空冷機(jī)組冬季運(yùn)行注意事項(xiàng)及防凍措施

陳光雨

【摘 要】空冷機(jī)組的運(yùn)用主要是在西部缺水多煤的地區(qū)，其在實(shí)際運(yùn)行的過程中，容易受到環(huán)境條件的影響。如在冬季寒冷的地區(qū)運(yùn)行空冷機(jī)組，則其散熱器的翅片管極易發(fā)生凍結(jié)，從而造成設(shè)備的損壞，甚至是引發(fā)停機(jī)事故。散熱器翅片管被凍裂后的修復(fù)周期長，且工藝復(fù)雜，因此發(fā)生凍結(jié)事故后，將給電廠造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。文章就此探討了空冷機(jī)組冬季運(yùn)行注意事項(xiàng)及防凍措施，具體內(nèi)容供大家參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】空冷機(jī)組；冬季運(yùn)行；注意事項(xiàng)；防凍措施

近幾年以來，隨著我國火力發(fā)電廠建設(shè)的快速發(fā)展，一種缺水地區(qū)興建大容量火力發(fā)電廠時(shí)可以廣泛采用的節(jié)水型火力發(fā)電技術(shù)——空冷技術(shù)在干旱地區(qū)開始得到應(yīng)用?？绽浼夹g(shù)以空冷器替代了冷卻塔，采用翅片管式空氣冷卻散熱器，直接或間接利用環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)代替水，利用乏汽管內(nèi)流動(dòng)，冷卻空氣管外翅片間流動(dòng)的換熱方式達(dá)到冷凝的目的。但是空冷系統(tǒng)受環(huán)境氣象條件的影響比較大，使得其運(yùn)行過程中存在較多安全隱患，尤其是冬季運(yùn)行過程中，極易造成設(shè)備損壞，進(jìn)而增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

一、空冷系統(tǒng)概述

直接空冷系統(tǒng)也稱為空冷系統(tǒng)，它利用空氣直接冷卻汽輪機(jī)的排氣，以及空氣與排汽之間的熱交換。蒸汽汽輪機(jī)低壓缸排汽通過排氣管直接排入空氣冷卻散熱器管束，軸流風(fēng)機(jī)將空氣吸入，通過翅片管外表面熱量會把蒸汽排到水里冷卻。該系統(tǒng)主要包括空氣冷凝器、真空系統(tǒng)和翅片管清洗系統(tǒng)。

其中，空冷凝汽器是直接空冷系統(tǒng)的重要組成部分，其主要包括順冷、逆流熱沉、蒸汽分配管、管束底部組合箱、順、上游風(fēng)機(jī)組，冷凝水、排氣裝置。直接空冷式散熱管分為蒸汽流向和冷凝流。汽流流動(dòng)方向與凝析油流動(dòng)方向相同。汽輪機(jī)排出的蒸汽凝結(jié)成水，約占蒸汽的70～80%。剩下的蒸汽是CO。此外，在逆流管中，蒸汽流向與凝析油流動(dòng)方向相反。蒸汽和冷凝液的流動(dòng)方向相反（冷凝水總是被蒸汽包圍），從而確保冷凝水不至于冷和結(jié)冰。

二、空冷機(jī)組冬季運(yùn)行注意事項(xiàng)

空冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行主要監(jiān)控凝結(jié)水溫度，排汽溫度、排汽壓力等參數(shù)，在此基礎(chǔ)上及時(shí)調(diào)整軸流風(fēng)機(jī)頻率，控制參數(shù)在規(guī)定以上，具體如下：

第一，當(dāng)環(huán)境溫度在零下2℃以下時(shí)，空冷島進(jìn)入到冬季運(yùn)行期，并且設(shè)有專人對空冷島散熱器等設(shè)備進(jìn)行溫度實(shí)測。

第二，在開放式運(yùn)行情況下，必須提前了解和監(jiān)測環(huán)境氣象條件的變化。冬季盡量在白天開始和停止。

第三，在任何情況下，空冷島平臺門在關(guān)閉位置?？绽鋶u凝結(jié)水回水總管回水門始終保持在全開狀態(tài)。

第四，冬季空冷島正常運(yùn)行期間，機(jī)組背壓保持在25～30kPa，兩臺真空泵運(yùn)行。當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，任何10kPa單位的情況都不允許后退。

第五，凝結(jié)水的過冷是指汽輪機(jī)壓力和冷凝水溫度下的飽和溫度之差。在冬季霜凍期間，ER冷卻度作為安全監(jiān)測指標(biāo)，嚴(yán)禁低于6℃，冷凝溫度在35℃以上。

第六，冬季天氣涼爽時(shí)，或者是在大風(fēng)天氣之下，操作人員應(yīng)適當(dāng)增加負(fù)荷或改善運(yùn)行背壓，防止風(fēng)、冷卻、再加上RAD。避免引發(fā)熱量分布束凍壞事故。

第七，冬季在空冷島運(yùn)行期間，及時(shí)做好巡檢記錄，各列散熱器表面最低溫度和凝結(jié)水下聯(lián)箱外表面最低溫度低于0℃時(shí)，匯報(bào)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。

三、空冷產(chǎn)生凍管的機(jī)理及應(yīng)對方法

（一）產(chǎn)生原因

一般空冷系統(tǒng)產(chǎn)生凍管的原因主要有兩方面，其具體內(nèi)容如下：

第一個(gè)方面是系統(tǒng)中有空氣聚集。當(dāng)系統(tǒng)漏氣量較大時(shí)，抽氣系統(tǒng)功能會下降，換熱不均勻就會導(dǎo)致空氣在系統(tǒng)中聚集成冷區(qū)。在冷區(qū)里，蒸汽的含量很少，凝結(jié)放熱很小，而空氣本身因?yàn)楸葻嵝。苋菀妆焕鋮s到環(huán)境溫度。當(dāng)凝結(jié)水流經(jīng)冷區(qū)的時(shí)候就會被冷卻，如果在冷區(qū)內(nèi)被冷卻到冰點(diǎn)，就會結(jié)冰。所以所有可能導(dǎo)致空氣聚集的因素都會增加凍管的風(fēng)險(xiǎn)。

第二個(gè)方面則是當(dāng)環(huán)境溫度降低到零攝氏度以下的時(shí)候，若是進(jìn)入ACC的蒸汽流量很小，即使風(fēng)機(jī)不運(yùn)行，ACC也有可能因?yàn)樽匀粨Q熱而結(jié)凍，特別是在啟動(dòng)時(shí)間長，蒸汽流量小的機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)工況中。要滿足防凍要求，必須保證ACC有一定的進(jìn)汽量，且達(dá)到該進(jìn)汽量的時(shí)間應(yīng)盡可能短，而且在連續(xù)運(yùn)行的過程中也不能低于這個(gè)流量。

（二）應(yīng)對的方法

鑒于以上兩種情況的機(jī)理不同，所以其應(yīng)對的方法也就存在差異。對于第一種來說，可以在安裝過程中保證系統(tǒng)的密封性。真空衰減性試驗(yàn)要經(jīng)常做，應(yīng)控制在200pa/min以下。如果漏氣比較大，應(yīng)保持高背壓運(yùn)行。冬季運(yùn)行中ACC盡量投自動(dòng)，這樣轉(zhuǎn)速自動(dòng)，凝結(jié)水過冷保護(hù)，逆流風(fēng)機(jī)回暖，抽氣過冷保護(hù)等能夠據(jù)情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切，避免人為疏忽造成不必要的損失。當(dāng)凝結(jié)水溫度>+35℃，且凝結(jié)水過冷度<+15℃，才允許啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。另外加強(qiáng)巡視，如果發(fā)現(xiàn)大面積的冷區(qū)，可以采取以下的方式。

第一，若是僅逆流管束過冷，則可以開啟備用的真空泵，并適當(dāng)減低相鄰順流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。第二，若是順流管束出現(xiàn)大面積的冷區(qū)。則首先要開啟備用真空泵，其次適當(dāng)降低該順流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后在抽氣溫度不過冷的前提下，適當(dāng)提高逆流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

對于第二種機(jī)理，主要是要考慮解決自然換熱的問題。啟動(dòng)中環(huán)境溫度低于2℃需要隔離列啟動(dòng)，而環(huán)境溫度高于2℃時(shí)可以不隔離列啟動(dòng)。對于被隔離的風(fēng)機(jī)護(hù)網(wǎng)上鋪毯子或木板，受熱面上鋪毯子，以減少自然對流換熱。

四、直接空冷系統(tǒng)防凍措施

（一）直接空冷機(jī)組設(shè)計(jì)防凍措施

1.采用逆流空冷凝汽器

順逆流凝汽器之間的面積比是決定其防凍性能的重要因素，逆流管束換熱面積過小，會使得逆流區(qū)的防凍調(diào)節(jié)能力變?nèi)酢．?dāng)機(jī)組負(fù)荷低或環(huán)境溫度低時(shí)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)逆流區(qū)的蒸汽會迅速減少，機(jī)組負(fù)荷進(jìn)步減小或者環(huán)境溫度進(jìn)一步降低時(shí)，負(fù)溫度區(qū)域迅速蔓延到順流管束的下部，使得管束下端蒸汽凝結(jié)，極容易產(chǎn)生過冷，發(fā)生凍結(jié)。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員要確定合理的順流、逆流換熱段配置比例，使其能在環(huán)境溫度較低或低負(fù)荷工況下運(yùn)行，從而有效地避免空冷凝汽器凝結(jié)水的過冷及可能的管束冰凍情況發(fā)生。

2.設(shè)計(jì)合理的翅片管結(jié)構(gòu)

空氣冷凝器翅片管內(nèi)飽和蒸汽凍結(jié)現(xiàn)象的其中一個(gè)主要原因是翅片管束冷卻能力與飽和蒸汽熱負(fù)荷的不平衡。為達(dá)到防凍的要求，翅片管的設(shè)計(jì)可以采取以下措施：首先，優(yōu)先采用單排管。與同樣長度和寬度下的雙排管管束相比，單排管管內(nèi)流通面積增加了30%以上，同時(shí)管內(nèi)壓降和阻力較小，利于汽液兩相的分離，不會形成“死區(qū)”，因此其可以在結(jié)構(gòu)上解決該問題，降低管束凍結(jié)的可能性；其次，改變翅片之間的間距。一是前排管采用較大的片距，后排管采用較小的片距，以免由于熱負(fù)荷不均造成管束凍結(jié)；二是對于橢圓管或扁平管多排管結(jié)構(gòu)采用不同翅化比：在與冷空氣接觸的第一排管采用翅化比較小的翅片管，后排管采用翅化比較大的翅片管，使每排翅片管的換熱面積與溫差的乘積保持大致相同。

3.采用雙速或變頻電化

在直接空冷系統(tǒng)冷凝器采用順流和逆流布置的基礎(chǔ)上，大直徑的軸流風(fēng)機(jī)通過采用雙速或變頻電機(jī)，可以靈活調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量。當(dāng)環(huán)境溫度大大低于設(shè)計(jì)溫度時(shí)，為了避免汽輪機(jī)背壓過低，采用風(fēng)機(jī)電機(jī)的變極調(diào)速或變頻調(diào)速，通過程序分組控制風(fēng)化，調(diào)節(jié)空冷凝汽器的進(jìn)風(fēng)量，降低冷卻空氣的流量。以上措施可以有效的防止死區(qū)的產(chǎn)生和凝結(jié)水過冷而結(jié)冰的危險(xiǎn)。

（二）直接空冷機(jī)組運(yùn)行防涼措施

第一，均勻分配熱力和蒸汽流量。直接空冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行防凍的目的主要是避免由于進(jìn)入空冷凝汽器的熱量低于其最低保證值，造成散熱器管束受凍。在負(fù)荷一定的狀況下，汽輪機(jī)的排汽量是一定的，為防止低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生，首先要保證機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷足夠，需通過控制汽輪機(jī)排汽量保持在一定的數(shù)值，保證空冷凝汽器翅片管內(nèi)蒸汽的流量足以加熱凝汽器，能夠保證凝結(jié)水在系統(tǒng)中不會凍結(jié)。

第二，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的正確控制。對風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式進(jìn)行合理調(diào)節(jié)是一種有效的控制防凍措施，通?？梢圆捎靡韵路绞剑猴L(fēng)機(jī)電化的變極調(diào)速或變頻調(diào)速和逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)。其中逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)可以吸入空冷系統(tǒng)散出的熱量，以形成內(nèi)部熱風(fēng)循環(huán)，將周圍凝汽管束的暖熱氣流送到加熱逆流凝汽管束，從而提高或保持凝結(jié)水溫，達(dá)到防止凝結(jié)水冰凍的目的。

（三）直接空冷防凍的自動(dòng)保護(hù)

隨著自動(dòng)控制水平的提高，在直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，采用其系統(tǒng)的防凍自動(dòng)保護(hù)控制也是一種重要的防凍手段。防凍系統(tǒng)可以通過設(shè)置冬季運(yùn)行保護(hù)模式程序，根據(jù)空冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)環(huán)境溫度的變化，對系統(tǒng)凝結(jié)水溫度、抽真空溫度和運(yùn)行壓力的檢測變化，空冷防凍系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)控制是否開啟自動(dòng)保護(hù)模式。一般情況下，控制還輯防凍方面主要包括：逆流散熱器管束回暖保護(hù)邏輯、抽真空過冷保護(hù)邏輯、凝結(jié)水過冷保護(hù)邏輯、凝汽器冬季保護(hù)程序；直接空冷啟停過程的防凍主要包括啟動(dòng)過程和停機(jī)過程兩個(gè)方面。

五、結(jié)束語

綜上所述，為了保證發(fā)電廠的空冷系統(tǒng)在天氣寒冷的情況下良好運(yùn)行，可以通過以下措施：采用經(jīng)長期運(yùn)行檢驗(yàn)，具有良好防凍性能的換熱元件；選用容量適當(dāng)、質(zhì)量可靠的閥門、泵和抽空設(shè)備；采用設(shè)計(jì)合理、可靠的控制監(jiān)測系統(tǒng)；對所有設(shè)備進(jìn)行正確的安裝和測試；遵循空冷系統(tǒng)供貨商提出的運(yùn)行要求；對所有關(guān)鍵設(shè)備定期進(jìn)行檢查和預(yù)防性維護(hù)，從而促進(jìn)發(fā)電廠在冬季生產(chǎn)效益的提升。

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