王予川，楊智峰

(1.東方電氣河南電站輔機(jī)制造有限公司，河南 靈寶 472501； 2.大唐安陽發(fā)電廠，河南 安陽 455004)

熱網(wǎng)加熱器的安全運(yùn)行措施

王予川1，楊智峰2

(1.東方電氣河南電站輔機(jī)制造有限公司，河南 靈寶 472501； 2.大唐安陽發(fā)電廠，河南 安陽 455004)

熱網(wǎng)加熱器常偏離設(shè)計工況運(yùn)行，偏離設(shè)計值低參數(shù)運(yùn)行將嚴(yán)重影響熱網(wǎng)加熱器的使用壽命。分析了低壓運(yùn)行時設(shè)備損壞的原因，提出了調(diào)整熱網(wǎng)加熱器的循環(huán)水量、提高熱網(wǎng)加熱器循環(huán)水出口溫度的措施，使熱網(wǎng)加熱器的蒸汽壓力接近設(shè)計值，以保證熱網(wǎng)加熱器安全運(yùn)行。

熱網(wǎng)加熱器；低壓運(yùn)行；蒸汽壓力；循環(huán)水量；循環(huán)水出口溫度

0 引言

小型凝汽機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差、煤耗高、效率低，為提高機(jī)組效率和能源利用率，國家支持將凝汽發(fā)電機(jī)組改造為供熱機(jī)組，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)?，F(xiàn)在常用的方式是將凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組通過打孔抽汽的方式改為采暖供熱機(jī)組。

采用打孔抽汽的方式，蒸汽抽汽壓力往往較高，約為0.80 MPa(絕對壓力，下同)。各電廠實際運(yùn)行中，由于所需熱負(fù)荷及回水溫度較低等原因，熱網(wǎng)加熱器汽側(cè)常在0.10～0.40 MPa下運(yùn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計值。在大部分人的觀念中，汽側(cè)低壓運(yùn)行時設(shè)備更安全，其實這種觀點是不對的，在熱負(fù)荷不變的情況下，熱網(wǎng)加熱器蒸汽側(cè)低壓運(yùn)行會對熱網(wǎng)設(shè)備造成損壞，在某些極端偏離設(shè)計工況的條件下運(yùn)行，不到一個供暖季熱網(wǎng)加熱器可能就會發(fā)生泄漏，已有多家熱電廠因為熱網(wǎng)加熱器低壓運(yùn)行后熱網(wǎng)換熱管發(fā)生泄漏而導(dǎo)致整臺設(shè)備報廢。但認(rèn)識到蒸汽低壓運(yùn)行有問題的人員又不知道采用什么方法來提高蒸汽運(yùn)行壓力，使蒸汽壓力在接近設(shè)計壓力下運(yùn)行。

1 低壓運(yùn)行時設(shè)備損壞原因

由基本傳熱方程可知，熱網(wǎng)加熱器面積計算公式為[1-2]

A=Q/(KΔtm) ，

(1)

Δtm=(to-ti)/ln[(tk-ti)/(tk-to)] ，

(2)

式中：Q為熱負(fù)荷，W；A為換熱管有效外表面積，m2；K為總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；Δtm為有效平均溫差，℃；to為循環(huán)水出口溫度，℃；ti為循環(huán)水進(jìn)口溫度，℃；tk為蒸汽壓力下的飽和蒸汽溫度，℃。

常規(guī)熱網(wǎng)加熱器在進(jìn)行熱力計算時，循環(huán)水的設(shè)計參數(shù)為進(jìn)口溫度70 ℃、出口溫度130 ℃，但實際運(yùn)行時，大多供熱循環(huán)水回水溫度為50 ℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計值70 ℃，所需要的熱網(wǎng)加熱器出口溫度為90～110 ℃。

實際運(yùn)行中，熱網(wǎng)加熱器的結(jié)構(gòu)和面積是確定的，熱網(wǎng)加熱器的換熱系數(shù)會隨著運(yùn)行參數(shù)的變化而有微小的變動，為簡化分析，可認(rèn)為傳熱系數(shù)不變。由公式(1)，(2)可知，在A，Q，K，to，ti確定的情況下就能計算出熱網(wǎng)加熱器內(nèi)的實際運(yùn)行壓力。

例如，1臺熱網(wǎng)加熱器殼側(cè)蒸汽壓力為0.80 MPa，循環(huán)水的設(shè)計參數(shù)為進(jìn)口溫度70 ℃、出口溫度130 ℃。實際運(yùn)行時循環(huán)水回水溫度為50 ℃，出口溫度為110 ℃，水量按設(shè)計水量不變，即保證所需熱負(fù)荷不變，計算此時換熱器內(nèi)的蒸汽運(yùn)行壓力。

通過計算可知，設(shè)計工況下有效平均溫差Δtm=65.9 ℃，實際運(yùn)行工況下tk=150.4 ℃，對應(yīng)的蒸汽壓力為0.48 MPa。

由理想氣體方程可知，在蒸汽流量不變的情況下pV(p為蒸汽壓力，V為蒸汽體積)為定值，蒸汽壓力由0.80 MPa降至0.48 MPa，使蒸汽體積增加了66.7%，即蒸汽流速增加了66.7%。如換熱器蒸汽管道進(jìn)口流速設(shè)計值為55.0 m/s(允許流速)，但實際運(yùn)行時蒸汽流速可達(dá)到91.2 m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計值，也高于蒸汽管道及熱網(wǎng)加熱器設(shè)備允許的極限流速。

因此，熱網(wǎng)加熱器損壞的根本原因為：熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行時，循環(huán)水回水溫度往往還達(dá)不到50 ℃，熱網(wǎng)加熱器循環(huán)水出口溫度常在90 ℃左右，使加熱蒸汽實際運(yùn)行參數(shù)低于設(shè)計值較多，直接造成殼側(cè)蒸汽壓力較低，使殼側(cè)蒸汽流速過高，高速汽流沖刷換熱管，使換熱管受沖刷、振動而泄漏[3]，縮短熱網(wǎng)加熱器的使用壽命。

2 常規(guī)處理方法

為保證熱網(wǎng)加熱器設(shè)備安全運(yùn)行，目前常用措施是：初始系統(tǒng)設(shè)計時考慮在蒸汽抽汽管上增加減壓器，將抽汽壓力由0.80 MPa減至0.30 MPa左右，然后再進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器設(shè)備；在系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計時，按低壓考慮，加大蒸汽管道口徑，增加熱網(wǎng)加熱器的面積及設(shè)備的外形尺寸。這樣處理雖然基本可以保證熱網(wǎng)加熱器安全運(yùn)行，但極大地增加了熱網(wǎng)加熱器系統(tǒng)及設(shè)備的成本。

(1)系統(tǒng)中需增加減壓器，減壓器噪聲較大，還需配消音器，增加設(shè)備投資且使系統(tǒng)復(fù)雜化。

(2)系統(tǒng)中蒸汽管道口徑加大。按理想氣體方程，在蒸汽流量不變的情況下pV為定值，蒸汽壓力由0.80 MPa減至0.30 MPa，可使蒸汽管道口徑增加約1倍，系統(tǒng)中閥門及相關(guān)配件成本均大幅增加。

(3)熱網(wǎng)加熱器面積加大。例如，在熱負(fù)荷不變的情況下，熱網(wǎng)循環(huán)水的設(shè)計參數(shù)為進(jìn)口溫度70 ℃、出口溫度130 ℃。蒸汽工作壓力為0.80 MPa時熱網(wǎng)加熱器的Δtm為65.9 ℃；蒸汽工作壓力為0.30 MPa時熱網(wǎng)加熱器的Δtm為20.7 ℃；蒸汽壓力為0.80 MPa時比0.30 MPa時傳熱系數(shù)稍高：綜合考慮蒸汽壓力由0.80 MPa減至0.30 MPa，熱網(wǎng)加熱器面積將增加約70%，設(shè)備成本將增加約71%，按這種方式處理顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

3 建議處理方法

供熱時熱力公司要求電廠要達(dá)到一定的循環(huán)水量及循環(huán)水溫度，所以電廠運(yùn)行時往往不控制熱網(wǎng)加熱器的循環(huán)水量，只保證循環(huán)水出口溫度達(dá)到熱力公司要求即可，導(dǎo)致熱網(wǎng)循環(huán)水量偏大，出水溫度偏低，直接造成殼側(cè)蒸汽壓力較低，使殼側(cè)蒸汽流速過高，縮短熱網(wǎng)加熱器的使用壽命。

針對此種情況，建議對多臺并聯(lián)的熱網(wǎng)加熱器系統(tǒng)減少熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行臺數(shù)，對單臺或2臺并聯(lián)的熱網(wǎng)加熱器系統(tǒng)減少通過熱網(wǎng)加熱器的循環(huán)水量，以提高熱網(wǎng)加熱器循環(huán)水出口溫度，保證熱網(wǎng)加熱器的殼側(cè)蒸汽壓力。

(1)理論分析減少水量的可行性。在保證熱負(fù)荷不變的情況下，還用上例的參數(shù)來分析，當(dāng)實際運(yùn)行時循環(huán)水回水溫度為50 ℃，可求出to為139 ℃，即循環(huán)水出口溫度達(dá)139 ℃時，可保證熱網(wǎng)加熱器設(shè)備汽側(cè)在設(shè)計壓力下運(yùn)行。因此，在保證熱負(fù)荷不變的情況下，減少通過熱網(wǎng)加熱器的循環(huán)水量，提高熱網(wǎng)加熱器循環(huán)水出口溫度，以保證熱網(wǎng)加熱器的殼側(cè)蒸汽壓力是可行的。

(2)運(yùn)行的可行性。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計時均設(shè)有旁路系統(tǒng)，為保證總循環(huán)水量，實際運(yùn)行時可打開旁路，使部出分水走旁路，最終高溫水(熱網(wǎng)加熱器出水)及低溫水(走旁路的水)在循環(huán)水總管道中混合，保證最終用戶所需的水溫及水量。此種運(yùn)行方式建議在旁路管道上增加可調(diào)節(jié)流量的閥門，以方便調(diào)節(jié)水量。

4 結(jié)束語

冬季供熱為民生工程，熱網(wǎng)加熱器的安全運(yùn)行至關(guān)重要，同時也備受關(guān)注。通過調(diào)整熱網(wǎng)加熱器的水量，使熱網(wǎng)加熱器的蒸汽壓力在接近設(shè)計值下運(yùn)行，是保證熱網(wǎng)加熱器安全運(yùn)行簡單、有效、可行的辦法，此調(diào)節(jié)方法已在多家熱電廠中應(yīng)用，效果良好。

[1]中國動力工程學(xué)會.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1998.

[2]能源部西安熱工研究所.熱工技術(shù)手冊[M].北京：水利電力出版社，1991.

[3]董衛(wèi)國，徐則民.火電廠給水加熱器的運(yùn)行、維護(hù)和檢修[M].北京：中國電力出版，1997.

TK 172

B

1674-1951(2017)12-0044-02

2017-06-28；

2017-09-21

(本文責(zé)編：劉芳)

王予川(1970—)，男，河南靈寶人，工程師，從事壓力容器質(zhì)量管理及營銷工作(E-mail:13949766112@139.com)。楊智峰(1970—)，男，陜西興平人，高級工程師，從事電廠生產(chǎn)管理工作。