高寒地區(qū)超臨界600?MW直接空冷機組防凍及解凍實踐

范景利

摘 要：保證機組嚴密性是防寒防凍的關(guān)鍵，尤其是在高寒地區(qū)的空冷系統(tǒng)是機組防寒防凍的主體，較好的嚴密性才能保證空冷機組運行的經(jīng)濟性、安全性。該文針對國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期工程2×600 MW超臨界燃褐煤機組，結(jié)合機組實際的防凍及解凍案例進行進行闡述，并給出了后續(xù)進一步完善治理措施。實踐證明：該機組采取的防凍及解凍措施達到了預期效果。這對提高高寒地區(qū)超臨界600 MW直接空冷防凍及解凍問題提供了一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū) 空冷機組 嚴密性 防凍解凍 實踐研究

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（c）-0112-03

內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾廠發(fā)電有限公司一期為2×600 MW超臨界燃褐煤機組，鍋爐采用變壓直流鍋爐、П型布置，由哈爾濱鍋爐廠制造；汽輪機為一次中間再熱、兩缸兩排汽、直接空冷，汽輪機、發(fā)電機是上海制造。工程主體設計由西北電力設計院承擔，包括空冷部分。直接空冷系統(tǒng)在國內(nèi)起步較晚，在設計和運行上均缺乏經(jīng)驗，電廠關(guān)注的不僅是空冷系統(tǒng)設計優(yōu)化的經(jīng)濟性，更關(guān)心的是空冷系統(tǒng)的安全性，安全性主要表現(xiàn)在空冷系統(tǒng)冬季防凍能力上。對于600 MW級別空冷機組的防凍解凍問題國內(nèi)已有相關(guān)研究：耿勝民等通過試驗研究的手段給出了空冷凝汽器實現(xiàn)自動防凍控制的條件、空冷凝汽器實現(xiàn)自動防凍的技術(shù)關(guān)鍵、空冷凝汽器自動防凍控制過程[1]；安國梁從設計上和運行上結(jié)合國電大同二電廠機組介紹了直接空冷機組的防凍措施[2]；尹俠根據(jù)達拉特電廠四期直接空冷機組的特點，提出了機組在運行中、低負荷，啟、停機時的具體的防凍措施[3]；王忠等通過對大同二電廠空冷島試運過程中凍結(jié)事例的分析，給出了直接空冷系統(tǒng)空冷島的防凍措施[4]。

地處全國最寒冷地區(qū)的內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾廠發(fā)電有限公司直接空冷機組，歷經(jīng)2010年和2011年兩個冬季-46 ℃（極端氣溫-50 ℃）的嚴峻考驗。#1機“1.20非?！钡闹饕蚓褪强绽湎到y(tǒng)的真空度差。下面就該機組空冷系統(tǒng)嚴密性、防凍管理及解凍方面的經(jīng)驗教訓闡述一下自己的一些見解。

1 空冷系統(tǒng)嚴密性

汽輪機排汽端壓力越低，發(fā)電效率越高。但在排汽端凝汽器處形成的真空的同時面臨帶來空氣的漏入問題，空氣的漏入則反過來降低真空，并造成凝汽器換熱性能降低、凝結(jié)水含氧量增加等一系列問題。因此，保證空冷汽輪機組的真空嚴密性十分重要。

空冷島和其他負壓系統(tǒng)運行一段時間，都會不同程度地產(chǎn)生大量漏點，真空嚴密性影響空冷機組安全穩(wěn)定運行，尤其影響經(jīng)濟運行和冬季空冷島防凍。真空區(qū)域面積大，機組正常運行過程中，一旦系統(tǒng)漏入空氣，真空泄漏部位很難查找。因此，設計選型、制造安裝、調(diào)試及運行的每個階段、每個部位都應嚴格控制質(zhì)量驗收工藝標準，必須予以重視，確保真空嚴密性指標始終處于動態(tài)控制的優(yōu)秀值。

（1）空冷廠家制作管束時對單管束進行0.05 MPa氣壓試驗的抽查及整套散熱器水下氣密性試驗。

（2）加強焊接工藝及焊接質(zhì)量的管理，確保焊口100%檢驗合格。

（3）由于空冷系統(tǒng)較大，為避免機組受熱膨脹產(chǎn)生較大的應力，空冷系統(tǒng)管道應保證無應力焊接。

（4）空冷部分進行打壓試驗：試驗壓力為0.03 MPa、時間保持24 h，最大壓降不得超過為0.005 MPa/24 h。所有參加氣壓試驗的排汽管道、分配管道、換熱器管束、凝結(jié)水回水管道、抽真空管道等系統(tǒng)需派專人反復檢查、核查無誤，確保無泄漏點。維持機組真空，除了空冷系統(tǒng)嚴密不漏，還包括汽機本體設備、排汽裝置、加熱器疏水、本體疏水及部分有壓放水系統(tǒng)等無泄漏。

（5）空冷島風壓需滿足的試驗要求。

試驗要求如下幾方面。

①排汽管道和相關(guān)系統(tǒng)安裝完畢后，在低壓缸排汽管道水平管道上封上一塊盲板。在盲板處配有試驗壓力0.3 bar的卸載安全閥。

②主排汽管道上的爆破膜應將膜片更換為堵板，以免打壓過程中損壞。

③風壓試驗使用壓力表兩塊，量程0～0.6 bar，精度0.25級。

④風壓試驗壓力0.3 bar，每隔2 h，讀取壓力表讀數(shù)，記錄壓力變化。保持24 h，進行全面檢查，核算最后的壓降小于50 mbar/24h，即認為合格。

（6）考慮影響真空嚴密性試驗的主要因素，主要有以下幾個方面。

①環(huán)境溫度即風機的出口風溫；②ACC的冷卻風量即風機的轉(zhuǎn)速；③機組負荷即進入ACC的空氣量；④真空系統(tǒng)的嚴密性；⑤自然風速和風向。

2 空冷系統(tǒng)冬季防凍

呼倫貝爾全年平均氣溫低，冬季存在管束極易凍結(jié)或結(jié)冰現(xiàn)象，影響換熱，嚴重會影響機組安全運行。下面根據(jù)電廠實際情況從設計、現(xiàn)場應用兩方面對空冷系統(tǒng)冬季防凍進行分析，從而提出預控措施。

2.1 設計方面防凍措施

（1）單排翅片管的設計：單從管型來看，單排管由于采用大直徑的基管，蒸汽側(cè)通流面積增大，蒸汽側(cè)壓降低（一般低于2 kPa），有利于汽液的分離和防凍，防凍性能較好。

（2）空氣冷凝器的設計：空氣冷凝器內(nèi)部分為順流段和逆流段兩部分?？諝饫淠鞯倪@種組成方式有效地提高了冷凝器的防凍性能。設置逆流管束主要是為了能夠比較順暢地將系統(tǒng)內(nèi)的空氣和不凝結(jié)氣體排出，避免運行中在空氣冷凝器內(nèi)的某些部位形成死區(qū)、冬季形成凍結(jié)的情況；設置逆流冷卻段，在此冷卻段的凝結(jié)水流動方向與蒸汽流向相反，利用蒸汽加熱最末端凝結(jié)水。

（3）設置擋風墻。防止冬季外界自然風直接吹向散熱器，引起兩側(cè)凝結(jié)水溫相差較大。

（4）設置電動真空防凍隔離閥。在冬季啟動時采取關(guān)斷某幾列空氣冷凝器，提高凝結(jié)水溫度，防止凝結(jié)水在空冷器下部出現(xiàn)過冷而凍結(jié)。該工程單機組共8列空氣冷凝器，對稱裝設6只電動真空隔離閥。

（5）冬季運行要注意防凍，在進入冬季運行前，應定期檢查抽真空等輔助系統(tǒng)，保證其嚴密性動態(tài)處于合格值（150 Pa/min）以內(nèi)。

2.2 現(xiàn)場增加空冷防寒防凍預控措施

（1）空冷真空管道。為防止抽真空管道過冷，造成管道內(nèi)結(jié)冰，堵塞管道，最終影響排汽裝置背壓，因此在抽真空管道上加裝伴熱帶，每根管并列加裝6根伴熱電纜，根據(jù)運行情況，調(diào)節(jié)伴熱電纜投入率。為防止氣溫過低，電動裝置內(nèi)潤滑脂凝固，降低潤滑效果，導致電動裝置內(nèi)齒輪磨損，因此在電動門的電動裝置上加裝伴熱并加裝保溫箱。

（2）在第1和8列外側(cè)散熱器下聯(lián)箱加裝保溫及鋁皮。為防止空冷島1、8列下聯(lián)箱及排氣管道水平段疏水管道疏水過冷。將每臺機組第1列和第8列外側(cè)散熱器下聯(lián)箱加裝保溫及鋁皮進行防凍。

（3）空冷島中間位置設庫房及值班室。在空冷島上兩臺機組中間空閑位置設立庫房及值班室，便于存儲空冷島防寒防凍物資，為空冷島出現(xiàn)異常情況時爭取搶修時間，同時為空冷島作業(yè)人員提供一個臨時取暖及休息場所。冬季運行期間，維護部每值兩人、運行部每值一人，每小時監(jiān)測記錄一次空冷島溫度變化情況，如發(fā)現(xiàn)異常及時通知運行人員回暖防凍，并通知專業(yè)主管現(xiàn)場檢查確認。

（4）根據(jù)設備情況，準備好合適的苫布和麻繩，并準備一定量的炭火爐子，以備某些冷卻單元回暖時急需。

（5）進入冬季，空冷靠外側(cè)第1、8列部分將要停運，臨時將每臺機第1列和第8列管束外側(cè)加裝苫布，風筒下部加裝苫布防風。

（6）在每臺機組1、2、7、8列的每個單元及第3、4、5、6列的第6、7、8單元散熱管束上部蒸汽分配聯(lián)箱兩側(cè)（靠近管束處）加裝滑輪，滑輪間距2.3 m；在每列兩側(cè)管束下部凝結(jié)水收集聯(lián)箱處焊接掛鉤、間距2.3 m，當管束過冷時為在管束上掛棉被或苫布創(chuàng)造條件。

3 空冷系統(tǒng)凍結(jié)及解凍案例分析

3.1 空冷系統(tǒng)凍結(jié)原因

以電廠#1機組為例，2011年10月份發(fā)現(xiàn)真空系統(tǒng)氣密性相對較差，最大泄露達到1 340 Pa/min，經(jīng)專業(yè)治理減小到1 070 Pa/min，但距合格值相差甚遠。公司先后委托空冷廠家、內(nèi)蒙古電科院專業(yè)查漏隊伍利用氦普檢漏儀、微波儀經(jīng)過近2個月的找漏工作，真空達到770 Pa/min，真空系統(tǒng)泄露未得到徹底治理。12月極度寒冷天氣，給室外真空查漏帶來困難，12月下旬停機停止查漏工作。2012年1月1日啟動至1月5日調(diào)停，運行期間3臺真空泵運，維持背壓。2012年1月19日冷態(tài)啟動，機組負荷330 MW左右，空冷系統(tǒng)運行正常。1月20日10：15負荷至600 MW，期間空冷第2、3、4、5、6列投入運行。10：46網(wǎng)調(diào)令減負荷至400 MW，減負荷過程中，空冷第6列#6抽真空介質(zhì)溫度開始下降，11：06降至7 ℃，提高機組背壓至21 kPa，投入回暖，抽真空介質(zhì)溫度上漲至26 ℃后又持續(xù)下降。11：36空冷第5列凝結(jié)水溫度開始下降。11：42負荷降至400 MW，空冷第6列、第5列抽真空介質(zhì)溫度低，申請加負荷至420 MW后，提高機組背壓至35 kPa，空冷第5列、第6列凝結(jié)水溫度仍持續(xù)下降。期間采取調(diào)整空冷風機轉(zhuǎn)速、啟停空冷風機、回暖、加蓋苫布等方式進行調(diào)整均無效，抽空氣溫度、凝結(jié)水溫度持續(xù)下降，且背壓升高，一度上升到50 kPa，同時凝結(jié)水溫度、抽氣溫度急劇下降。為了防止空冷管束出現(xiàn)大面積凍結(jié)，19：20申請調(diào)度同意后機組降負荷至242 MW手動打閘停機。

機組停運后，公司組織專業(yè)人員召開分析會，初步判斷系統(tǒng)泄漏是造成機組背壓升高的直接原因，決定投軸封、抽真空，對真空系統(tǒng)進行查漏。真空建立后運行及檢修人員開始現(xiàn)場檢查，21日07：46運行人員發(fā)現(xiàn)機組空冷高壓缸側(cè)排汽管路底部疏水管第二彎頭地面結(jié)冰并有吸氣聲，扒保溫檢查，發(fā)現(xiàn)疏水管彎頭存在40 cm左右裂紋，21日10：05檢修人員對裂紋進行補焊處理完成，系統(tǒng)恢復正常。停運期間，打開第4.5.6.7列蒸汽分配管入孔門及凝結(jié)水下聯(lián)箱開孔對空冷管束進行檢查，發(fā)現(xiàn)管束不同程度凍結(jié)。

分析泄露原因，1月5日停機過程中溫度很低，1月19日啟動機組時，排汽管道疏水管已經(jīng)凍裂，此時疏水管內(nèi)已經(jīng)完全結(jié)凍并將彎頭凍裂，凍裂口被冰凍封堵，未造成的泄露，隨著溫度提高逐漸化凍，漏點暴漏真空保持不住而突降，真空泄露冷空氣進入是導致空冷管束發(fā)生凍結(jié)的主要原因。

3.2 空冷管束解凍

（1）在凍結(jié)管束的下聯(lián)箱凝結(jié)水下降管處割開，檢查下聯(lián)箱及凝結(jié)水管道是否凍結(jié)，如果凍結(jié)需要加伴熱電纜化凍，保證空冷凝結(jié)水管路暢通。

（2）解除翅片管束內(nèi)的凍結(jié)：①保證入孔為打開狀態(tài)。②用帆布將凍結(jié)單元管束及風筒遮蓋，用保溫棉封閉，保證嚴密性。根據(jù)環(huán)境溫度在單元內(nèi)四角生火（不要用燃燒油脂的方法），用碳或木材在鐵桶中生火，適度依靠煙氣流動加熱單元內(nèi)空氣，解除管束中的結(jié)凍現(xiàn)象實效明顯。

（3）管束化凍過程中，需將凝結(jié)水管道在下聯(lián)箱處斷開，確保溶解出來的水能夠及時可靠排出，避免在凝結(jié)水管道內(nèi)發(fā)生二次凍結(jié)。

（4）解凍過程中，進入蒸汽分配管檢查會有蒸汽從管束中冒出，待該列所有單元凍結(jié)現(xiàn)象解除后，恢復入孔。

（5）正常開機前期，苫布不要拆除，待各單元溫度恢復正常，啟動風機前，組織人員拆除苫布，保證管束全部解凍。

（6）管束化凍過程中，炭爐子火焰切記不能接觸管束，避免管束鋁管碳化，影響防腐能力。

4 空冷系統(tǒng)防凍后續(xù)治理措施

后續(xù)治理措施如下。

（1）凝結(jié)水管道加裝伴熱：針對冬季現(xiàn)場環(huán)境溫度極低的情況，在凝結(jié)水管路上加伴熱，提高冬季凍結(jié)事件處理能力。每根管道彎頭處并列加裝6根伴熱，啟停機過程投入運行。

（2）排汽管道疏水管：針對疏水管路凍裂現(xiàn)象，在疏水管路上增加伴熱防凍。

（3）空冷蝶閥：請廠家配合治理空冷第2、7列蝶閥內(nèi)漏，利于冬季投停該列，確保解列后不凍結(jié)。

（4）空冷抽真空管道：空冷抽真空管伴熱普查并及時消缺；抽真空閥定位準確，開關(guān)正常。

（5）真空嚴密性：治理兩臺機真空嚴密性小于100 Pa/min，力爭實現(xiàn)優(yōu)秀值小于50 Pa/min。

（6）冬季每次啟停機，必須檢查空冷系統(tǒng)疏水、空冷凝結(jié)水管道及抽真空閥處伴熱電纜投運情況，確保無凍結(jié)現(xiàn)象。

總之，空冷機組冬季防寒防凍能力主要體現(xiàn)在真空度越高，系統(tǒng)的抗凍能力越強。冬季機組運行需要高度關(guān)注真空氣密性的定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)真空嚴密性下降，必須及時查漏、堵漏。為了保證空冷系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠運行，做到時時真空達標絕不放松、空冷系統(tǒng)小缺陷也不放過，同時吸取借鑒同地域機組的防凍經(jīng)驗，確保高寒地區(qū)空冷系統(tǒng)冬季長周期安全穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

文章結(jié)合國華呼倫貝爾廠發(fā)電有限公司直接空冷機組，從設計和現(xiàn)場方面分別總結(jié)并提出相應的防凍措施。并通過對空冷系統(tǒng)凍結(jié)與解凍的案例分析，得到導致空冷管束發(fā)生凍結(jié)的主要原因，即真空泄露冷空氣進入。最后給出了空冷系統(tǒng)防凍的后續(xù)治理措施。

參考文獻

[1] 耿勝民，呂雪霞，張勇，等.高寒地區(qū)直接空冷機組空冷凝汽器自動防凍控制[J].吉林電力，2011，39（3）：11-13.

[2] 安國梁.淺談600MW直接空冷機組的防凍措施[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（10）：47-48.

[3] 尹俠.600MW直接空冷機組防凍措施[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（5）：47-48.

[4] 王忠，趙雁，馮潤富，等.內(nèi)蒙古上都電廠2×600MW空冷機組防凍措施[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2005（4）：1-3.