王磊
陕西北元化工集团股份有限公司热电分公司
摘要：本文介绍某化工厂自备电厂直接空冷系统冬季冻结的原理，分析蒸汽流量过低、真空泄露严重、热风再循环、散热器脏污等问题，通过运行实践经验的积累，制定了详细有效的措施，摸索出了西北高原地区冬季直接空冷运行的方法及防冻防裂措施，保证了机组安全经济运行。
关键词：汽轮机；真空泵；防冻
1前言
某大型化工厂配套自备电厂4*125MW机组，采用直接空冷技术。空冷岛由中国双良集团提供，机组直接排汽装置系统（ACC）由4列组成，每列4个风机单元（每个风机单元1台风机），共16个风机单元。每列第二个风机单元（从蒸汽分配管入口方向依次为一、二、三、四）为逆流单元。抽真空由2台水环真空泵完成。在启动阶段，2台泵全部运行，正常运行时1台泵来维持真空。
直接空冷机组因其明显的节水效果而广泛应用，但也存在一些固有的缺点，如受外界环境的影响较大，冬季启停、低负荷运行防冻问题十分突出。本自备电厂空冷岛冬季运行工况平均气温达到－18℃，最低气温可到－32 ℃。作为抽汽机组，平均供汽量达到240吨/h，抽汽量基本达到额定抽汽量，给空冷岛防冻造成较大压力，空冷岛运行调整更为重要和迫切。
2 空冷系统概述
汽轮机低压缸排出的蒸汽经大蒸汽管道，进入蒸汽分配管，在蒸汽分配管中将蒸汽分配给各个顺流管束，通过大型轴流风机强迫空气流过顺流管束，大部分蒸汽在顺流管束翅片管内表面冷凝成水流入下联箱，部分未凝结的蒸汽和不凝性气体经下联箱进入逆流管束，蒸汽在逆流管束翅片管内表面冷凝成水流入下联箱，不凝性气体经逆流管束上部的抽气口、抽真空管道，进入水环真空泵，在真空泵内被压缩后排入大气。同时，下联箱中的凝结水由于重力作用经凝结水管道进入排汽装置。本空冷岛单排管和顺逆流相结合结构。空冷系统按照每台机组16个冷却单元（4×4）配置，风机直径9.144m，空冷平台高30 m，转速86rpm，风量470m3/s，空冷凝汽器散热面积401140m2.。
3 空冷岛冻结原理
水结冰条件是温度降到 0 ℃ 以下，成为过冷水，当过冷水中出现尺寸大于临界尺寸的冰核时，结冰过程开始，冰核在过冷水中长大，最终成为宏观意义上的冰。蒸汽在顺流管束上部凝结，凝结水顺管壁流动。蒸汽未到达底部已基本凝结，底部不凝性气体组分较多，蒸汽分压很低，温度很低。凝结水在流动过程中与管外空气换热，水中热量不断散失，在靠近管束下部某处冻结。随着进入凝汽器蒸汽量的增加，能够对部分已冻结处的冰消融，而当蒸汽的推进速度不足以加热融化冻结区的冰冻，则造成传热管堵塞，蒸汽失去推进动力，冰冻逐渐增加，传热管或被冰冻损坏。
4 造成空冷凝汽器冻结有以下几个因素：
（1）热负荷太小，低于凝汽器最低防冻要求；
（2）不凝性气体在凝汽器内部积聚，不仅会造成空冷系统启动时凝汽器的冻结，同时发生正常运行工况时凝结水在管束内冻结现象；
（3）真空泄漏，当直接空冷系统漏气量大时，抽气系统功能下降，换热不均造成空气在系统中聚集形成冷区．在冷区里，蒸汽的含量很少，凝结放热很小，而空气本身因为比热小，很容易被冷却到环境温度．当凝结水流经冷区的时候就会被冷却，如果在冷区内被冷却到冰点，就会结冰；
（4）化工供汽抽汽量增大致使进入空冷凝汽器的蒸汽量减少；
（5）空冷岛排汽蝶阀误关（我厂#3空冷岛排汽蝶阀误关，此阀门不严密导致空冷岛冻结，机组停运后通过明火烧烤解冻，此事故已成造成#3空冷岛永久性变形，给运行带来安全隐患）；
5 空冷系统冬季运行采取的措施
（1）机组在冬季启停机过程中应将空冷岛列1、列4排汽电动门退出运行，并确认蝶阀在完全关闭状态（如空冷岛列1、列4排汽电动门不严密研究关闭此门，关闭后空冷管束将局部冻结）；
（2）将控制压疏水扩容器温度70～80℃；
（3）汽轮机冲转后，应尽快增加负荷至额定负荷60%以上；
（4）风机在排汽装置进汽后尽可能不投入运行，需要投入风机时，应根据机组背压、散热器出口热风温度、各列散热器下联箱凝结水温度以及各排抽空气口温度等参数，综合考虑后决定开启某台风机；
（5）某风机需要投入运行，应就地实测各排下联箱凝结水温度大于35℃且各单元散热器温度均已上升达到并超过35℃后，方允许投入风机；
（6）投入逆流风机反转时应确认空冷岛出口热风温度大于35℃且本排抽空气口温度不低于20℃；
（7）冬季运行期间每班应就地实测各投入排散热器及联箱温度不少于两次，尤其应注意各排顺流凝汽管束下部、逆流凝汽管束上部温度；
（8）应定期做空冷岛的真空严密性试验，确保真空系统维持稳定。一般真空下降≤100 Pa / min 为合格，真空下降不合格时，应对整个空冷系统进行排查及时 发现泄漏点。通过多启动 1 台真空泵运行的方法，可及时抽走系统中的不凝结气体，提高蒸汽流动速度。抽真空能力提升后，各列抽汽口处温度明显改善，逆流区域温度明显上升。另外，通过监视真空泵 电流也可以及时发现真空是否良好，电流的明显上升说明真空系统存在泄漏，应及时查找消除。
（9）提高机组背压，机组在一定负荷情况下，运行背压越高，则排汽 温度越高、排汽量越大，汽热量也越大，有利于防冻。但是背压的提升影响机组的经济性，冬季运行背压可适当提高 2 ～ 5 kPa。我厂空冷机组背压的变化总是相对滞后的，系统调节存在一定的惯性，不是最优的调节方式。
（10）凝结水过冷度一般定义为凝汽器压力下的饱和温度与凝结水温度的差值。直接空冷机组凝结水过冷度不同于湿冷机组，空冷机组过冷度一般是排汽管道压力对应的饱和温度与空冷岛凝结水总管温度的差值。过冷度大，说明凝结水有过冷现象，有冰冻可能。经现场检查，过冷度大于 10 ℃，可以就地听到翅片管中结冰颗粒快速滑过翅片的声音，凝结水集箱中有冰与管道中凝结水撞击的异音，此时应提高机组背压，降低过冷度，防止结冰。一般控制过冷度在 3 ～ 5 ℃ 之间。
6 空冷凝汽器发生冻结后采取的措施
如果管束已结冻尚未堵塞时，可迅速降低机组的真空，停运风机转速，提高机组负荷，减少机组化工供汽量等利用蒸汽加热融化以解决早期冻结的问题。
如果管束已经发生严重冻结并堵塞时，可考虑应用空冷岛上方的热空气来融化冰。利用逆流风机的倒转，吸取上方的热空气来加热管束，提高机组负荷增加进入空冷岛的热负荷。如果采取以上措施后管束冻结问题还未解决，则可使用一足够大的帆布罩于被冻管柬上方，在不影响机组安全运行时可考虑局部加热（如伴热带、物理加热等）。
7 结束语
直接空冷机组由于受制于气象条件，因此运行人员对空冷系统的调整尤为重要。在机组投产后运行中要经常对直接空冷系统运行中出现的问题进行分析并及时处理，特别是在冬季应对直接空冷系统提前进行全面检查。以上是针对直接冷空技术防冻提出的一些看法，该措施经过工作实践已得到证实防冻效果明显，值得同行参考，其他更好的防冻措施有待进一步研究探讨。
参考文献：
[1]高正伟．３００ＭＷ 直接空冷机组冬季运行防冻措施探讨
[2]王学民．３００ＭＷ 直接空冷机组空冷岛的防冻措施
论文作者:王磊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/10
标签：凝结水论文; 机组论文; 蒸汽论文; 风机论文; 凝汽器论文; 温度论文; 过冷论文; 《防护工程》2018年第30期论文;