缩空气进行试验，15min内压力降低值不应大于试验压力的3%。
(7)启机前，应对汇合筒进行排水。另外，严禁在凝汽器注水后安装真空表和变送器，凝汽器注水找漏后，应在机组抽真空时拆开仪表或变送器的接头，把取样管内的水抽回到凝汽器。
5、结论
在凝汽器真空度测量中，采用多点汇合式取样方案，设计合理，能消除取样点单一或某一点异常时造成的测量误差，避免保护误动或拒动带来的严重后果。在现场应用中，有利于提高凝汽器真空度测量的准确性和可靠性，对机组安全稳定运行、节能降耗有着非常重大的意义，在火电厂凝汽器真空度测量中，多点汇合式取样方案可供其他同类项目改造时参考和借鉴。
