極度寒冷地區(qū)直接空冷機(jī)組空冷島防凍措施研究

石 磊

(晉控電力塔山發(fā)電山西有限公司，大同 037000)

0 引 言

以往在冷卻系統(tǒng)中，常使用冷卻水介質(zhì)?？紤]到我國面臨繁重的水資源短缺負(fù)擔(dān)，故此在直接空冷機(jī)組空冷島運(yùn)行階段，為了供應(yīng)充足的冷卻蒸汽，需要加強(qiáng)防凍設(shè)計(jì)，以期在保證空冷島順利運(yùn)行前提下，增加冷卻空氣介質(zhì)儲量，為汽輪機(jī)排汽冷卻系統(tǒng)的良性運(yùn)行給予保障，滿足新時(shí)代節(jié)能發(fā)展需求。

1 直接空冷機(jī)組空冷島常見防凍問題

直接空冷機(jī)組主要是以空氣作為冷卻介質(zhì)的機(jī)組，而空冷島作為具備高溫蒸汽降溫作用的風(fēng)機(jī)裝置，在其運(yùn)行期間，常因下述多則原因而遭受冰凍問題。第一，散熱管溫差大。直接空冷機(jī)組冷空島在運(yùn)行期間，常需要利用散熱管達(dá)到降溫目的，如若受流量不均以及熱力不均等因素的干擾形成溫差，或者本身產(chǎn)品質(zhì)量存在隱患，均會(huì)削弱降溫效用，增加冰凍風(fēng)險(xiǎn)。以600 MW直接空冷機(jī)組為例，多形成10 ℃，甚至15 ℃的溫差后果；第二，排氣口壓降大，在利用空氣充當(dāng)冷卻介質(zhì)期間，若凝汽器本身具有飽和壓力，且入口壓力與汽輪機(jī)排氣口壓力存在0.55 kPa左右壓力差，很容易形成2 kPa壓降。特別是在極寒地區(qū)，溫差更大，若不及時(shí)展開防凍操作，易破壞運(yùn)行質(zhì)量；第三，氣密性薄弱，冷空島是以56臺風(fēng)機(jī)組合而成的降溫裝置，若自身存在氣密性差隱患，將無法保持溫度指標(biāo)的均衡控制，且易受外界環(huán)境指標(biāo)的干擾；第四，防凍不到位，依據(jù)不同工況模式需要編制對應(yīng)的防凍方案。顯然當(dāng)前在執(zhí)行防凍措施時(shí)，缺乏可靠性，未能做好工況分類設(shè)計(jì)工作，導(dǎo)致原定的防凍方案未能滿足冷空島所有工況條件。鑒于此，面對常見防凍問題，應(yīng)當(dāng)提出針對性對策，借此改善冷空島效力差等不良風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀，增強(qiáng)冷空島防凍能力[1]。

2 極度寒冷地區(qū)直接空冷機(jī)組空冷島防凍措施

2.1 加強(qiáng)真空系統(tǒng)密封設(shè)計(jì)

在對冷空島實(shí)施防凍設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)從密封設(shè)計(jì)層面上，保證真空系統(tǒng)具備完善的密封條件。一方面，由于密封性多影響溫度分布均衡性，故此若能加強(qiáng)密封改造設(shè)計(jì)，即可削弱環(huán)境因素對散熱管表面溫度產(chǎn)生的負(fù)面影響。另一方面，要求冷空島安裝人員，務(wù)必按照標(biāo)準(zhǔn)且規(guī)范的安裝流程安裝好各個(gè)風(fēng)機(jī)。通常需要遵照安裝手冊與技術(shù)指導(dǎo)書，促使風(fēng)機(jī)、空冷凝器等裝置安裝環(huán)節(jié)獲取優(yōu)良質(zhì)量。與此同時(shí)，監(jiān)理方在建設(shè)冷空島系統(tǒng)安裝項(xiàng)目時(shí)，也要統(tǒng)籌管理建設(shè)流程，尤其是在主排氣管道等相關(guān)部件焊接作業(yè)中，需要對焊接質(zhì)量進(jìn)行全面檢測。一旦出現(xiàn)焊接異?，F(xiàn)象，需要立即組織焊接人員予以修復(fù)。從以往研究中不難發(fā)現(xiàn)，在下聯(lián)箱部位焊接問題出現(xiàn)可能性更高，監(jiān)理人員需要針對不同焊接部位以及安裝區(qū)域?qū)嵤┐罅Χ缺O(jiān)管舉措，直到達(dá)到焊接質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后，方可進(jìn)入冷空島竣工環(huán)節(jié)。因冷空島質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，很容易引發(fā)冰凍后果，故此在整個(gè)安裝過程，既要關(guān)注汽輪機(jī)、管道安裝質(zhì)量，又要對儀表、閥門安裝效果加以深度檢測，就此提高防凍水平，消除任何冰凍隱患。

2.2 注重排汽裝置漏點(diǎn)查找

在直接空冷機(jī)組空冷島運(yùn)行階段，因其處于極寒地區(qū)，極易受外界冷空氣的侵襲，致使在對高溫蒸汽進(jìn)行降溫時(shí)遭受凍害，從而影響機(jī)組運(yùn)行效果。而在防凍設(shè)計(jì)中，還要注重排汽裝置漏點(diǎn)的精準(zhǔn)查找。漏點(diǎn)的產(chǎn)生，不但會(huì)增加安全風(fēng)險(xiǎn)性，而且還會(huì)導(dǎo)致冷空島安裝作業(yè)后，自漏點(diǎn)處降低降溫作用。對此，及早檢漏是可行性較強(qiáng)的一項(xiàng)防凍措施。在實(shí)際查漏中，相關(guān)人員可以利用灌水方式，想排汽裝置負(fù)壓區(qū)實(shí)施灌水處理。若不存在漏點(diǎn)，其水位高度將持續(xù)一段時(shí)間不發(fā)生變化。若有漏點(diǎn)，隨著時(shí)間后延，水位逐漸下降。此時(shí)，可以通過篩查方式找到漏點(diǎn)，填充修復(fù)后再度實(shí)施查漏實(shí)驗(yàn)，直到水位持續(xù)不變，方可驗(yàn)證排汽裝置安裝到位。從相關(guān)研究中，于查漏范圍上，也要密切關(guān)注儀表以及閥門等多區(qū)域漏點(diǎn)分布情況，擴(kuò)大查漏范圍的基礎(chǔ)上，有效消除冷空島冰凍風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 實(shí)現(xiàn)空冷島氣密性檢測

為了給冷空島創(chuàng)造有利的防凍條件，還應(yīng)當(dāng)對冷空島積極展開氣密性檢測工作，以此結(jié)合氣密性檢測結(jié)果，判定當(dāng)前冷空島遭受冰凍侵害的可能性，而后提出對應(yīng)的修復(fù)措施，增強(qiáng)氣密性。在氣密性檢測階段，需要將檢測范圍拓展至換熱器管束以及空氣冷凝器部分，由此增加氣密性檢測數(shù)據(jù)可靠性。

首先，檢測人員需要先行確定好氣密性檢測范圍，包括冷凝管道、配汽管道、疏水箱等；其次，以0.8 MPa壓強(qiáng)對冷空島汽輪機(jī)系統(tǒng)實(shí)施加壓操作，而后持續(xù)一刻鐘后，需要分析壓力指標(biāo)變化規(guī)律。若氣密性良好，則不會(huì)引起壓強(qiáng)波動(dòng)后果。由于極寒地區(qū)溫差明顯，且冷空氣儲量豐富，為了促使冷空島表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，還要掌握外界環(huán)境溫度變化規(guī)律。若從壓力波動(dòng)指標(biāo)上，每日壓力降低幅度在0.1 kPa以內(nèi)，則表示氣密性檢測達(dá)標(biāo)；最后，還要對真空系統(tǒng)氣密性予以檢測，在10 kPa條件下斷開真空泵，從中對壓力負(fù)荷變化情況進(jìn)行分析，如若每分鐘壓力負(fù)荷變化值在0.15 kPa以內(nèi)，則表示真空系統(tǒng)氣密性優(yōu)良。經(jīng)氣密性檢測操作后，能夠及早發(fā)現(xiàn)氣密性不強(qiáng)問題。隨著氣密性的降低，冷空島很難在降溫過程中，保持優(yōu)良動(dòng)態(tài)。同時(shí)，在氣密性檢測階段，也可以使用專用空冷島檢漏儀，以專用設(shè)備輔助檢測人員快速準(zhǔn)確獲取檢測結(jié)果，自此提升防凍設(shè)計(jì)時(shí)效性[2]。

2.4 結(jié)合工況確定防凍方案

2.4.1 靜態(tài)調(diào)試工況

冷空島要想保持穩(wěn)定運(yùn)行，需要依據(jù)不同工況模式，為其制定對應(yīng)的防凍方案。其中主要包括靜態(tài)調(diào)試工況。于極寒地區(qū)條件下，關(guān)于冷空島的安全運(yùn)行，在處于靜態(tài)調(diào)試工況時(shí)，可以利用下述措施優(yōu)化防凍效果：

其一，保溫設(shè)計(jì)，在冷空島防凍設(shè)計(jì)階段，需要對易受冰凍的薄弱部位進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，可以加裝散熱翅片蓋簾保溫，繼而防止形成凍層。經(jīng)調(diào)查：低溫易凍部位多以抽真空管道為主，可在逆流區(qū)風(fēng)機(jī)增加封堵裝置，以改善冰凍現(xiàn)狀。

其二，在防凍設(shè)計(jì)中需要加大防凍監(jiān)測力度，也可以借助智能監(jiān)測手段，增加空冷溫度場，預(yù)判冰凍參數(shù)，而后發(fā)出預(yù)警信息，供運(yùn)行人員提前完成防凍調(diào)整。隨著在靜態(tài)調(diào)試工況條件下防凍有效性的提升，即可為冷空島的良性運(yùn)作奠定基礎(chǔ)，促使在極寒地區(qū)建成的電廠擁有優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)質(zhì)量[3]。

2.4.2 機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行期工況

由于啟動(dòng)階段空冷島進(jìn)汽量特別少，很容易結(jié)凍，在極寒地區(qū)控制好機(jī)組啟動(dòng)階段的防凍調(diào)整尤為重要，故可以采用提高再熱器壓力至1 MPa左右再打開低壓旁路的方法，增加空冷島進(jìn)汽流量的方法避免空冷島結(jié)凍。再根據(jù)溫度指標(biāo)的變化情況，觀察冷空島負(fù)荷變化規(guī)律，更要關(guān)注逆流回暖控制現(xiàn)象，需要間隔一段時(shí)間再啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，否則在多次反復(fù)操作下，更易引發(fā)凍害。依據(jù)某電廠實(shí)際防凍成果，在處于低溫-30 ℃的極寒地區(qū)里的電廠，關(guān)于冷空島防凍措施的應(yīng)用，可參考上述內(nèi)容，與往年空冷島發(fā)生凍害風(fēng)險(xiǎn)的頻率比較，顯然得到了顯著降低，表明此次研究結(jié)果具備推廣價(jià)值。

3 結(jié)束語

綜上所述，在極寒地區(qū)直接空冷機(jī)組冷空島一旦遭遇冰凍事故，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。考慮到極寒地區(qū)空冷島安全運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)從真空系統(tǒng)密封設(shè)計(jì)、漏點(diǎn)查找、真空嚴(yán)密性試驗(yàn)、防凍方案、運(yùn)行方式調(diào)整等方面著手，促使改進(jìn)后的空冷島始終具備可靠的防凍能力。