高寒地區(qū)間接空冷機(jī)組冬季防凍措施

官勇奇

【摘要】間接空冷機(jī)組在寒冷地區(qū)應(yīng)用中普遍存在散熱器凍結(jié)問題，為使該問題得到解決，提高間接空冷機(jī)組冬季運(yùn)行的安全性，本文通過對(duì)扇區(qū)充水、扇區(qū)運(yùn)行、扇區(qū)泄水3個(gè)方面的防凍措施進(jìn)行了總結(jié)和優(yōu)化，補(bǔ)充和完善了間接空冷機(jī)組散熱器翅片管束在高寒地區(qū)的防凍措施，對(duì)間接空冷機(jī)組在高寒地區(qū)冬季的安全、可靠運(yùn)行提供了更全面的保障措施。

【關(guān)鍵詞】 間接空冷;高寒地區(qū);散熱器;防凍

0.引言

我國新疆地區(qū)煤炭蘊(yùn)藏豐富，隨著我國西部大開發(fā)和“西電東送”的政策實(shí)施，大批火力發(fā)電機(jī)組在新疆投入建設(shè)[1]。新疆地區(qū)富煤缺水，表面式間接空冷（間冷）機(jī)組以其節(jié)水、節(jié)能、抗風(fēng)以及對(duì)真空系統(tǒng)影響小等優(yōu)勢(shì)已成為新疆地區(qū)電廠建設(shè)的首選。但環(huán)境溫度較低時(shí)，間接空冷系統(tǒng)散熱器翅片管內(nèi)循環(huán)水容易產(chǎn)生凍結(jié)導(dǎo)致翅片管脹裂。近幾年投運(yùn)的間冷機(jī)組，多次發(fā)生散熱器的凍結(jié)事故，嚴(yán)重時(shí)水循環(huán)中斷、間冷系統(tǒng)及機(jī)組停運(yùn);散熱器凍壞的修復(fù)技術(shù)難度高、工作量大、時(shí)間也長，所以造成的損失巨大，因此要在高寒地區(qū)使用間接空冷系統(tǒng)，就必須首先解決間冷系統(tǒng)散熱器冬季防凍問題[2]。目前在北部新疆高寒地區(qū)間接空冷系統(tǒng)防凍問題還很突出，主要是因?yàn)槿狈σ惶淄暾姆纼鲶w系，因此開展間冷系統(tǒng)散熱器冬季防凍措施的研究就顯得十分迫切，本文深入總結(jié)、分析了間冷系統(tǒng)散熱器凍結(jié)的各種措施，完善了防止間接空冷機(jī)組在冬季運(yùn)行散熱器凍結(jié)的手段。

1.表面式間接空冷系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)采用SCAL型間接空冷系統(tǒng)，主要由表面式凝汽器、循環(huán)水系統(tǒng)、福哥型鋁管鋁片散熱器和空冷塔組成。表面式凝汽器采用不銹鋼管，循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制的閉式循環(huán)水供水系統(tǒng)，水質(zhì)為除鹽水。1臺(tái)機(jī)組配置3臺(tái)35%容量的循環(huán)水泵，循環(huán)水流量為43000m?/h。間冷塔采用旋轉(zhuǎn)雙曲線形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底部直徑90米，總高132米。散熱器采用全鋁制四排管冷卻三角，冷卻三角被垂直布置在間冷塔外1個(gè)直徑為104m的圓周內(nèi)，共安裝有132個(gè)冷卻三角，分為6個(gè)冷卻扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)單獨(dú)設(shè)置循環(huán)水的進(jìn)、出水管和排水管。翅片管管徑為φ25x1mm。塔內(nèi)還布置有6個(gè)地下儲(chǔ)水箱和2個(gè)高位水箱。

2.間接空冷冬季防凍措施

某電廠一期為兩臺(tái)國產(chǎn)350MW超臨界凝汽式間接空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，廠址所處地區(qū)屬溫帶大陸性干旱氣候，其特征是冬季寒冷，夏季炎熱（最低汽溫-41.1℃，極端最熱汽溫41.6℃），降水量少（年均降水量只有183.1mm，年均蒸發(fā)量卻達(dá)到2129.3mm），春夏季多風(fēng)（最大風(fēng)速達(dá)到24m/s）。采用表凝式（哈蒙）間接空冷系統(tǒng)可以避免環(huán)境大風(fēng)和最高氣溫對(duì)空冷機(jī)組的運(yùn)行安全性的威脅，因而更適合該公司兩臺(tái)350MW燃煤間冷機(jī)組使用。國內(nèi)高寒地區(qū)間接空冷機(jī)組運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)較少，從實(shí)踐認(rèn)知到表凝式間接空冷系統(tǒng)不懼高氣溫，但怕高寒，準(zhǔn)東五彩灣電廠地處北方嚴(yán)寒地區(qū)，冬季極端氣溫達(dá)到-41.1℃，因此機(jī)組采用間接空冷系統(tǒng)的首要問題是解決冬季散熱器翅片管束的防凍問題。

2.1 扇區(qū)充水過程的防凍

向扇區(qū)充水時(shí)發(fā)生凍結(jié)的可能性與充水溫度和充水速度有關(guān)，充水溫度越高、充水越快，發(fā)生凍結(jié)的可能性越小，為了滿足防凍的要求通常充水溫度控制在40～55℃，充水時(shí)間要求低于90秒，充水時(shí)關(guān)閉百葉窗[3]。但過高的溫度和充水速度會(huì)對(duì)法蘭、閥門、膨脹節(jié)、管束連接處的O型橡膠密封圈造成較大的熱沖擊，造成漏水失效事故。間冷系統(tǒng)扇區(qū)充水時(shí)，上述兩種情況互相矛盾又互相制約，無法兼顧。因此，經(jīng)過參考兄弟單位的經(jīng)驗(yàn)、廠家資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，我們采取了以下措施：

（1）在充水時(shí)，扇區(qū)進(jìn)水閥、回水閥同時(shí)開啟，進(jìn)水閥開啟14秒、回水閥開啟18秒，然后中停，充水60秒后，全開扇區(qū)進(jìn)水閥、回水閥，這樣做的目的是進(jìn)水管設(shè)計(jì)流速為1.5米/秒，回水管壓力稍低，設(shè)計(jì)流速為1.2米/秒，這樣閥門開啟時(shí)間能保證循環(huán)水正好到達(dá)扇區(qū)頂部（扇區(qū)頂部高度為20米）且排氣充分。

（2）扇區(qū)充水時(shí)，充水溫度與環(huán)境溫度之差不超過80℃，這主要是考慮O型橡膠密封圈的失效問題。因此，冬季工況下，環(huán)境溫度在-16℃以上時(shí)，循環(huán)水溫達(dá)40℃以上方可對(duì)扇區(qū)充水，環(huán)境溫度在-16℃以下時(shí)，扇區(qū)充水要求循環(huán)水溫達(dá)50～55℃。此外，盡量避免在-25℃以下的低溫環(huán)境中進(jìn)行扇區(qū)充水操作。

（3）扇區(qū)充水過程中，觀察排氣立管有大量氣水排出，表明管束排氣正常，否則應(yīng)立即將扇區(qū)泄水，查明原因后再充水。

（4）冬季扇區(qū)程控充水完成后，應(yīng)立即對(duì)該扇區(qū)每個(gè)冷卻柱面進(jìn)行測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)某冷卻柱管束溫度低于10℃，在5分鐘以內(nèi)溫度還未超過20℃，說明管束水循環(huán)不暢，應(yīng)及時(shí)將該扇區(qū)泄水，聯(lián)系檢修將該冷卻柱加堵板隔離后，方可重新對(duì)該扇區(qū)充水。

（5）扇區(qū)充水完成后，不能立即打開百葉窗進(jìn)行調(diào)節(jié)，應(yīng)將百葉窗全關(guān)4小時(shí)后，且確認(rèn)各冷卻柱測(cè)溫正常之后，再打開百葉窗調(diào)節(jié)出水溫度，以避免在扇區(qū)充水完成短時(shí)間內(nèi)管束發(fā)生凍結(jié)。

2.2 扇區(qū)運(yùn)行期間的防凍

扇區(qū)運(yùn)行期間，主要控制扇區(qū)的溫度、循環(huán)水流速及水質(zhì)。為此，需注意以下方面：

（1）由于傳熱效果不同，散熱器最外排管束、邊緣部位管束與里排、中間部位管束出水溫度存在較大偏差，再加上其他因素的不利影響，如：百葉窗開度偏差、散熱器外表面臟污堵雜物、水流速、流量不均等，造成運(yùn)行中某一局部散熱器或個(gè)別管束的出水溫度大大低于散熱器平均出水溫度。目前，我們更夠監(jiān)視和控制調(diào)整的是平均出水溫度，如果扇區(qū)出水溫度控制較低，可能造成某一局部散熱器或個(gè)別管束出水溫度太低，在運(yùn)行中結(jié)冰凍壞[4]。

在正常情況下，各扇區(qū)百葉窗應(yīng)投自動(dòng)，加強(qiáng)監(jiān)視自動(dòng)動(dòng)作情況，在自動(dòng)調(diào)節(jié)緩慢或有異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)解除自動(dòng)并進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)或手動(dòng)情況下都必須保證各扇區(qū)出水溫度滿足以下要求：環(huán)境溫度在0～-10℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于30℃;環(huán)境溫度在-11～-20℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于35℃;環(huán)境溫度在-21～-30℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于38℃;環(huán)境溫度低于-31℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于40℃[5]。

（2）在冬季工況下，可采取三臺(tái)循環(huán)泵全部運(yùn)行的方式來提高循環(huán)水流速。一旦某臺(tái)循環(huán)泵跳閘，可適當(dāng)將1～2個(gè)扇區(qū)泄水，以保證流速。另外，由于循環(huán)水流速?zèng)]有測(cè)點(diǎn)，我們可通過扇區(qū)進(jìn)回水壓差進(jìn)行間接觀察，扇區(qū)投運(yùn)數(shù)量與循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)之間做好配合，以保證扇區(qū)進(jìn)回水壓差大于50KPa。

（3）廠用電全部失電的事故情況下，主機(jī)循環(huán)泵全停，此時(shí)，應(yīng)立即打開進(jìn)、回水母管緊急泄水閥，將扇區(qū)全部手動(dòng)泄水，避免循環(huán)水不流動(dòng)而導(dǎo)致扇區(qū)全部凍裂。

（4）加強(qiáng)循環(huán)水水質(zhì)的監(jiān)督。準(zhǔn)東五彩灣電廠采用第六代鋁制福哥型散熱器，圓形鋁管和翅片都是單金屬全鋁。氣側(cè)和水側(cè)的表面都采用穩(wěn)定的鋁-氧化層保護(hù)覆蓋，在管束組裝后，對(duì)其表面進(jìn)行氧化處理，生成一種抗腐蝕薄膜，以提高鋁表面的抗腐蝕能力，即使是在機(jī)組停運(yùn)也不需要充氮系統(tǒng)。因此，在間接空冷系統(tǒng)運(yùn)行中，化學(xué)腐蝕對(duì)鋁管的影響較小，鋁腐蝕主要是以電化學(xué)腐蝕進(jìn)行的，因而控制主機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)的PH值對(duì)鋁腐蝕防護(hù)是十分重要的。某廠由于主機(jī)循環(huán)水的水質(zhì)控制不當(dāng)，在冬季運(yùn)行時(shí)曾發(fā)生鋁管大面積泄漏，嚴(yán)重影響了機(jī)組安全運(yùn)行。目前，國內(nèi)尚無不銹鋼凝汽器、碳鋼循環(huán)水管、鋁散熱器間接空冷系統(tǒng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和處理方法，根據(jù)相關(guān)單位對(duì)混合凝汽器間接空冷系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果，暫時(shí)執(zhí)行的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如下：電導(dǎo)率≤10μS/cm，pH：7.0～8.3（期望值7.0～8.0），全鐵≤200μg/L，全鋁≤200μg/L。在冬季運(yùn)行期間，更要加強(qiáng)對(duì)間冷水中的金屬離子（鐵、鋁）及pH的監(jiān)測(cè)，并將指標(biāo)列入監(jiān)督報(bào)表中，定期監(jiān)測(cè)，避免對(duì)鋁管的腐蝕造成泄漏。

2.3 扇區(qū)停運(yùn)期間的防凍

在間冷系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐中，不少電廠出現(xiàn)過因扇區(qū)停運(yùn)時(shí)操作不當(dāng)或停運(yùn)后防凍措施不到位而造成扇區(qū)管束凍裂的情況。主要有以下幾個(gè)方面需注意：

（1）機(jī)組停運(yùn)后或事故情況下甩負(fù)荷，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉扇區(qū)百葉窗，將扇區(qū)泄水，避免熱量不足而導(dǎo)致循環(huán)水溫度過低，扇區(qū)凍壞。

（2）在扇區(qū)泄水過程中，當(dāng)進(jìn)水閥、出水閥關(guān)閉后，如果扇區(qū)泄水閥因故障不能及時(shí)開啟，立即手動(dòng)打開扇區(qū)泄水閥，否則整個(gè)扇區(qū)管束內(nèi)的循環(huán)水將停止流動(dòng)，在冬季環(huán)境下，極易凍壞。

（3）扇區(qū)泄水結(jié)束后，注意對(duì)扇區(qū)進(jìn)、回水母管溫度的監(jiān)視，這個(gè)主要是判斷扇區(qū)進(jìn)水閥、回水閥是否關(guān)閉不嚴(yán)有內(nèi)漏?；蛘邔⑸葏^(qū)進(jìn)水閥后、回水閥前的人孔門打開，以免從扇區(qū)進(jìn)水閥、回水閥漏流的熱水逐步進(jìn)入扇區(qū)管束，在下聯(lián)箱管口部位造成凍結(jié)，下次再充水時(shí)將造成循環(huán)水流動(dòng)不暢，管束凍壞。

（4）對(duì)于冬季工況下較長時(shí)間（1天以上）不投運(yùn)的扇區(qū)，確認(rèn)扇區(qū)進(jìn)回水管道無水后應(yīng)將進(jìn)、回水緊急泄水閥關(guān)閉，在DCS上掛”禁操”，以免地下儲(chǔ)水箱熱氣因抽吸作用返至扇區(qū)管束內(nèi)導(dǎo)致結(jié)冰，在下次扇區(qū)充水時(shí)將造成大面積凍裂。

3.結(jié)語

目前國內(nèi)高寒地區(qū)間接空冷機(jī)組冬季運(yùn)行防凍經(jīng)驗(yàn)比較少，在系統(tǒng)的安全過冬方面還需積累經(jīng)驗(yàn)并做相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，制定出相應(yīng)的間冷系統(tǒng)運(yùn)行的防凍控制措施;神華神東準(zhǔn)東五彩灣電廠深度分析總結(jié)了間冷系統(tǒng)在高寒地區(qū)冬季散熱器防“凍結(jié)”的各種應(yīng)對(duì)措施，使整個(gè)防凍體系更加完善，確保處于高寒地區(qū)運(yùn)行的間冷火電機(jī)組能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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