（大唐吉木萨尔五彩湾北一发电有限公司）
摘要：本文针对大唐准东五彩湾2×660MW工程汽机排汽采用的表面式间接空冷系统在冬季防冻方面从设备优化及运行调整手段上进行进一步探讨和优化，以保证机组间冷系统在高寒地区越冬安全。
关键词：间接空冷；冬季防冻；系统优化；运行优化
1.前言
大唐准东五彩湾2×660MW工程是“疆电外送”的配套电源点项目之一。准东五彩湾地处北疆戈壁腹地，地下储煤丰富，但水资源严重匮乏，加之地区多风，表面式间接空冷系统成为本项目优选。同时该地区冬季异常寒冷，极端低温达到-40℃，间冷系统冬季防冻问题突出。
2.概述
本工程采用表凝式间接空冷系统，间冷系统设计为单元制，每台机包括一座间冷塔（包含塔内间接空冷系统设备），配10个冷却扇区，散热器散热面积为163.03万㎡，散热器采用铝质翅片散热器（采用4排管）；一台表凝式凝汽器、冷凝面积为4.2万㎡；一座循环水泵房，三台循环水泵、一根DN3000循环水进水管道、一根DN3000循环水出水管道。设计背压10.5kpa，夏季设计背压30kpa。为了达到灵活调节循环水流量的目的，主机循环水泵选用双速泵。
间接空冷系统采用自然冷却塔的冷却方式，散热器环形垂直布置在塔底部的进风口。在自然进风状态下，当热负荷确定的条件下，其冷却能力直接取决于环境温度。散热器管内的循环水温受环境温度下降而降低，下降到一定温度将可能造成散热器管内冻结，导致传热性能降低，管束堵塞或被冻裂、变形。散热器管内冻结时的主要原因一是水温低、局部流速慢或不流动；二是环境温度低时，系统进行充放水作业；三是百页窗漏风大，大量冷空气进入，造成局部过冷，引起冻结。最易受冻的部分是空冷塔内冻土层以上的配水管和空冷塔内的散热器，这也是设计和运行中重点防护的部分。
3.常规防冻设计
3.1间冷塔内部配水管及阀门储水箱等附件防冻。一是采取布置在冻土层下及地下阀门井措施。二是设置排水系统，当冬季需要停运扇组时及时将阀后管道内和散热器内部的循环水排空至地下水箱。
3.2散热器外面装设百叶窗防冻。冬季及时调节和关闭百叶窗是扇组防冻的重要手段。一要百叶窗及执行机构质量可靠，二根据扇区循环水出水温度自动调节和紧急关闭百叶窗，三是加强冬季百叶窗的日常检查维护保养，确保每个百叶窗均能起到相应作用。
3.3每个扇区设置独立进行自动充排水管路，同时排气管径增加并设电伴热（加快充、放水速度避免被冻）。放空管上设置电动阀门，与地下水箱相连接，能够根据回水温度独立的投入运行和退出运行。当冷却水温降至设定的极限值时或因气温原因关闭部分散热器时，可将系统内水排空防冻。为了保证散热器充、放水顺利，配水管道上阀门可靠性要高，动作准确迅速，关闭严密。
3.4间冷塔内供、回水母管间设置电动调节旁路阀，冬季启动时在低负荷小流量工况下冷却水先走旁路，待水温升高后，再进入散热器；或者水温非常低时旁路冷却段，避免散热器内循环水在低流速或低温下发生冻结。
3.5扇区散热器可采用双流程系统运行，夏季逆流方式（即冷水侧在外、热水侧在内），冬季则通过切换阀可改为顺流方式（即热水侧在外圈、冷水侧在内圈），来保证夏季换热、冬季防冻目的。
3.6每个扇区配水末端或其他容易冻结部位的散热器处增设温度测点，及时监测散热器内的水温。
4.系统方式上进一步优化防冻效果
经调研周边近几年投产的的间冷机组，其中新疆其亚电厂采用单元制，寒冷天气主要依靠关闭百叶窗，同时根据需要停运部分扇区来进行防冻，出现过百叶窗由于关不严缝隙大导致换热面被冻被迫使用棉帘子的额外手段，也出现过开停机过程中热负荷较低时，控制不当导致的管束被冻，也出现过扇区投退过程发生冻结问题。新疆神火电厂间冷系统采用两机一塔冷却方式，两台机的扇区在间冷塔交错布置，该方式较为有效缓解单台机组启停过程低负荷阶段塔内温度场分布，有利于间冷塔换热器的防冻，但需要加大间冷塔直径来匹配，不适宜660MW机组。
大唐准东五彩湾2×660MW工程间冷采用循环水扩大单元制布置方式，如图1，在两台机组循环水系统间增加联络门，达到优化系统调节方式的目的。
1）单元制设置的空冷系统，当百叶窗关闭后只能通过减少扇区来调节循环水温度。而系统变更为扩大单元制后，可根据机组负荷、环境温度等参数的变化采用两机并塔运行，从而做到了任一空冷塔退出运行而无需停机的要求。
2）由于运行机组循环水温度高于除盐水温度，在冬季当任意一套停运的间冷系统需注水投入运行时，运行机组循环水可通过其回水管道的联络管给待启动机组循环水系统注入35℃以上的水，提高了待启动机组循环水初始温度，使整个间冷塔冬季启动时的防冻能力得到大大提升。
图1 扩大单元制间冷系统
5.从运行管理角度来进一步提高防冻效果的措施及注意事项
5.1间冷塔百叶窗自动调节、扇区防冻的逻辑保护要完善，并确保可靠。
1）对于百叶窗调节，根据环境温度通过控制百叶窗开度调节进风量进行防冻，要求环境气温低至定值后，开度应自动同步开始减小降低通风量来提高水温，实现防冻。根据相应经验，一般控制在环境温度5℃时，循环水出水温度约为20～25℃。在调试或运行初期，可适当提高控制水温，避免经验不足和操作不当管束被冻。当百叶窗开度小于25%时，百叶窗风量计算和实际风量控制误差较大，这时如果水温继续下降，则按百叶窗全关，扇区退出运行考虑。
表1 不同气温条件下出塔水温百叶窗开度的之间关系（参考100%TMCR工况）
2）对于扇区关停，在严寒天气时，可优先考虑切除迎风面部分扇区运行，同时将该散热器内的水放空来防冻。当扇区出口水温降到某一设定值时，能够自动关闭百叶窗，实现捂管提温防冻。
3）防冻保护逻辑参考：重要测点采用3取2逻辑提高可靠性；环境温度＞5℃时，设为夏季工况，百叶窗全部打开。当环境温度＜5℃时：扇区出水温度降至25℃时，报警；扇区出水温度降至20℃时，自动关闭该扇区百叶窗捂管。当出水温度回升至28℃时，开启返回正常控制状态；扇区出水温度降至15℃以下且维持15分钟后，该扇区退出运行，若重新投运只能手动完成；若间冷塔回水母管温度＜12℃且维持15分钟后，进入整塔紧急排水状态，打开塔内循环水母管远端上旁路阀，是决定某扇区排水还是各扇区均排水应由控制人员立即决定并谨慎处理。
5.2冬季扇区投运过程的防冻
扇区充水发生冻结与充水速度、充水温度、管束金属温度有关，速度越快、温度越高、管束温度（环境温度）越高，越不易冻结。但过高温度和充水速度、过低的环境温度导致的热冲击也越大，密封橡胶圈、焊缝阀门膨胀节易发生漏水。这就要求水温和环境温差不要过大，不宜超过80度，同时环境温度越低要求的充水温度就越高，温差越大，当环境温度-16度时充水温度已要求达50度，所以尽量避免在-20度以下充水。考虑到其他因素原则上冬季运行期间不进行扇区的投退操作，确需投、退扇区时应尽量安排在白天气温度较高时操作。
冬季扇区投运过程中为保证扇区排气充分，充水时可同时开启进回水阀，加快速度。充水完毕，检查温升温度正常，确认水循环正常、出水温度符合要求后再投入百叶窗调整。另外要求投扇区时确保膨胀水箱水位在保证水位以上避免系统进入空气，导致气塞影响水循环。
冬季机组整体启动过程充水，首先开启进回水配水母管旁路调节阀，使循环水先在管道内循环，当循环水温升高到30℃以上时，开始打开一个扇区充水，待系统内水温再上升到较高温时再顺次打开下续扇区，进入正常运行。在充水期间空冷塔内的百叶窗关闭，待投入正常运行后再根据水温调节百叶窗开度。冬季运行时要十分关注循环水系统的水温，重点是保证系统的水温不小于20～25℃。
5.3冬季正常运行中需注意问题
1）加强监视间冷塔各参数监视，监视好百叶窗开度跟踪，控制间冷塔出口循环水温考虑按表2控制。
表2 环境温度与出水温度控制对应推荐表（呼）
2）做好化学水质监督，铝制换热器对循环水PH值要求较高（避免电化学腐蚀），若水质超标运行，极易导致铝管大面积泄露，根据相关经验（神火）控制水质标准：PH7.0～8.0、Fe+≤200μg/L、AL+≤200μg/L、ds≤10μs/cm，定期检测及时调整避免腐蚀。
3）加强间冷塔就地检查，扇区管束漏水立即汇报，联系点检到场处理。
4）若有停运扇区，为改善紧邻停运扇区的冷却三角管束防冻效果，将运行扇区挨着停运扇区的冷却三角百叶窗切至手动关闭。
5）任何情况下不得使间冷膨胀水箱水位低于底限定值，否则扇区顶部有充不满水使循环停滞而发生冻管可能。
6）加强监视各投运扇区顶部满水指示正常、停运扇区底部存水指示未发。如有异常需立即就地检查并联系处理。
7）加强检查间冷防冻所有伴热投入情况，伴热温控仪显示正常。
8）加强扇区自动排空阀试验工作，确保工作可靠。
9）严寒天气定期对冷却三角靠塔外侧翅片管温度较低处进行热成像仪测温，发现温度低于17℃时需采取措施。如发现有个别管子温度明显低于同屏两侧管温的情况，应将此冷却三角百叶窗控制电机打至就地全关，保证间冷安全。
10）当环境温度降至-10℃以下时，加强监视投运扇区所有冷却三角回水支管温度。严格控制冷却三角回水温度不低于33℃。发现有回水温度低于33℃的冷却三角，则轮流关闭其百叶窗30分钟进行提温。
5.4冬季机组发生故障停机，立即检查关闭百叶窗，并就地确认严密，然后按要求程控排水。为了防止程控过程故障导致排水中断，运行人员必须到就地检查，确认每个扇区的紧急排水阀全开，否则手动开启防止排水不净导致扇区冻结。如机组短时间不能恢复启动，在循环水温低于40℃时泄掉最后1个扇区，保持单循泵正常运行。扇区若长时间停运，确认放空后关闭紧急排空阀，避免热气返至管束导致的凝冻堵塞。
5.5冬季两塔并列运行方式
采用扩大单元制设计后，系统灵活性增加，在入冬降温前，可将联络门开启，两机两塔并列方式运行，提高了空冷系统防冻能力。
采用两塔并列运行主要考虑如下：一是间冷塔扇区在环境温度小于-20℃时一般禁止充水，加之准东五彩湾地区冬季严寒，极端气温接近-40℃，为避免在低温时投运扇区，在入冬降温前将所有扇区投入运行，一台机组停运为保证循环水温度在一定范围要并列在一起。二是当其中任一台机组停运循环水温也不会急剧下降，从而降低冻管风险发生。
两塔并列操作，操作前调整两侧循环水泵台数及高低速状态，保证出力平衡，顺序是首先开启间冷出水联络门，再开启循泵入口联络门，最后开启循环水泵出口联络门。解除并列运行时操作按照相反顺序操作。
并列方式运行中发生一台机组停运时，立即确认停运机组百叶窗自动关闭至零位，否则应手动关闭。及时调整循环水泵台数，要求运行机组出力大于停运机组出力。运行机组根据回水温度情况，全关百叶窗；如间冷出水温度继续降低至要求温度以下时，停运机组凝汽器水侧半侧解列；若机组长期停运待无热水热气进入凝汽器后，可解列停运机组凝汽器水侧，间冷塔保持投运进入单机双塔方式运行。若停运机组回水温度大于45℃，可稍开百叶窗，待温度降至42℃时关闭；停运机组间冷塔各屏温控制不低于12℃，小于12℃应立即对所对应的扇区进行捂管，直至温度回升至15℃以上时，方可投入自动。
单机双塔方式运行时，运行机组跳闸，应根据机组恢复的时间对扇区进行放水操作：预估机组点火时间小于2小时，执行扇区不放水处理，但应做好扇区保温工作。严密监视回水温度变化，当回水温度小于17℃时，检查扇区疏水保护动作正常，否则应手动进行疏水；机组挂闸后，间冷百叶窗继续保持关闭至少4小时以上，对回水温度较低的扇区，适当延长捂管时间；预估机组点火时间大于2小时，小于4小时，执行部分扇区不放水处理，但应做好扇区保温工作，同时立即对迎风面扇区进行疏水，具体要求如下：严密监视回水温度变化，当回水温度小于17℃时，检查扇区疏水保护动作正常，否则应手动进行扇区疏水。机组挂闸后，对回水温度较低的扇区，适当延长捂管时间；预估机组点火时间大于4小时，进行扇区放水处理。
6.冬季间冷塔防冻需要关注的其他问题
6.1扇区上安装的阀门的密封也是防冻的关键问题，如果阀门关闭不严，管束中仍存有少量水，则会导致散热器管束的冻结。
6.2在各冷却三角衔接处设置密封条仿制漏风，亦对空冷塔的防冻起到较好的作用。
6.3在安装空冷散热器之前，应清理其内部残留的杂物，运行之前需进行水清理干净，由于散热器的冷却水管径较小，易引起杂物在管内堵塞，导致冰冻，损坏散热器。
6.4百叶窗的启闭必须同步，否则将会导致冬季散热器结冰的后果。
6.5入冬前需对系统进行全面防冻检查治理：如百叶窗、阀门是否有卡涩现象、阀门、管道等接头是否有渗漏，检查百叶窗是否同步开启、关闭；防冻控制系统是否正常等，应保证扇区进出水阀门、防水阀门，在开、关过程中不能卡涩。建议疏水阀门及进出水母管联络阀门等，采用快速启闭阀门，保证散热器快速排水；且冰冻线以下的阀门采取电伴热方式进行防冻。
7.总结
660MW间接空冷机组在高寒地区防冻经验较少，做好机组间冷设备防冻设计和运行经验前期收集总结十分必要。对一些薄弱环节多加分析考虑研究，机组投运初期防冻方面就会少走弯路。当然在日后运行过程中仍需要不断摸索提高，积累运行经验，不断完善间冷系统及运行方式，把上述数据参数确定优化，不断提升机组间冷设备冬季运行安全，提高机组运行可靠性。
论文作者:雷思明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
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