直接空冷系統(tǒng)發(fā)生冰凍的原因分析和對策

焦東新

（大同煤礦集團同達熱電有限公司，山西 大同037001）

1 直接空冷系統(tǒng)冰凍的原因

1.1 熱源和冷源不匹配

空冷島發(fā)生冰凍源于熱源和冷源的較量，理論上講，進入空冷島的蒸汽攜帶的熱量只要能使蒸汽和凝結水通過的金屬管道壁溫不低于0 ℃，蒸汽或凝結水就不會在金屬表面結冰。如果進入空冷島的熱量不足，難以保證散熱器管束和凝結水管道金屬溫度保持0 ℃以上，那么凝結水在此金屬表面上就要結冰，從而嚴重損壞散熱器管束、凝結水和進汽管道，產(chǎn)生裂紋變形。

空冷系統(tǒng)進汽攜帶熱量的多少，與蒸汽流量和蒸汽溫度有關。空冷系統(tǒng)散熱器的冷源與環(huán)境溫度、風速、風機轉速有關，環(huán)境溫度是影響冷源的主要因素。

發(fā)生冰凍主要是冷源和熱源不匹配造成的。熱電廠冬季空冷防凍主要矛盾是在用戶需要逐漸增加供熱量抽汽量的同時，空冷系統(tǒng)也需要一定的排汽量保證正常運行。在機組負荷穩(wěn)定的情況下，對外供熱量增大，空冷系統(tǒng)的進汽量就減少，將導致空冷系統(tǒng)防凍更加困難。

1.2 設備缺陷

1.2.1 進汽蝶閥不嚴是造成空冷系統(tǒng)結冰的主要原因

空冷系統(tǒng)正常運行中，其風機轉速和各排進汽蝶閥開關全部自動控制，當進汽量偏低時，控制邏輯根據(jù)“真空設定值”和“實際真空值”偏差大小發(fā)出關閉某街區(qū)進汽蝶閥的指令，該進汽蝶閥關閉后，如果不嚴有漏量，由于漏入汽量小，但散熱器冷卻能力強，將導致冷源能量遠遠大于熱源能量，發(fā)生結冰現(xiàn)象。所以，空冷系統(tǒng)閥門的嚴密性是空冷防凍關鍵所在。

1.2.2 空冷系統(tǒng)不嚴漏入空氣

當空冷系統(tǒng)有漏點時，由于漏入冷空氣使該處溫度下降，凝結水過冷度增加，易發(fā)生凍結。例如：同煤大唐熱電#1機#1排左側凝結水母管有3 道焊口有裂紋，在汽缸排汽溫度60 ℃時，左側凝結水溫度只有10 ℃，處理裂紋后，凝結水溫度升至58 ℃。所以，空冷系統(tǒng)的嚴密性是空冷防凍的另一個重要因素。

2 防止冰凍措施

2.1 熱源側采取的措施

廠家最初防凍邏輯設計如下：

（1）順流保護動作過程：排汽溫度與凝結水溫差小于8℃，風機轉速恢復正常邏輯控制。

工況一條件：此時逆流保護未動作，順流達保護動作條件；逆流風機保持當時轉速，順流風機轉速下降。

工況二條件：逆流保護已動作，順流保護也動作；當15 ℃＜排汽溫度與凝結水溫差＜18 ℃時，逆流風機轉速下降，順流風機轉速保持；當溫差＞18 ℃時，逆流風機轉速下降，順流風機轉速也下降。

（2）逆流保護動作過程：排汽溫度與空氣管溫差小于10 ℃，風機轉速恢復正常邏輯控制。

工況一條件：順流保護未動作，逆流保護動作；順流風機保持當時轉速，逆流風機轉速下降。

工況二條件：順流保護已動作，逆流保護也動作；當15 ℃＜排汽溫度與空氣管溫差＜18 ℃時，順流風機轉速下降，逆流風機轉速保持；當溫差＞18 ℃時，順流風機轉速下降，逆流風機轉速也下降。

（3）#1、#3街區(qū)進汽蝶閥、凝結水、抽空氣管電動門聯(lián)鎖動作：1）當進汽蝶閥關閉后，20min后聯(lián)關凝結水門；2）當指令需要投備用街區(qū)時，先開凝結水門，后開進汽蝶閥；3）空氣管電動門無聯(lián)鎖功能，保持開位。

該設計思路是設備最完善、不存在缺陷情況下的邏輯控制。但在實際運行中，發(fā)現(xiàn)廠家原邏輯無法滿足空冷系統(tǒng)有泄漏時的正常運行，通過觀察發(fā)現(xiàn)，該邏輯控制過程存在許多問題。例如：排汽溫度65 ℃時，如凝結水溫45 ℃，防凍保護動作，直至風機停運。但凝結水45 ℃還不會產(chǎn)生冰凍，此時若防凍保護動作，會導致真空下降，影響機組負荷，熱電廠負荷下降會直接影響對外供熱。所以根據(jù)運行經(jīng)驗，對空冷冬季的防凍保護邏輯進行了修改，修改后邏輯保護如下：

（1）順流保護修改：1）凝結水溫度任一＜40℃時，報警；同時環(huán)境溫度＜3 ℃，順流保護動作。2）環(huán)境溫度＞5 ℃或凝結水溫度＞45 ℃，順流保護退出。3）當凝結水溫度之一＜40 ℃時，如果逆流風機已經(jīng)保護（逆流風機正在降速），則順流風機保持當前轉速；溫度再下降＜35 ℃時，順流風機開始降速，而逆流風機則繼續(xù)降速。

（2）逆流保護修改：1）空氣管溫度＜35℃，報警；同時環(huán)境溫度＜3 ℃時，逆流保護動作。2）環(huán)境溫度＞5 ℃或空氣管溫度＞40℃，保護退出。3）當空氣管溫度＜35℃時，如果順流已經(jīng)保護（順流風機正在降速），則逆流風機維持當前轉速；當空氣管溫度＜30 ℃時，逆流風機開始降速，而順流風機繼續(xù)降速。4）凝結水電動門和空氣管電動門取消聯(lián)鎖功能，備用狀態(tài)也保持全開，防止進汽蝶閥不嚴，產(chǎn)生的凝結水無法回至凝結水箱，使凝結水在水管內(nèi)發(fā)生凍結。

2.2 冷源側采取的措施

（1）散熱器外部蓋保溫被。散熱器在冬季運行時，發(fā)現(xiàn)個別管束溫度低，該管束可能是通流能力差、流量小或有漏空氣的地方，這時需將該管束與其周圍幾根管束包蓋保溫被，用正常溫度管束的熱量加熱溫度偏低管束，保證溫度偏低管束冬季不凍結。如是備用街區(qū)進汽蝶閥不嚴，出現(xiàn)漏汽情況，根據(jù)漏汽情況更要蓋保溫被，因為街區(qū)停用后進汽蝶閥不嚴空冷系統(tǒng)很容易發(fā)生冰凍。

（2）凝結水管加裝伴熱裝置。冬季散熱器下聯(lián)箱和凝結水回水管最易發(fā)生冰凍，尤其是凝結水回水管凍，化冰很困難，回水管凍可能導致散熱器的全面損壞，所以保證下水管的暢通是冬季防凍的首要任務。首先，將凝結水電動門的聯(lián)關功能取消，改為手動控制，并要求在機組運行中保持全開，各街區(qū)進汽蝶閥關閉后不聯(lián)關相應凝結水門，保證散熱器有凝結水時及時排至凝結水箱。運行中觀察，冬季不關凝結水門，由于凝結水母管的熱汽返入散熱器下聯(lián)箱，能使聯(lián)箱保持一定溫度。其次，對散熱器下聯(lián)箱和凝結水管加裝伴熱裝置，臨時解決可在凝結水管和下聯(lián)箱外部包電熱毯，防凍技改時可加裝伴熱帶，這樣冬季時就能保證散熱器下聯(lián)箱和凝結水管溫度在0 ℃以上，有少量凝結水時不存在回水過程中結冰情況的發(fā)生。

2.3 確保進汽蝶閥嚴密

空冷系統(tǒng)進汽蝶閥能關閉嚴密，空冷系統(tǒng)就不會發(fā)生凍結問題。當退出運行街區(qū)的進汽蝶閥不嚴時，漏汽所攜帶的熱量很快就會被冷源帶走，凝結水很容易發(fā)生結冰。所以，保證進汽蝶閥的嚴密性是關鍵。如要保證閥門的嚴密性，蝶閥開、關行程的調整必須嚴格把關，尤其是蝶閥關閉位置的調整必須合適和到位，最可靠的辦法是，新安裝機組或機組大小修后，檢修人員通過系統(tǒng)人孔門進入排汽管道蝶閥門芯處，直接觀察門芯的準確位置，進行蝶閥開、關位置行程的調整，只有這樣才能確保每個進汽蝶閥關閉的嚴密性。

2.4 查找空冷系統(tǒng)漏點

空冷系統(tǒng)有泄漏時，漏氣量大小不同，會表現(xiàn)出不同的運行工況，下面介紹不同工況的各種現(xiàn)象。

冬季散熱器管束泄漏時，如漏氣量小，對凝結水溫度和空氣管溫度影響不大，空冷散熱器兩側凝結水溫度偏差小，但從外部散熱器可用手感覺到漏空氣管束處的空氣明顯比其他管束處溫度低。如果漏氣量較大，兩側凝結水溫度偏差大，漏空氣一側凝結水溫度低。

冬季散熱器下聯(lián)箱泄漏時，首先表現(xiàn)為凝結水溫度偏低，漏量大時可清楚地聽到吸氣聲。空冷系統(tǒng)有防凍邏輯保護，當凝結水溫度低至動作值時，風機轉速下降直至停止運行，嚴重影響真空值，會引起低真空保護動作。

夏季工況時，空冷系統(tǒng)漏空氣，可從凝結水溫度和空氣管溫度變化判斷出來，不管什么地方泄漏，凝結水過冷度都會增大，排汽溫度和空氣管溫度偏差也大。啟動備用真空泵后，真空值變化較大，凝結水溫度和空氣管溫度會升高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以肯定空冷系統(tǒng)不嚴密，有泄漏。

3 發(fā)生冰凍的處理方法

空冷系統(tǒng)運行中，當發(fā)現(xiàn)部分散熱器管束凍結時，在專業(yè)技術人員的指導下，可以手動干預邏輯控制進行消冰。在實際運行中，有幾種不同情況采用的不同消冰方法，效果非常好。

（1）街區(qū)在投入狀態(tài)，散熱器下聯(lián)箱和凝結水管溫度正常，而散熱器部分管束凍結變形。這種情況可采取以下辦法：1）降低真空，提高排汽溫度；2）降低凍結變形管束對應的風機轉速或停止風機運行；3）對變形管束外部包蓋保溫被；4）對于供熱機組，可減小本機供熱量，增大鄰機供熱量，使空冷島的蒸汽量增大。

（2）街區(qū)在退出狀態(tài)，由于進汽蝶閥不嚴導致部分散熱器管束凍結變形，但散熱器下聯(lián)箱和凝結水管溫度正常。這種情況可采取以下辦法：1）對變形管束外部包蓋保溫被；2）凍結變形管發(fā)生在停用街區(qū)，可手動開啟停用街區(qū)進汽蝶閥，根據(jù)真空值停用一列正常運行街區(qū)；3）對于供熱機組，可減小本機供熱量，增大鄰機供熱量，使空冷島的蒸汽量增大；4）散熱器管束消冰完畢，該段散熱器退出運行后，聯(lián)系檢修共同手動校驗該漏汽蝶閥，但注意關閉位置要合適，防止關過頭。

（3）街區(qū)在退出狀態(tài)，由于進汽蝶閥不嚴，不僅導致部分散熱器管束凍結變形，而且散熱器下聯(lián)箱和凝結水管也發(fā)生凍結。這種情況是最危險的冰凍工況，部分管束的損壞不可避免，此時處理步驟如下：首先，檢查冰凍的管束是否有裂紋和漏空氣聲，發(fā)現(xiàn)有變形嚴重和裂紋的，必須先對有裂紋的部位進行消冰和焊接處理，保證系統(tǒng)嚴密性，防止漏空氣導致低真空保護動作；其次，將散熱器下聯(lián)箱下水口至凝結水箱管段用火烤通，由下向上逐漸消冰，消冰至下聯(lián)箱下水口后，以下水口為起點，逐漸向下水口兩側消冰，保證融化的冰水及時排走；然后，采取一切可以使散熱器管束升溫的辦法，使散熱器管束升溫，但切記防止二次冰凍，二次冰凍是損壞設備的主要原因。散熱器設計時考慮了結冰問題，管束橫斷面為橢圓結構，對冰凍危害有一定的緩沖，但若發(fā)生二次凍結會損壞管束。

如果蝶閥漏汽處也凍結，此時不可進行手動校門，因為門芯已凍結，強制手動會損壞閥門。判斷蝶閥是否冰凍的最好辦法就是測量蝶閥前后溫度，蝶閥不嚴漏汽時，前后溫度有偏差，蝶閥前溫度很高，蝶閥后溫度根據(jù)漏汽量大小有所不同，但都在0 ℃以上，如果蝶閥前溫度較高，而蝶閥后溫度基本和環(huán)境溫度一樣，可以肯定門芯已凍結，也不存在漏汽情況，此時進汽口全部凍死。出現(xiàn)這種情況后，只要保證把散熱器內(nèi)管束的結冰基本消除，蝶閥及進汽口處不需要消冰，但必須采取措施保證下聯(lián)箱和凝結水回水管溫度在0 ℃以上，蝶閥及進汽口處的結冰等來年自然消化。

4 空冷系統(tǒng)技術改造

廠家在設計空冷系統(tǒng)時，沒有充分考慮熱電廠空冷系統(tǒng)的特點，冬季時當空冷系統(tǒng)需要保證一定量的熱負荷時，大量的抽汽用于熱網(wǎng)加熱器，使進入空冷島的熱量大大減少，環(huán)境溫度越低，熱網(wǎng)加熱器抽汽量越大，進入空冷島的蒸汽量越少，空冷島防冰凍的任務越艱巨。建議在風機的進風口處加裝電動百葉窗，空冷系統(tǒng)某一街區(qū)停用后，可關閉百葉窗，有效地控制冷風量，將會對防凍工作起到積極作用。

5 結語

通過工作實踐中的不斷摸索、總結經(jīng)驗，進入冬季按上述技術措施開展空冷防凍工作，收到了顯著效果，2008年至今同煤大唐熱電有限公司#1～#4 機組未發(fā)生過空冷冰凍現(xiàn)象，且保證了空冷系統(tǒng)嚴密性，提高了機組經(jīng)濟效益。