高壓加熱器疏水端差偏大原因分析及應(yīng)對策略

王繼偉,劉瑞梅

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司,黑龍江 哈爾濱 150046)

1 概 述

高壓加熱器是發(fā)電機組給水回熱系統(tǒng)的重要設(shè)備,是利用汽輪機抽汽加熱鍋爐(核島為蒸汽發(fā)生器)給水的重要裝置,可以提高鍋爐給水溫度,降低機組能耗,從而提高機組熱效率,保證機組安全、高效運行。汽輪機回熱系統(tǒng)見圖1所示。

衡量高壓加熱器性能參數(shù)主要有給水溫升、給水端差、疏水端差及管、殼程介質(zhì)壓降等,其中疏水端差(又稱下端差)是指離開加熱器殼側(cè)的疏水溫度與進入管側(cè)的給水溫度之差。以臥式高壓加熱器為例,目前國內(nèi)生產(chǎn)的300 MW～1000 MW發(fā)電機組,在汽輪機熱平衡圖中高壓加熱器設(shè)計疏水端差均為5.6℃,國內(nèi)某些已投運的高壓加熱器,實際運行時的疏水端差較設(shè)計端差偏大。臥式高壓加熱器結(jié)構(gòu)簡圖見圖2。

圖1 汽輪機回熱系統(tǒng)示意圖

圖2 臥式高壓加熱器結(jié)構(gòu)簡圖

2 疏水端差偏大的危害

高壓加熱器的疏水是由高壓到低壓逐級自流的,本級高壓加熱器的疏水將影響下一級設(shè)備的熱交換狀態(tài)及效率,如果在高壓加熱器系統(tǒng)中,某一級高壓加熱器疏水端差偏高,將會導致汽輪機回熱疏水端差量的再分配,從而使得汽輪機通流系統(tǒng)各級負荷重新分配,引起換熱面推力的變化,同時汽輪機各運行參數(shù)偏離了設(shè)計值,造成了汽輪機內(nèi)效率下降,發(fā)電機組汽耗、煤耗均會增加,導致機組熱效率降低,直接影響機組經(jīng)濟性;同時,因汽輪機回熱系統(tǒng)內(nèi)汽量重新分配,導致高壓加熱器系統(tǒng)內(nèi)各級設(shè)備運行工況參數(shù)均偏離設(shè)計參數(shù),長期運行,將會影響機組安全性。

3 疏水端差偏大的原因

3.1 從設(shè)計角度分析,換熱面積設(shè)計不合理,可導致疏水端差偏大。若高壓加熱器總換熱面積偏小,導致本級高壓加熱器給水出口溫度降低,即:進入下級高壓加熱器給水溫度降低,如下級高壓加熱器疏水出口溫度不變,則導致該高壓加熱器疏水端差偏大;若高壓加熱器總換熱面積滿足設(shè)計要求,但疏水冷卻段換熱面積布置偏小,則使高壓加熱器內(nèi)蒸汽凝結(jié)后的飽和水未經(jīng)充分冷卻即排出設(shè)備,疏水溫度升高,本級高壓加熱器疏水端差偏大。

3.2 從制造角度分析,蒸汽入口套管與過熱段包殼板、過熱段包殼板與隔板、疏水段包殼板與隔板等連接部位焊接接頭有漏焊或焊接缺陷,造成蒸汽或疏水發(fā)生局部泄漏,疏水流動短路亦可造成疏水端差偏大。經(jīng)多次現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn),以疏水段焊接接頭的漏焊或開裂缺陷對疏水端差數(shù)值的影響尤為顯著。

3.3 從運行角度分析,系統(tǒng)運行參數(shù)、系統(tǒng)內(nèi)控制儀表附件以及操作人員素質(zhì)等因素均可影響疏水端差數(shù)值,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)壓力表、溫度計、液位計等系統(tǒng)儀表精度等級偏低或顯示不準確;高壓加熱器系統(tǒng)內(nèi)閥門密封不嚴,例如:危急疏水調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)泄漏;正常疏水調(diào)節(jié)閥動作不靈敏,發(fā)生銹蝕等現(xiàn)象。

(2)水室內(nèi)部的分程隔板、水室包殼板或管子與管板連接處出現(xiàn)泄漏,造成給水短路。

(3)高壓加熱器處于高水位運行,造成凝結(jié)水淹沒部分換熱管,無效換熱面積增加,換熱效率降低;高壓加熱器處于低水位運行,導致疏水冷卻段進水口露出水面,“虹吸作用”喪失,飽和蒸汽與飽和水同時進入疏水冷卻段,最終由疏水出口進入疏水管道,造成汽液兩相流體,會沖蝕設(shè)備及管道,不但破壞高壓加熱器系統(tǒng)換熱平衡,增大疏水端差,嚴重時會造成疏水管道減薄和振動,危害機組運行安全。

(4)汽輪機組及回熱系統(tǒng)內(nèi)其他換熱設(shè)備未正常運行,造成高壓加熱器系統(tǒng)運行參數(shù)偏離設(shè)計值過大。

4 應(yīng)對策略

4.1 在高壓加熱器設(shè)計階段,根據(jù)汽輪機熱平衡圖進行精確計算,適當增加換熱面積,合理選取高壓加熱器總換熱面積,科學計算與布置各段(過熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段)換熱面積,滿足高壓加熱器給水溫升、給水端差、疏水端差和各段壓力損失等性能要求,從而提高機組運行效率。

4.2 在高壓加熱器制造階段,嚴格控制重點部位和重要部件的加工精度及焊接質(zhì)量,并按相關(guān)標準要求進行無損檢測。

4.3 在高壓加熱器安裝、使用、檢修階段,需進行如下工作:

在設(shè)備投運初期:依據(jù)高壓加熱器設(shè)計部門提供的水位控制圖標注的水位,對各臺高壓加熱器單獨進行水位調(diào)整試驗,以確定該臺高壓加熱器的合理運行水位——正常水位及各個高、低報警、保護水位高度。

(1)試驗原因:盡管高壓加熱器在制造完工出廠前都表明正常水位位置,但是水位取樣的上下接口處在不同的位置,在伯努利動量效應(yīng)作用下,不同的流速會產(chǎn)生不同的靜壓,使上下取樣口之間產(chǎn)生一個靜壓差,儀表顯示的水位高于設(shè)備內(nèi)部的真實水位。由于設(shè)備內(nèi)部各處介質(zhì)流速無法精確計算,因此,只能通過投運后進行水位調(diào)整試驗,確定合理的運行水位。

(2)確定原則:在水位調(diào)整試驗過程中,要使給水出口溫度基本不降低,將水位提高至一定高度后,監(jiān)測并記錄疏水端差的變化情況。

(3)試驗過程:試驗期間保持機組在設(shè)計工況下運行,負荷基本不變。試驗全過程需汽機運行、熱工控制及其他專業(yè)相關(guān)人參與,由專人統(tǒng)一指揮調(diào)度,同時解除高壓加熱器自動水位監(jiān)控系統(tǒng),由人工監(jiān)控高壓加熱器運行。專人負責記錄給水進出口溫度、疏水出口溫度、進汽壓力、疏水調(diào)節(jié)閥開度及水位計讀數(shù)等各項參數(shù)。

試驗開始后,首先將正常疏水調(diào)節(jié)閥開度緩慢關(guān)小,水位緩慢升高,每次升高水位20～30 mm,然后保持穩(wěn)定約15 min,按要求記錄各項運行參數(shù)。試驗需分若干次操作并記錄,直至該臺高壓加熱器的給水出口溫度開始呈現(xiàn)下降趨勢時為止,即該水位已開始淹沒部分凝結(jié)段換熱管,此時應(yīng)結(jié)束調(diào)試并恢復(fù)正常運行。因此時水位接近于高水位,故不會危急高壓加熱器安全。

4.4 在設(shè)備運行期間,需加強對儀表、設(shè)備等使用情況的檢測。

(1)檢查壓力表、溫度計、液位計等系統(tǒng)儀表準確性及靈敏度,對有問題設(shè)備進行校正或更換。

(2)檢查給水入口三通閥、出口閘閥、疏水調(diào)節(jié)閥、危急疏水調(diào)節(jié)閥等系統(tǒng)所有閥門的靈敏度,銹蝕程度及密封性。若存在缺陷,需及時檢修改進,確保高壓加熱器系統(tǒng)無漏流短路。

(3)排除系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備因素的影響后,可按照常規(guī)的熱態(tài)試驗內(nèi)容,對高壓加熱器進行水位調(diào)節(jié)試驗。試驗按高壓加熱器疏水端差由大到小的順序逐步進行。經(jīng)過水位調(diào)整試驗后,若疏水端差減小,則可以適當提高正常水位位置,具體位置根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定,必要時可請高壓加熱器設(shè)計單位協(xié)助確定最佳水位。

(4)水位調(diào)整試驗結(jié)束后,應(yīng)及時按操作規(guī)程要求,恢復(fù)高壓加熱器系統(tǒng)的正常運行。

4.5 設(shè)備檢修期間,應(yīng)打開水室人孔,檢查水室內(nèi)分程隔板的密封性,檢查水室內(nèi)包殼板是否有焊縫開裂及分程隔板變形等缺陷,如發(fā)現(xiàn)有缺陷應(yīng)及時進行修復(fù)。同時,按相關(guān)規(guī)程要求檢修管端泄漏。如有必要,可采用內(nèi)窺鏡進行目視檢查。

5 結(jié)束語

針對高壓加熱器疏水端差偏大的影響因素,建議各設(shè)計、制造單位及發(fā)電企業(yè)應(yīng)從高壓加熱器本體、高壓加熱器系統(tǒng)和運行維護各方面進行嚴格管理,加強檢查與維護的力度,從而提高機組的經(jīng)濟效益。

[1]蔡錫琮.高壓給水加熱器[M].北京:水利電力出版社.1995.

[2]美國熱交換器協(xié)會HEI給水加熱器標準[S].

[3]中國動力工程學會.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社.2004.