官勇奇

【摘要】間接空冷機組在寒冷地區(qū)應用中普遍存在散熱器凍結(jié)問題，為使該問題得到解決，提高間接空冷機組冬季運行的安全性，本文通過對扇區(qū)充水、扇區(qū)運行、扇區(qū)泄水3個方面的防凍措施進行了總結(jié)和優(yōu)化，補充和完善了間接空冷機組散熱器翅片管束在高寒地區(qū)的防凍措施，對間接空冷機組在高寒地區(qū)冬季的安全、可靠運行提供了更全面的保障措施。

【關(guān)鍵詞】 間接空冷;高寒地區(qū);散熱器;防凍

0.引言

我國新疆地區(qū)煤炭蘊藏豐富，隨著我國西部大開發(fā)和“西電東送”的政策實施，大批火力發(fā)電機組在新疆投入建設(shè)[1]。新疆地區(qū)富煤缺水，表面式間接空冷（間冷）機組以其節(jié)水、節(jié)能、抗風以及對真空系統(tǒng)影響小等優(yōu)勢已成為新疆地區(qū)電廠建設(shè)的首選。但環(huán)境溫度較低時，間接空冷系統(tǒng)散熱器翅片管內(nèi)循環(huán)水容易產(chǎn)生凍結(jié)導致翅片管脹裂。近幾年投運的間冷機組，多次發(fā)生散熱器的凍結(jié)事故，嚴重時水循環(huán)中斷、間冷系統(tǒng)及機組停運;散熱器凍壞的修復技術(shù)難度高、工作量大、時間也長，所以造成的損失巨大，因此要在高寒地區(qū)使用間接空冷系統(tǒng)，就必須首先解決間冷系統(tǒng)散熱器冬季防凍問題[2]。目前在北部新疆高寒地區(qū)間接空冷系統(tǒng)防凍問題還很突出，主要是因為缺乏一套完整的防凍體系，因此開展間冷系統(tǒng)散熱器冬季防凍措施的研究就顯得十分迫切，本文深入總結(jié)、分析了間冷系統(tǒng)散熱器凍結(jié)的各種措施，完善了防止間接空冷機組在冬季運行散熱器凍結(jié)的手段。

1.表面式間接空冷系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)采用SCAL型間接空冷系統(tǒng)，主要由表面式凝汽器、循環(huán)水系統(tǒng)、福哥型鋁管鋁片散熱器和空冷塔組成。表面式凝汽器采用不銹鋼管，循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制的閉式循環(huán)水供水系統(tǒng)，水質(zhì)為除鹽水。1臺機組配置3臺35%容量的循環(huán)水泵，循環(huán)水流量為43000m?/h。間冷塔采用旋轉(zhuǎn)雙曲線形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底部直徑90米，總高132米。散熱器采用全鋁制四排管冷卻三角，冷卻三角被垂直布置在間冷塔外1個直徑為104m的圓周內(nèi)，共安裝有132個冷卻三角，分為6個冷卻扇區(qū)，每個扇區(qū)單獨設(shè)置循環(huán)水的進、出水管和排水管。翅片管管徑為φ25x1mm。塔內(nèi)還布置有6個地下儲水箱和2個高位水箱。

2.間接空冷冬季防凍措施

某電廠一期為兩臺國產(chǎn)350MW超臨界凝汽式間接空冷燃煤發(fā)電機組，廠址所處地區(qū)屬溫帶大陸性干旱氣候，其特征是冬季寒冷，夏季炎熱（最低汽溫-41.1℃，極端最熱汽溫41.6℃），降水量少（年均降水量只有183.1mm，年均蒸發(fā)量卻達到2129.3mm），春夏季多風（最大風速達到24m/s）。采用表凝式（哈蒙）間接空冷系統(tǒng)可以避免環(huán)境大風和最高氣溫對空冷機組的運行安全性的威脅，因而更適合該公司兩臺350MW燃煤間冷機組使用。國內(nèi)高寒地區(qū)間接空冷機組運營經(jīng)驗較少，從實踐認知到表凝式間接空冷系統(tǒng)不懼高氣溫，但怕高寒，準東五彩灣電廠地處北方嚴寒地區(qū)，冬季極端氣溫達到-41.1℃，因此機組采用間接空冷系統(tǒng)的首要問題是解決冬季散熱器翅片管束的防凍問題。

2.1 扇區(qū)充水過程的防凍

向扇區(qū)充水時發(fā)生凍結(jié)的可能性與充水溫度和充水速度有關(guān)，充水溫度越高、充水越快，發(fā)生凍結(jié)的可能性越小，為了滿足防凍的要求通常充水溫度控制在40～55℃，充水時間要求低于90秒，充水時關(guān)閉百葉窗[3]。但過高的溫度和充水速度會對法蘭、閥門、膨脹節(jié)、管束連接處的O型橡膠密封圈造成較大的熱沖擊，造成漏水失效事故。間冷系統(tǒng)扇區(qū)充水時，上述兩種情況互相矛盾又互相制約，無法兼顧。因此，經(jīng)過參考兄弟單位的經(jīng)驗、廠家資料及現(xiàn)場實際，我們采取了以下措施：

（1）在充水時，扇區(qū)進水閥、回水閥同時開啟，進水閥開啟14秒、回水閥開啟18秒，然后中停，充水60秒后，全開扇區(qū)進水閥、回水閥，這樣做的目的是進水管設(shè)計流速為1.5米/秒，回水管壓力稍低，設(shè)計流速為1.2米/秒，這樣閥門開啟時間能保證循環(huán)水正好到達扇區(qū)頂部（扇區(qū)頂部高度為20米）且排氣充分。

（2）扇區(qū)充水時，充水溫度與環(huán)境溫度之差不超過80℃，這主要是考慮O型橡膠密封圈的失效問題。因此，冬季工況下，環(huán)境溫度在-16℃以上時，循環(huán)水溫達40℃以上方可對扇區(qū)充水，環(huán)境溫度在-16℃以下時，扇區(qū)充水要求循環(huán)水溫達50～55℃。此外，盡量避免在-25℃以下的低溫環(huán)境中進行扇區(qū)充水操作。

（3）扇區(qū)充水過程中，觀察排氣立管有大量氣水排出，表明管束排氣正常，否則應立即將扇區(qū)泄水，查明原因后再充水。

（4）冬季扇區(qū)程控充水完成后，應立即對該扇區(qū)每個冷卻柱面進行測溫，發(fā)現(xiàn)某冷卻柱管束溫度低于10℃，在5分鐘以內(nèi)溫度還未超過20℃，說明管束水循環(huán)不暢，應及時將該扇區(qū)泄水，聯(lián)系檢修將該冷卻柱加堵板隔離后，方可重新對該扇區(qū)充水。

（5）扇區(qū)充水完成后，不能立即打開百葉窗進行調(diào)節(jié)，應將百葉窗全關(guān)4小時后，且確認各冷卻柱測溫正常之后，再打開百葉窗調(diào)節(jié)出水溫度，以避免在扇區(qū)充水完成短時間內(nèi)管束發(fā)生凍結(jié)。

2.2 扇區(qū)運行期間的防凍

扇區(qū)運行期間，主要控制扇區(qū)的溫度、循環(huán)水流速及水質(zhì)。為此，需注意以下方面：

（1）由于傳熱效果不同，散熱器最外排管束、邊緣部位管束與里排、中間部位管束出水溫度存在較大偏差，再加上其他因素的不利影響，如：百葉窗開度偏差、散熱器外表面臟污堵雜物、水流速、流量不均等，造成運行中某一局部散熱器或個別管束的出水溫度大大低于散熱器平均出水溫度。目前，我們更夠監(jiān)視和控制調(diào)整的是平均出水溫度，如果扇區(qū)出水溫度控制較低，可能造成某一局部散熱器或個別管束出水溫度太低，在運行中結(jié)冰凍壞[4]。

在正常情況下，各扇區(qū)百葉窗應投自動，加強監(jiān)視自動動作情況，在自動調(diào)節(jié)緩慢或有異常情況時，應及時解除自動并進行手動調(diào)節(jié)。在自動或手動情況下都必須保證各扇區(qū)出水溫度滿足以下要求：環(huán)境溫度在0～-10℃時，保持扇區(qū)出水溫度不低于30℃;環(huán)境溫度在-11～-20℃時，保持扇區(qū)出水溫度不低于35℃;環(huán)境溫度在-21～-30℃時，保持扇區(qū)出水溫度不低于38℃;環(huán)境溫度低于-31℃時，保持扇區(qū)出水溫度不低于40℃[5]。

（2）在冬季工況下，可采取三臺循環(huán)泵全部運行的方式來提高循環(huán)水流速。一旦某臺循環(huán)泵跳閘，可適當將1～2個扇區(qū)泄水，以保證流速。另外，由于循環(huán)水流速沒有測點，我們可通過扇區(qū)進回水壓差進行間接觀察，扇區(qū)投運數(shù)量與循環(huán)泵運行臺數(shù)之間做好配合，以保證扇區(qū)進回水壓差大于50KPa。

（3）廠用電全部失電的事故情況下，主機循環(huán)泵全停，此時，應立即打開進、回水母管緊急泄水閥，將扇區(qū)全部手動泄水，避免循環(huán)水不流動而導致扇區(qū)全部凍裂。

（4）加強循環(huán)水水質(zhì)的監(jiān)督。準東五彩灣電廠采用第六代鋁制福哥型散熱器，圓形鋁管和翅片都是單金屬全鋁。氣側(cè)和水側(cè)的表面都采用穩(wěn)定的鋁-氧化層保護覆蓋，在管束組裝后，對其表面進行氧化處理，生成一種抗腐蝕薄膜，以提高鋁表面的抗腐蝕能力，即使是在機組停運也不需要充氮系統(tǒng)。因此，在間接空冷系統(tǒng)運行中，化學腐蝕對鋁管的影響較小，鋁腐蝕主要是以電化學腐蝕進行的，因而控制主機循環(huán)水系統(tǒng)的PH值對鋁腐蝕防護是十分重要的。某廠由于主機循環(huán)水的水質(zhì)控制不當，在冬季運行時曾發(fā)生鋁管大面積泄漏，嚴重影響了機組安全運行。目前，國內(nèi)尚無不銹鋼凝汽器、碳鋼循環(huán)水管、鋁散熱器間接空冷系統(tǒng)的水質(zhì)標準和處理方法，根據(jù)相關(guān)單位對混合凝汽器間接空冷系統(tǒng)的試驗結(jié)果，暫時執(zhí)行的水質(zhì)標準如下：電導率≤10μS/cm，pH：7.0～8.3（期望值7.0～8.0），全鐵≤200μg/L，全鋁≤200μg/L。在冬季運行期間，更要加強對間冷水中的金屬離子（鐵、鋁）及pH的監(jiān)測，并將指標列入監(jiān)督報表中，定期監(jiān)測，避免對鋁管的腐蝕造成泄漏。

2.3 扇區(qū)停運期間的防凍

在間冷系統(tǒng)運行實踐中，不少電廠出現(xiàn)過因扇區(qū)停運時操作不當或停運后防凍措施不到位而造成扇區(qū)管束凍裂的情況。主要有以下幾個方面需注意：

（1）機組停運后或事故情況下甩負荷，應及時關(guān)閉扇區(qū)百葉窗，將扇區(qū)泄水，避免熱量不足而導致循環(huán)水溫度過低，扇區(qū)凍壞。

（2）在扇區(qū)泄水過程中，當進水閥、出水閥關(guān)閉后，如果扇區(qū)泄水閥因故障不能及時開啟，立即手動打開扇區(qū)泄水閥，否則整個扇區(qū)管束內(nèi)的循環(huán)水將停止流動，在冬季環(huán)境下，極易凍壞。

（3）扇區(qū)泄水結(jié)束后，注意對扇區(qū)進、回水母管溫度的監(jiān)視，這個主要是判斷扇區(qū)進水閥、回水閥是否關(guān)閉不嚴有內(nèi)漏。或者將扇區(qū)進水閥后、回水閥前的人孔門打開，以免從扇區(qū)進水閥、回水閥漏流的熱水逐步進入扇區(qū)管束，在下聯(lián)箱管口部位造成凍結(jié)，下次再充水時將造成循環(huán)水流動不暢，管束凍壞。

（4）對于冬季工況下較長時間（1天以上）不投運的扇區(qū)，確認扇區(qū)進回水管道無水后應將進、回水緊急泄水閥關(guān)閉，在DCS上掛”禁操”，以免地下儲水箱熱氣因抽吸作用返至扇區(qū)管束內(nèi)導致結(jié)冰，在下次扇區(qū)充水時將造成大面積凍裂。

3.結(jié)語

目前國內(nèi)高寒地區(qū)間接空冷機組冬季運行防凍經(jīng)驗比較少，在系統(tǒng)的安全過冬方面還需積累經(jīng)驗并做相應的優(yōu)化調(diào)整，制定出相應的間冷系統(tǒng)運行的防凍控制措施;神華神東準東五彩灣電廠深度分析總結(jié)了間冷系統(tǒng)在高寒地區(qū)冬季散熱器防“凍結(jié)”的各種應對措施，使整個防凍體系更加完善，確保處于高寒地區(qū)運行的間冷火電機組能夠安全、穩(wěn)定地運行。

參考文獻

[1]江華東.試析以市場機制運作“西電東送”[J].華北電力大學學報（社會科學版），2001（02）.

[2]謝濱，秦建明，柴靖宇等.SCAL間接空冷系統(tǒng)：中國，CN101063595A[P].2007，10，31.

[3]石磊，石誠，李少寧等.表面式間接空冷散熱器換熱特性的數(shù)值研究[J].動力工程，2009，29（5）：472-475.

[4]丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，1992.