高、低壓加熱器疏水不暢問題淺析

陳 晨，廖小軍

(1.上海電氣電站設(shè)備有限公司上海電站輔機(jī)廠，上海 200090;2.湖北能源集團(tuán)襄陽宜城發(fā)電有限公司， 湖北 襄陽 441400)

0 概述

高、低壓加熱器是汽輪機(jī)的重要輔助設(shè)備之一。高、低壓加熱器有效利用汽輪機(jī)部分抽汽，加熱給水后輸送到鍋爐，進(jìn)而減少進(jìn)入鍋爐的給水和爐膛的溫差，降低溫差換熱損失，提高機(jī)組效率。當(dāng)高、低壓加熱器疏水不暢時(shí)，可能導(dǎo)致機(jī)組強(qiáng)制降負(fù)荷及跳機(jī)等重大安全問題。本文就高、低壓加熱器疏水不暢問題進(jìn)行分別論述，對(duì)有效避免和解決加熱器疏水不暢問題以及整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行都具有重要意義。

1 高壓加熱器疏水不暢

表1為常規(guī)高壓加熱器設(shè)計(jì)參數(shù)：

表1 常規(guī)高壓加熱器設(shè)計(jì)參數(shù)

高壓加熱器的疏水原理是采用逐級(jí)疏水的方式，利用高加設(shè)備之間的級(jí)間壓差，實(shí)現(xiàn)正常疏水[1]。

根據(jù)熱平衡圖的設(shè)計(jì)方案，各級(jí)高壓加熱器的級(jí)間壓差較大，一般相差約1～3 Mpa。因此，高壓加熱器疏水不暢基本都是由于設(shè)備操作不當(dāng)或者閥門等配套件選型不合理造成[2]。

高壓加熱器疏水不暢可能由以下幾點(diǎn)構(gòu)成：

(1)運(yùn)行水位過低

液位變送器等附件一般是隨設(shè)備獨(dú)立包裝運(yùn)到現(xiàn)場。現(xiàn)場安裝時(shí)經(jīng)常由于零位未校準(zhǔn)、安裝過程管道臟污堵塞、安裝錯(cuò)誤等原因造成液位變送器零位和原設(shè)計(jì)正常水位有一定偏差，從而造成疏水不暢。此時(shí)可適當(dāng)抬高運(yùn)行水位及報(bào)警值(200 mm左右)，同時(shí)應(yīng)密切關(guān)注高壓加熱器的端差及液位變化情況，保障運(yùn)行安全。

(2)疏水調(diào)節(jié)閥選型時(shí)通流量不夠

在實(shí)際的疏水調(diào)節(jié)閥選型過程中，須針對(duì)高壓加熱器的具體參數(shù)(溫度、閥前閥后壓力、流量、管徑等)選擇合適的調(diào)閥，并保有一定的閥門調(diào)整余量供現(xiàn)場調(diào)整。若閥門選型較小、通流量或現(xiàn)場實(shí)際工況變化導(dǎo)致實(shí)際閥門通流量不夠，會(huì)阻礙高壓加熱器的正常疏水。

(3)閥門或者管道內(nèi)有異物

調(diào)節(jié)閥前、后的截止閥是否全開或堵塞；管道中是否有清洗用鋼絲球、積碳等雜物殘留在管道內(nèi)；疏水調(diào)閥閥芯及閥籠是否有積碳或者異物堵塞。這些情況都會(huì)使整個(gè)高壓加熱器疏水的通流面積減少，造成疏水不暢。

(4)疏冷段泄漏

在排除計(jì)量表計(jì)測量不準(zhǔn)的前提下，疏水不暢很可能是由于疏冷段泄漏造成的，造成此問題的可能原因有：

a)換熱管泄漏。高壓加熱器水側(cè)與汽側(cè)壓差較大，換熱管泄漏后直接沖刷在疏冷段的鋼板上，導(dǎo)致沖壞焊縫造成泄漏。

b)升負(fù)荷時(shí)，沒有控制好高壓加熱器溫升速率或者疏水溫度過高，引起焊縫斷裂，造成泄漏。

對(duì)于以上情況，常規(guī)的解決辦法有以下幾點(diǎn)：

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場安裝情況重新標(biāo)定水位設(shè)定值。當(dāng)高壓加熱器疏水情況仍不能滿足要求，通過水位抬升調(diào)整試驗(yàn)加以改善。

(2)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行參數(shù)(抽汽疏水溫度壓力，給水流量等)計(jì)算高壓加熱器疏水流量，核實(shí)疏水調(diào)閥通流量能否滿足現(xiàn)場實(shí)際工況的調(diào)節(jié)要求。

(3)對(duì)疏水閥門及管道進(jìn)行檢查。

(4)對(duì)高壓加熱器進(jìn)行查漏并修補(bǔ)，后續(xù)運(yùn)行中嚴(yán)格按照說明書操作。

2 帶外置式疏水冷卻器的低壓加熱器疏水不暢

外置低壓加熱器的疏水原理同高壓加熱器。

帶外置式疏水冷卻器的末級(jí)低壓加熱器的疏水原理：將外置式疏水冷卻器外置并布置在整個(gè)機(jī)組底部，通過高位差來實(shí)現(xiàn)正常疏水。

在國內(nèi)新建大型發(fā)電機(jī)組中，末級(jí)低壓加熱器大都配有外置式疏水冷卻器。隨著機(jī)組容量的提升，傳統(tǒng)的內(nèi)置式低壓加熱器在大型發(fā)電機(jī)組中管道布置的空間越來越小，加上末級(jí)低壓加熱器抽汽壓力非常低，甚至是負(fù)壓，因此極易引起疏水不暢。為解決此問題，外置式疏水冷卻器的低壓加熱器方案應(yīng)運(yùn)而生。

2.1 將低壓加熱器疏冷段外置并布置在整個(gè)機(jī)組底部，通過高位差來疏水，理論上可以有效避免傳統(tǒng)內(nèi)置式低壓加熱器發(fā)生的疏水不暢問題，但是在實(shí)際投運(yùn)后，近兩年末級(jí)低壓加熱器疏水不暢的現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。

2.2 下文將列舉兩個(gè)典型的帶外置式疏水冷卻器的低壓加熱器疏水不暢情況、原因分析及解決方案。

(1)電廠A現(xiàn)場情況：

該機(jī)組9號(hào)低壓加熱器疏水曾出現(xiàn)多次滿水情況，主要出現(xiàn)在高負(fù)荷階段。最后一次在2017年7月，工況：機(jī)組負(fù)荷1 000 MW，主蒸汽壓力27.53 MPa，主蒸汽溫度597 ℃，再熱蒸汽壓力5.51 MPa，再熱蒸汽溫度618 ℃，凝結(jié)水流量2 783 t/h。在滿水期間現(xiàn)場測量9號(hào)低壓加熱器筒體下部溫度高，上部溫度低。

機(jī)組8、9號(hào)低壓加熱器在高負(fù)荷情況下振動(dòng)劇烈，均曾出現(xiàn)振斷支吊架吊桿，振動(dòng)間歇情況。機(jī)組停機(jī)檢修期間，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)振動(dòng)觸發(fā)點(diǎn)疑似在8、9號(hào)低壓加熱器疏水匯合處的9號(hào)低壓加熱器疏水管側(cè)。機(jī)組容量核定試驗(yàn)期間，嘗試調(diào)節(jié)凝結(jié)水至低溫省煤器凝結(jié)水流量，將流量從790 t/h降至500 t/h后振動(dòng)幅度無明顯變化，但振動(dòng)間隔有所延長，其振動(dòng)出現(xiàn)時(shí)間間隔無固定規(guī)律可循。

(2) 電廠B現(xiàn)場情況：

在基本滿負(fù)荷下8號(hào)低壓加熱器水位短時(shí)間內(nèi)從-100 mm突然漲至200 mm，隨后勻速上升至測量上限820 mm且繼續(xù)上漲。疏水冷卻器出口溫度亦快速上升至約75 ℃并趨于穩(wěn)定。次日凌晨，負(fù)荷降至80%左右時(shí)，水位突然從高位下降至-100 mm的正常水位，且可以確定是通過疏水立管排走的。隨后8號(hào)低壓加熱器水位再次開始上升。隔離7、8號(hào)低壓加熱器后，水位并未下降。現(xiàn)場8號(hào)低壓加熱器疏水出口處可以聽到間斷的不規(guī)律間斷沖擊聲。在此期間7號(hào)低壓加熱器水位一直正常，疏水溫度無異常。

2.3 原因分析

(1)末級(jí)兩臺(tái)低壓加熱器疏水存在溫差、壓差，在疏水匯合處出現(xiàn)串流，較高溫度、壓力的低壓加熱器疏水?dāng)D壓進(jìn)入較低溫度、壓力的低壓加熱器疏水管路。

(2)末級(jí)兩臺(tái)低壓加熱器疏水管內(nèi)，疏水在疏水管路匯合點(diǎn)后很可能存在汽化現(xiàn)象，導(dǎo)致后段管道管損增加堵塞管道。

(3)末級(jí)兩臺(tái)低壓加熱器實(shí)際運(yùn)行參數(shù)偏離原設(shè)計(jì)，導(dǎo)致管道中的原設(shè)計(jì)水封被破壞。

3 解決方案

根據(jù)上述原因分析，要解決帶外置式疏水冷卻器低壓加熱器系統(tǒng)的疏水不暢問題，關(guān)鍵點(diǎn)在于如何避免疏水管道內(nèi)部產(chǎn)生氣液兩相流。下面提供兩種解決方案供參考。

方案一：

由于末級(jí)低壓加熱器疏水是靠抽汽壓力以及布置高度差完成疏水，因此只要布置時(shí)保證疏水管內(nèi)部建立足夠的水封高度(包括抽汽壓力變動(dòng)的部分)，使得兩臺(tái)低壓加熱器匯合點(diǎn)后疏水管內(nèi)部為純水狀態(tài)，最大限度地降低管內(nèi)氣液兩相流，即可解決帶外置式疏水冷卻器低壓加熱器系統(tǒng)的疏水不暢問題。

具體布置要求如下所述：

a)抬高疏水立管進(jìn)口高度。需核算各工況下運(yùn)行液位高度。原則上理論水位要高于疏水冷卻器疏水出口高度，再加約1 m的余量。同時(shí)要保證另一臺(tái)低壓加熱器液位不能過高，以免進(jìn)入低壓加熱器設(shè)備本體。

b)兩臺(tái)末級(jí)低壓加熱器的匯合點(diǎn)要盡量放低，整體疏水管路采用U型布置。若條件允許可考慮深挖，保證U型水封的建立。

c)在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮將末級(jí)低壓加熱器布置位置盡量抬高，方便后續(xù)疏水冷卻器管道布置。后續(xù)改造時(shí)，考慮將疏水冷卻器深埋，以滿足水封核算要求。

低壓加熱器疏水管內(nèi)理論液位計(jì)算公式如下

式中：

P疏——疏水冷卻器壓降；

P管——管道總壓損；

P凝——凝汽器喉部壓力；

P低——低壓加熱器抽汽壓力；

V疏——疏水冷卻器出口比容；

V低——低壓加熱器疏水出口比容；

H——假定疏水冷卻器疏水至凝汽器的疏水立管進(jìn)口高度；

h——由H計(jì)算得出的低壓加熱器疏水管內(nèi)理論液位；

通過變化量H，在各工況下計(jì)算得出h。當(dāng)h滿足上述所有布置要求后，即可得到實(shí)際布置的疏水冷卻器疏水至凝汽器的疏水立管進(jìn)口高度。整體布置如圖1所示。

圖1 疏水管道布置示意圖

方案二：

方案一雖然能夠在源頭上解決疏水不暢問題，但是有時(shí)受限于現(xiàn)場布置條件可能無法采用這種布置，因此提供另一種解決思路。

(1)將疏水冷卻器入口管管徑放大，保持匯合后的疏水流速基本不變。

(2)疏水冷卻器入口采取Y型匯合三通，分別引入8、9號(hào)低壓加熱器疏水。

(3)Y型匯合三通斜向下布置。

(4)原有管路進(jìn)行適當(dāng)移動(dòng)，以適應(yīng)Y型匯合三通的連接。

(5)8號(hào)低壓加熱器疏水引入Y型匯合三通前布置一個(gè)水平段，并加裝一道手動(dòng)蝶閥，用以調(diào)整8號(hào)低壓加熱器疏水與9號(hào)低壓加熱器疏水間的壓力平衡。

(6)復(fù)測疏水管水平段安裝坡度。確保安裝坡度順介質(zhì)流向向下。

(7)設(shè)計(jì)院根據(jù)現(xiàn)場布置情況，優(yōu)化管道支吊架，在適當(dāng)位置增加限位。

4 結(jié) 論

4.1 高壓加熱器疏水不暢，常規(guī)解決方案如下：

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場安裝情況重新標(biāo)定現(xiàn)場運(yùn)行水位。當(dāng)高壓加熱器疏水情況仍不能滿足要求，通過水位抬升調(diào)整加以改善。

(2)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行參數(shù)(抽汽疏水溫度壓力，給水流量等)計(jì)算疏水流量，核實(shí)調(diào)閥實(shí)際通流量能否滿足現(xiàn)場實(shí)際工況的調(diào)節(jié)要求。

(3)對(duì)閥門及管道進(jìn)行檢查。

(4)對(duì)高壓加熱器內(nèi)部進(jìn)行查漏并修補(bǔ)。后續(xù)運(yùn)行時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照系統(tǒng)說明書操作。

4.2 低壓加熱器疏水不暢，常規(guī)解決方案如下：

根據(jù)現(xiàn)場末級(jí)低壓加熱器實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化管道布置，避免在管道中產(chǎn)生氣液兩相流。