摘要：空冷降温方式是电厂采取的机组排汽冷却的主要方式，具有明显的优势和性能。冬季运行时，如果操作不当很容易引起空冷机组的冻结，造成设备的损坏。本文结合600MW机组进行空冷机组防冻分析，探讨了冬季易发生冻结的原因，并提出了相关的防冻措施，以期为相关的操作运行提供参考。
关键词：间接空冷 防冻 优化
1概述
电厂机组的空冷主要分为两种，即直接空气冷却系统和间接空气冷却系统，而间接空气冷却系统又可以分为表面式空气冷却系统和混合式空气冷却系统两种。目前，空冷系统在国内电厂中的应用较为广泛，具有显著的优势。间接空冷系统的运行过程如下，汽轮机的排汽进入表面凝汽器的凝汽侧，与进入冷却侧的循环冷却水进行换热。换热后，排汽凝结成液体水进入锅炉给水循环系统，经过一系列处理后进入锅炉，而换热器冷却侧的循环冷却水吸热后进入空冷塔与空气进行换热，换热后进行循环冷却系统，继续与汽轮机的排汽进行热交换。间接空冷系统主要包括循环冷却水系统、空冷散热器补水稳压系统、空冷散热器补水、排水系统和空冷散热器清洗系统等。据相关的统计报告，电厂中的间接空冷系统在冬季应用过程中容易出现冻结，影响装置的正常运行。间接空冷系统一般采取翅片铝管作为散热器，由于管壁薄，冬季运行时常常冻裂。
2间接空冷系统冻结的原因及防冻必要性
2.1 间接空冷系统冻结原因
间接空冷系统最容易冻结的设备是散热器，冻结主要原因如下：
(1)散热管内的液体流速较低
根据流体力学的相关知识，可以得知，管内液体的流动速度在中心区域较大，而靠近管内壁的速度较小。如果散热管内的液体整体速度较低时，管内壁的速度更低，如果速度低到一定的程度，其换热模式将由对流传热变为热传导，而热传导的传热速度远远低于对流换热，导致管内壁处的温度降低，导致液体在此处冻结。冻结后的液体形成流动阻力，进一步使得冻结恶化。据相关的统计，如果循环冷却水在管内的流动状态呈现层流，且外界环境温度小于零时，管内的液体极易发生冻结。
(2)环境温度过低
环境温度过低，空冷塔的百叶窗角度调整不合适等都会导致换热管内的液体出现过冷度增加的趋势。一般情况下，空冷换热器设置在空冷塔的进风处，空冷塔的进风方式为自然进风。而在热负荷一定的情况下，换热量的多少直接由空气的干球温度决定。整个系统在冬季严寒状态下运行，空冷器中冷却水的过冷度较大，如果温度过低，其过冷度也较大。另外，散热器的翅片直接在空气中暴露也增加了管内液体出现冻结的可能，即便依靠百叶窗调节进风量也不能有效的缓解冻结发生。管内液体冻结使得翅片管变形，设备损坏。
(3)温度测点数量不足
由于空冷系统中的冷却管数量众多，不可能做到监测每条冷却管的温度。在冬季环境中，由于回水的温度较低，测点的分布不均，不能完整地监测每条冷却管的温度，加大管内液体冻结的可能性。
(4) 杂质堵塞冷却管
由于冷循环水的水质不合格，杂质堵塞了管束。当冬季环境温度较低时，导致了管束被冻损。
2.2 防冻必要性
由于散热片薄，抗冻能力差，一旦发生局部漏点，就会迅速扩大事故，导致成片的散热器受冻，不仅降低了系统的冷却效果，还会造成散热器损坏; 同时，散热器的修复工艺复杂，时间长，冬季无法进行修复，一旦发生事故，造成的直接和间接经济损失都非常大。
3国内外间接空冷系统防冻问题分析
目前国内采用表面式间接空冷系统运行气温最低的是太原二电厂，多年平均气温为8.7℃，最冷月平均气温为-3℃～-5℃，极端最低气温为-25.7℃。大型表面式间接空冷系统运行机组是山西阳城电厂600MW机组，多年平均气温为11.8℃，多年平均最低气温为3.8℃，极端最低气温为-19.7℃。国内采用海勒式间冷系统最低运行气温的电厂是丰镇电厂，多年平均气温为5.8℃，最冷月平均气温为-12.5℃，极端最低气温为-34.4℃，2000年最低气温达到-29.1℃。
国外的间冷机组，如巴西Candiota4×150MW表凝式间冷机组，环境温度按照20℃考虑，最低气温为-10℃，最高气温为38℃；土耳其Trakya的1200MW联合循环发电厂，配有4台100MW汽轮机，采用两机一塔海勒式间冷系统，其环境温度按照15℃考虑，最低气温为-20℃，最高气温为40℃；俄罗斯的Bilibino核电厂4×12MW配有海勒式间冷系统，最低环境温度为-62℃，但采用的是机械通风海勒系统。
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通过上述分析，可以看出：经过近几年电厂对运行经验的总结，以及设计、制造单位对相关技术的改进，间接空冷系统的防冻问题有所好转，并得到了很好解决，已逐步掌握了冬季高寒地区间冷系统的防冻运行经验。
4间冷系统采取的防冻措施
本文结合具体电厂进行防冻措施分析，某电厂为600MW机组，电厂处于温度较低的高原地区，其中年平均气温为1.7℃，极端最低气温为-41.5℃。针对此种电厂，可以采取的防冻措施如下：
4.1 系统运行中的防冻措施
(1)百叶窗调整控制措施
首先，系统冬季运行过程中，需要定期对百叶窗的开度进行同步校验，如果遇到极严寒的天气应适当增加校验调整的次数。防止因为百叶窗的故障发生冻结。具体的校验过程如下，首先将百叶窗的自动调整系统关闭，在关闭自动调整系统之前记录百叶窗的开度及扇区的出水温度。在记录相关的数据之后，将所有的百叶窗全部手动关闭，然后查看控制页面是否显示百叶窗为全部关闭的状态。然后将百叶窗调整到校验前的参数数值，观察是否存在开度不一致的情况发生。在校验过程中如果出现问题，应该及时进行维修。
在冬季运行中，要密切关注百叶窗的控制和调整，禁止随意关闭其自动控制程序。冬季系统试运行期间，一般当环境温度 <- 5 ℃ 时，空冷各扇区最低冷却柱温度不得低于 10 ℃。当环境温度>－ 5 ℃ 时，空冷各扇区最低冷却柱温度不得低于8 ℃。
(2)循环水泵的运行方式调节
循环水泵的调节要结合各扇区的运行投运情况进行，一般控制调节的原则为不冻结的前提下保证最佳的真空度运行。循环水泵的投运和停运调整措施主要为：当循环水泵为工频调整时，水泵的开启和关闭都应和液控蝶阀同步进行，并且当DCS界面中水泵出口压力上升时，停止循环水泵的运行。而当循环水泵为变频调整时，开启水泵的同时应该关闭液控蝶阀，待水泵的频率升高至25Hz时开始蝶阀，水泵停运中，频率将至25Hz时关闭蝶阀。冬季，扇区的出水温度仍然无法达到 22℃ 以上，应立即启动第 3 台循环水泵或增加机组负荷。
(3) 适时退出部分冷却扇段
在低温或低负荷运行条件下，冷却三角防冻保护是通过监控离开分段的冷却水的温度得以进行, 如果外界空气温度＜5℃，且分段出口温度低于25～28℃，相关分段将自动报警并疏水，完全疏水后，此扇段阀门相应关闭。另外，由于本地区极端温度较低，可设置相对较多组冷却扇段，在特别寒冷季节，可更灵活地切断水侧阀门，隔离若干段冷却单元，并放空该扇段内冷却水，以实现防冻目的。
4.2 机组停运后的防冻措施
机组停运后，每天定时进行补水措施，一般情况下启动2台补水泵，并行运行2小时。将地下储水箱中的水通过补水泵泵入膨胀水箱内，使得水从膨胀水箱溢流回到地下水箱，促使膨胀水箱内的水流动加快，防止冻结。换水过程中，仔细检查各设备，如有异常情况立即处理。查空冷塔内的排水槽是否积水，防止排水槽冻裂。冬季停机后，应尽快停运所有的循环泵，并开启冷热水管道的紧急泄水阀，并将系统内地面上的水排入地下储水箱。
4.3 事故情况下的防冻措施
如果机组发生故障，且在短时间内不能修复时，需要采取措施进行防冻处理。首先将所有的扇区退出运行，并实时监测其出水温度。如果循坏水泵跳闸，应该开启备用泵，防止单台循环泵过负荷跳闸或扇区冷却管束内的水流速过缓，导致管束冻损。具体如下：
1）系统设置紧急排水阀，以便在机组关停部分冷却扇段后，能及时排空管束流程及管道内的冷却水，以防止冷却水冻结。
2）在间冷系统区域内出现断电，或甚至整个电厂出现断电的情况下,通过操作不间断电源的阀门，所有分段立即自动紧急排水。
3）冷水泵跳闸和/或断电的后果不受外界温度影响。如果所有的冷水泵跳闸，所有分段将立即同时疏水。延迟一定时间后，另外相关分段的出口阀将开启，以便将高位水箱的水输入储水箱。
另外，针对该电厂的具体情况进行分析，由于该电厂处于温度较寒冷的地区，冬季气温较低，可考虑增加循环水出口温度测点，每个扇段进、出口设置2～4个温度测点，在易冻结处设置流量监控测点。测量的数据能在控制室显示，给运行人员提供采取防冻措施的参考依据。
5结语
间接空冷机组的防冻措施研究对于提升系统运行稳定性具有积极的作用。在分析间接空冷机组冬季冻结原因的基础之上，对相关的防冻措施进行探讨，可以有效地降低冬季机组冻结的发生概率，提升系统运行的稳定性。通过对相关防冻措施进行分析，另外结合相关电厂的实际运行效果分析，上述防冻措施基本可以实现冬季的防冻难题，值得推广和使用。
参考文献
[1]孔艳强, 席新铭, 董泽文,等. 600MW间接空冷散热器传热及防冻性能[J].工程热物理学报, 2015(8):1785-1789.
[2]郭向阳.汽轮机间接空冷系统运行节能分析优化及防冻[J]. 工业, 2016(8):00052-00052.
论文作者:王文江
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
标签：系统论文; 机组论文; 电厂论文; 水泵论文; 温度论文; 百叶窗论文; 冬季论文; 《电力设备》2017年第18期论文;