空冷機組冬季運行注意事項及防凍措施

陳光雨

【摘 要】空冷機組的運用主要是在西部缺水多煤的地區，其在實際運行的過程中，容易受到環境條件的影響。如在冬季寒冷的地區運行空冷機組，則其散熱器的翅片管極易發生凍結，從而造成設備的損壞，甚至是引發停機事故。散熱器翅片管被凍裂后的修復周期長，且工藝復雜，因此發生凍結事故后，將給電廠造成嚴重的經濟損失。文章就此探討了空冷機組冬季運行注意事項及防凍措施，具體內容供大家參考和借鑒。

【關鍵詞】空冷機組；冬季運行；注意事項；防凍措施

近幾年以來，隨著我國火力發電廠建設的快速發展，一種缺水地區興建大容量火力發電廠時可以廣泛采用的節水型火力發電技術——空冷技術在干旱地區開始得到應用?？绽浼夹g以空冷器替代了冷卻塔，采用翅片管式空氣冷卻散熱器，直接或間接利用環境空氣作為冷卻介質代替水，利用乏汽管內流動，冷卻空氣管外翅片間流動的換熱方式達到冷凝的目的。但是空冷系統受環境氣象條件的影響比較大，使得其運行過程中存在較多安全隱患，尤其是冬季運行過程中，極易造成設備損壞，進而增加企業的經濟損失。

一、空冷系統概述

直接空冷系統也稱為空冷系統，它利用空氣直接冷卻汽輪機的排氣，以及空氣與排汽之間的熱交換。蒸汽汽輪機低壓缸排汽通過排氣管直接排入空氣冷卻散熱器管束，軸流風機將空氣吸入，通過翅片管外表面熱量會把蒸汽排到水里冷卻。該系統主要包括空氣冷凝器、真空系統和翅片管清洗系統。

其中，空冷凝汽器是直接空冷系統的重要組成部分，其主要包括順冷、逆流熱沉、蒸汽分配管、管束底部組合箱、順、上游風機組，冷凝水、排氣裝置。直接空冷式散熱管分為蒸汽流向和冷凝流。汽流流動方向與凝析油流動方向相同。汽輪機排出的蒸汽凝結成水，約占蒸汽的70～80%。剩下的蒸汽是CO。此外，在逆流管中，蒸汽流向與凝析油流動方向相反。蒸汽和冷凝液的流動方向相反（冷凝水總是被蒸汽包圍），從而確保冷凝水不至于冷和結冰。

二、空冷機組冬季運行注意事項

空冷系統冬季運行主要監控凝結水溫度，排汽溫度、排汽壓力等參數，在此基礎上及時調整軸流風機頻率，控制參數在規定以上，具體如下：

第一，當環境溫度在零下2℃以下時，空冷島進入到冬季運行期，并且設有專人對空冷島散熱器等設備進行溫度實測。

第二，在開放式運行情況下，必須提前了解和監測環境氣象條件的變化。冬季盡量在白天開始和停止。

第三，在任何情況下，空冷島平臺門在關閉位置?？绽鋶u凝結水回水總管回水門始終保持在全開狀態。

第四，冬季空冷島正常運行期間，機組背壓保持在25～30kPa，兩臺真空泵運行。當環境溫度低于10℃時，任何10kPa單位的情況都不允許后退。

第五，凝結水的過冷是指汽輪機壓力和冷凝水溫度下的飽和溫度之差。在冬季霜凍期間，ER冷卻度作為安全監測指標，嚴禁低于6℃，冷凝溫度在35℃以上。

第六，冬季天氣涼爽時，或者是在大風天氣之下，操作人員應適當增加負荷或改善運行背壓，防止風、冷卻、再加上RAD。避免引發熱量分布束凍壞事故。

第七，冬季在空冷島運行期間，及時做好巡檢記錄，各列散熱器表面最低溫度和凝結水下聯箱外表面最低溫度低于0℃時，匯報相關領導。

三、空冷產生凍管的機理及應對方法

（一）產生原因

一般空冷系統產生凍管的原因主要有兩方面，其具體內容如下：

第一個方面是系統中有空氣聚集。當系統漏氣量較大時，抽氣系統功能會下降，換熱不均勻就會導致空氣在系統中聚集成冷區。在冷區里，蒸汽的含量很少，凝結放熱很小，而空氣本身因為比熱小，很容易被冷卻到環境溫度。當凝結水流經冷區的時候就會被冷卻，如果在冷區內被冷卻到冰點，就會結冰。所以所有可能導致空氣聚集的因素都會增加凍管的風險。

第二個方面則是當環境溫度降低到零攝氏度以下的時候，若是進入ACC的蒸汽流量很小，即使風機不運行，ACC也有可能因為自然換熱而結凍，特別是在啟動時間長，蒸汽流量小的機組冷態啟動工況中。要滿足防凍要求，必須保證ACC有一定的進汽量，且達到該進汽量的時間應盡可能短，而且在連續運行的過程中也不能低于這個流量。

（二）應對的方法

鑒于以上兩種情況的機理不同，所以其應對的方法也就存在差異。對于第一種來說，可以在安裝過程中保證系統的密封性。真空衰減性試驗要經常做，應控制在200pa/min以下。如果漏氣比較大，應保持高背壓運行。冬季運行中ACC盡量投自動，這樣轉速自動，凝結水過冷保護，逆流風機回暖，抽氣過冷保護等能夠據情況實現自動投切，避免人為疏忽造成不必要的損失。當凝結水溫度>+35℃，且凝結水過冷度<+15℃，才允許啟動風機。另外加強巡視，如果發現大面積的冷區，可以采取以下的方式。

第一，若是僅逆流管束過冷，則可以開啟備用的真空泵，并適當減低相鄰順流風機的轉速。第二，若是順流管束出現大面積的冷區。則首先要開啟備用真空泵，其次適當降低該順流風機的轉速，最后在抽氣溫度不過冷的前提下，適當提高逆流風機的轉速。

對于第二種機理，主要是要考慮解決自然換熱的問題。啟動中環境溫度低于2℃需要隔離列啟動，而環境溫度高于2℃時可以不隔離列啟動。對于被隔離的風機護網上鋪毯子或木板，受熱面上鋪毯子，以減少自然對流換熱。

四、直接空冷系統防凍措施

（一）直接空冷機組設計防凍措施

1.采用逆流空冷凝汽器

順逆流凝汽器之間的面積比是決定其防凍性能的重要因素，逆流管束換熱面積過小，會使得逆流區的防凍調節能力變弱。當機組負荷低或環境溫度低時，機組運行時逆流區的蒸汽會迅速減少，機組負荷進步減小或者環境溫度進一步降低時，負溫度區域迅速蔓延到順流管束的下部，使得管束下端蒸汽凝結，極容易產生過冷，發生凍結。因此，在實際設計過程中，技術人員要確定合理的順流、逆流換熱段配置比例，使其能在環境溫度較低或低負荷工況下運行，從而有效地避免空冷凝汽器凝結水的過冷及可能的管束冰凍情況發生。

2.設計合理的翅片管結構

空氣冷凝器翅片管內飽和蒸汽凍結現象的其中一個主要原因是翅片管束冷卻能力與飽和蒸汽熱負荷的不平衡。為達到防凍的要求，翅片管的設計可以采取以下措施：首先，優先采用單排管。與同樣長度和寬度下的雙排管管束相比，單排管管內流通面積增加了30%以上，同時管內壓降和阻力較小，利于汽液兩相的分離，不會形成“死區”，因此其可以在結構上解決該問題，降低管束凍結的可能性；其次，改變翅片之間的間距。一是前排管采用較大的片距，后排管采用較小的片距，以免由于熱負荷不均造成管束凍結；二是對于橢圓管或扁平管多排管結構采用不同翅化比：在與冷空氣接觸的第一排管采用翅化比較小的翅片管，后排管采用翅化比較大的翅片管，使每排翅片管的換熱面積與溫差的乘積保持大致相同。

3.采用雙速或變頻電化

在直接空冷系統冷凝器采用順流和逆流布置的基礎上，大直徑的軸流風機通過采用雙速或變頻電機，可以靈活調節進風量。當環境溫度大大低于設計溫度時，為了避免汽輪機背壓過低，采用風機電機的變極調速或變頻調速，通過程序分組控制風化，調節空冷凝汽器的進風量，降低冷卻空氣的流量。以上措施可以有效的防止死區的產生和凝結水過冷而結冰的危險。

（二）直接空冷機組運行防涼措施

第一，均勻分配熱力和蒸汽流量。直接空冷系統冬季運行防凍的目的主要是避免由于進入空冷凝汽器的熱量低于其最低保證值，造成散熱器管束受凍。在負荷一定的狀況下，汽輪機的排汽量是一定的，為防止低負荷運行時結冰現象的發生，首先要保證機組運行的負荷足夠，需通過控制汽輪機排汽量保持在一定的數值，保證空冷凝汽器翅片管內蒸汽的流量足以加熱凝汽器，能夠保證凝結水在系統中不會凍結。

第二，風機運行的正確控制。對風機運行方式進行合理調節是一種有效的控制防凍措施，通?？梢圆捎靡韵路绞剑猴L機電化的變極調速或變頻調速和逆流風機反轉。其中逆流風機反轉可以吸入空冷系統散出的熱量，以形成內部熱風循環，將周圍凝汽管束的暖熱氣流送到加熱逆流凝汽管束，從而提高或保持凝結水溫，達到防止凝結水冰凍的目的。

（三）直接空冷防凍的自動保護

隨著自動控制水平的提高，在直接空冷系統運行時，采用其系統的防凍自動保護控制也是一種重要的防凍手段。防凍系統可以通過設置冬季運行保護模式程序，根據空冷機組運行時環境溫度的變化，對系統凝結水溫度、抽真空溫度和運行壓力的檢測變化，空冷防凍系統可以進行自動控制是否開啟自動保護模式。一般情況下，控制還輯防凍方面主要包括：逆流散熱器管束回暖保護邏輯、抽真空過冷保護邏輯、凝結水過冷保護邏輯、凝汽器冬季保護程序；直接空冷啟停過程的防凍主要包括啟動過程和停機過程兩個方面。

五、結束語

綜上所述，為了保證發電廠的空冷系統在天氣寒冷的情況下良好運行，可以通過以下措施：采用經長期運行檢驗，具有良好防凍性能的換熱元件；選用容量適當、質量可靠的閥門、泵和抽空設備；采用設計合理、可靠的控制監測系統；對所有設備進行正確的安裝和測試；遵循空冷系統供貨商提出的運行要求；對所有關鍵設備定期進行檢查和預防性維護，從而促進發電廠在冬季生產效益的提升。

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