直接空冷机组真空容积非常庞大，排汽压力普遍比湿冷机组高约10～20kPa。尤其在夏季，排汽压力会因环境温度的持续升高而变得不稳定，成为制约直接空冷机组正常带满负荷运行的重要因素，对机组的安全稳定运行、经济性产生巨大的影响。在高负荷下保持机组正常排汽压力主要是由蒸汽冷凝器实现的，而非真空泵。但是，夏季水环真空泵工作特性的改变将直接导致直接空冷系统的排汽压力的变化。在湿冷机组中，水环真空泵的工作状况在全年变化不明显，但在直接空冷机组中，真空泵出力对排汽压力有明显影响。真空泵的出力随着排汽压力的大幅变化而变化。直接空冷机组在调试、启动和运行方面与传统的湿冷机组有所不同。随着直接空冷机组的陆续投产,应合理地应用空冷系统的特性，改进调试和试验方案，加强运行、维护以及节能降耗等优化措施。
1夏季排汽压力波动的技术分析
1.1波动的规律
在夏季，直接空冷机组的排汽压力每天有规律地呈大波浪形的摆动，大致可分为3个时间段：
(1) 6∶00～11∶00，排汽压力开始随着环境温度的升高而上升。
(2) 11∶00～17∶00，机组的排汽压力呈小波浪式摆动，尤其当环境温度大于29℃，排汽压力大于30kPa时，排汽压力波动幅度为1～4kPa。
(3) 17∶00～次日6∶00，排汽压力随环境温度的降低而降至最小。
1.2引起排气压力有规律波动的原因
引起排气压力呈现规律波动的因素有：环境温度的周期性变化；负荷规律性变化；环境风向的变化；设备出力的变化。
首先，在机组负荷稳定的前提下，由于ACC风机在正常运行中处于自动控制，全天候的温度呈有规律的变化，因而使排气压力的控制也呈周期性的变化。但从机组的试运行中发现，由于排汽压力设定值小于运行排汽压力，夏季空冷风机运转频率基本都稳定在满负荷(50Hz)，变频风机很少参与调整；当排汽压力在上午11时后由于环境温度的上升而开始上升时，排汽压力开始呈现短时间的小幅度摆动，波动幅度在1～4kPa之间。经现场实际测试和检查分析,
即从减少机组负荷到调整真空泵的冷却水温度和节流真空泵入口阀门的试验看，确认引起排气压力变化的主要原因并不是环境温度或空冷风机本身的问题, 而是真空泵及其冷却系统偏离设计工况,真空泵密封水冷却水的温度过高,
超过饱和而汽化, 严重影响了真空泵的抽真空能力，致使空冷器内不凝结气体不能及时被抽走, 背压开始波动。如果长时间运行在汽化工况下，真空泵叶轮将遭严重损坏。
一般真空泵的设计运行参数的条件是：①水温为15℃；②空气温度为20℃；③气体相对湿度为70%；④大气压力为0.1013MPa；⑤抽气量偏差不超过±10%。
以上参数基本适合于湿冷机组的运行。但是对于直接空冷机组，由于排汽压力的变化范围大，高背压、高排汽温度，相对高的抽气温度，使真空泵的工作条件变得不稳定，如某厂300MW直接空冷机组试验数据列于表1。在夏季中午，当负荷为289MW，风机转动频率为50Hz，排汽压力约为-55kPa，相应的饱和蒸汽温度为71℃,排汽温度约为72℃，抽气温度高达66～67℃，而此时的真空泵入口实际压力为-72～-75kPa，相应的饱和蒸汽温度为51.03～55.3℃,比相应的真空泵抽气口的压力下的饱和蒸汽温度高8～11℃；如果不采取措施，排汽压力将在-53～-56kPa范围内波动，
如果采用节流真空泵入口阀门开度或强制更换真空泵内的密封冷却水，则排汽压力基本可稳定在一固定的值上，波动幅度减小。 实际测试表明强制换水效果明显，波动范围可减小到1.5kPa以内。由此可以得知，在其他条件不变的情况下，真空泵的密封冷却水温度是制约水环真空泵性能的主要因素。
表1某厂300MW直接空冷机组试验数据
负荷
/MW
风机
频率
/Hz
环境
温度
t1/t2/t3
/℃
排气
压力
（排汽压
力波动
范围)
/kPa
真空泵
入口
压力
/kPa
真空泵
入口真
空对应
的饱和
水温度
/℃
真空泵
入口汽
温/℃
入口汽
温对应
的真空
/kPa
真空泵
入口密
封水温
/℃
真空泵
出口密
封水温
/℃
No1凝
左/右/
抽气
压力
/kPa
No2凝
左/右/
抽气
压力
/kPa
No3凝
左/右/
抽气
压力
/kPa
No4凝
左/右/
抽气
压力
/kPa
No5凝
左/右/
抽气
压力
/kPa
No6凝
左/右/
抽气
压力
/kPa
冷却
换水前
289.4
50
36/35/
33
-55/
（-53～
-56）
-72
55.30
67
-61
32
50
71.7/
71.9/
69.2
71.5/
71.9/
66.5
71.9/
71.7/
69.2
71.5/
71.9/
68.9
71.9/
71.7/
68.4
71.6/
71.4/
68.5
节流真
空泵入
口门
（未换水）
303.9
50
30.4
/30.1
/28.9
-58.5/
（-57～
-59）
-75
51.03
60
-68
35
55
69.1/
69.2/
65.9
68.8/
69.3/
62.8
69.2/
69.2/
66
68.8/
69.2/
65.5
68.9/
69.1/
65.4
69.1/
68.7/
65.4
节流真
空泵入
口门
（未换水）
289.9
50
30.5
/30.3
/37.0
-57/
（-56～
-57.5）
-74
52.55
63
-65
36
56
70/
70/
66.9
70/
70/
64.5
70.5/
70.5/
66.5
70.2/
70.6/
66.1
70.2/
70.5/
65.6
70.5/
70.1/
65.7
开启节流
真空泵
入口门,
加强冷
却水换水
289.0
50
34.9
/33.4
/33.3
-55.1/
（-54～
-55.5）
-72
55.30
66
-62
32
46
71.7/
72/
68.2
71.5/
71.9/
66.1
71.9/
71.9/
68.2
71.5/
71.9/
68.8
71.5/
71.7/
67.4
71.5/
71.9/
68.8
1.3影响真空泵工作的因素
当水环真空泵叶轮在原动机带动下旋转时，工质在叶片的推动下作圆周运动，由于离心力的作用，将水甩向外径形成一个贴在圆柱体内表面的水环。由于叶轮与壳体是偏心的，水环的内表面也就与叶轮偏心。壳体内的水形成了一个与圆柱壳体同心的圆筒形水环，其结果是由水环内表面、叶片表面、轮毂表面和壳体的两个端面围成了许多互不相通的小空间。由于叶轮与水环是偏心的，所以处于不同位置的小空间，其容积是不同的。也就是说，对于某一指定的小空间，随着叶轮的转动，它的容积也是不断由小变大，再由大变小。真空泵工作原理示意图如图1所示。
图1真空泵工作原理示意图
在小空间由小变大的区段，壳体端面开有吸气口，使之与吸气管相通，于是气体不断被吸入；在小空间由大变小的大部分区段，使它密封，这样吸进来的气体随着小空间容积的缩小而被压缩。当小空间的容积减小到一定程度，也即气体被压缩到一定程度时，它从壳体侧面的开口处与排气管相通，排出已被压缩的气体。在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气的过程，从而达到连续抽气的目的。由于水环式真空泵是利用水作为工质进行工作的，所以泵体内的水温决定了各小室内空间在旋转过程中所能达到的真空。也就是说，最高真空是由水的汽化压力所决定的，而水的汽化压力就是当时当地水温下的饱和蒸汽压力。因此，作为工质的水应当及时予以冷却，使其尽可能地保持能够达到的最低温度。目前水环真空泵的补水系统的功能仍延续湿冷机组的布局，分别由除盐水系统和凝结水系统实现。
由于真空泵的设计与制造都是基本按照湿冷机组进行优化和选型的，而且效率都不超过50％。所以在直接空冷系统中，由于排汽压力在夏季持续高温的影响下，水环真空泵抽气口的入口温度经常高达65～70℃，泵入口抽汽压力比排汽压力低10～20kPa，远远超过泵的最大允许入口工作温度；泵密封水的换热设备只能满足湿冷和直接空冷机组在设计范围内运行，遇到泵的入口温度大于设计温度时，密封水冷却器就不能满足水环真空泵正常工作的水温，泵的工作状况不稳定，进而汽化，直接导致排汽压力波动；如果真空泵补水系统中的凝结水阀门关闭不严，直接空冷系统中的高温凝结水将源源不断的流入真空泵的汽水分离器，汽水分离器的水温和水位就上涨，使真空泵运行状况进一步恶化；水环真空泵入口吸入压力的降低和吸入温度的上升，会促使形成水环真空泵汽化，对水环真空泵的叶轮造成严重汽蚀，使真空泵效率进一步减低。如果此时由于系统某处真空泄漏或ACC系统本身不严密，排汽压力则会在比较大的范围内波动，不但影响机组的经济性，而且更威胁机组的正常安全运行。
2解决方案
(1) 在直接空冷机组的逆流区抽气管道上安装优质的滤汽阀，该阀根据抽气温度自动调整抽气量，只允许不凝结气体和少量的蒸汽被抽出，抽出的汽气混合物温度可以满足真空泵的要求。但滤汽阀的调整比较繁琐，而且控制不太稳定。
(2) 加强凝结水补水系统的严密性或直接由除盐水补水，去掉凝结水补水系统。
(3) 增加密封冷却水系统的换热器的数量或改进成高效的换热器组，并加大密封冷却水的循环流量，可以在密封冷却水系统加装强制循环泵。
(4) 加强真空系统的检漏工作，尽量减少真空系统的漏空，降低真空值。
3结论
一般情况下，在真空接近机组经济真空时，真空每提高约1%，热耗须减少1%。这对于机组的经济运行有利。此3种解决方案在现场已经有了比较好的试验结果，可以将直接空冷系统的真空波动减小到1～2kPa，但操作较麻烦，不利于长时间运行。由于真空泵工作水的温度偏高，真空泵效率仍然较低，偏离设计工况；而且直接空冷系统运行背压变化范围大，机组出力受环境温度等因素的影响，容易忽视真空泵系统对机组排汽压力的影响，所以在今后的设计、选型、调试、运行中应引起高度重视。
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