空冷凝汽器的防凍措施

摘 要：直接空冷系統(tǒng)的技術(shù)較為成熟，在運(yùn)行中的節(jié)水效能顯著，適應(yīng)我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)等電力行業(yè)的發(fā)展，但是從使用情況來(lái)看，其存在著冬季運(yùn)行凍結(jié)的問(wèn)題，本文就對(duì)其產(chǎn)生的原因及防凍措施進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：直接空冷；凍結(jié)；防凍措施

中圖分類號(hào)： TB494 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 直接空冷系統(tǒng)冰害原因

直接空冷系統(tǒng)的散熱器絕大多數(shù)采用鼓風(fēng)式機(jī)械通風(fēng)，而且以高架式布置呈“A字型”暴露在大氣環(huán)境中。散熱器的冷卻能力在一定熱負(fù)荷與風(fēng)量的條件下，取決于空氣干球溫度。如果空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，在冬季低溫時(shí)，散熱器諸翅片管內(nèi)的飽和蒸汽等溫冷凝段縮短，凝結(jié)水冷凝段增加，過(guò)冷度增大，若氣溫繼續(xù)下降到零度或以下某一限度，翅片管內(nèi)的凝結(jié)水可能過(guò)冷卻甚至發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。輕者會(huì)使傳熱性能大大降低，更嚴(yán)重者管束被冰塊堵塞、真空下降，就會(huì)被迫停機(jī)，重者甚至?xí)隽殉崞芑蚴钩崞茏冃危斐捎谰眯該p害。發(fā)生冰凍的原因是蒸汽已在前段凝結(jié)完畢，在后段很快地被冷卻到管壁及外界空氣的溫度而結(jié)冰。這些管段稱為“死區(qū)”。這在國(guó)外或國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的空冷系統(tǒng)上已經(jīng)發(fā)生過(guò)，所以對(duì)在寒冷地區(qū)的直接空冷系統(tǒng)的防凍問(wèn)題應(yīng)引起足夠的重視。

2 空冷系統(tǒng)冬季防凍措施

2.1 翅片管

翅片管的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了多排管、兩排管、單排管的發(fā)展過(guò)程，其主要目的就是為了防凍，因?yàn)榭諝饫淠鞒崞軆?nèi)飽和蒸汽凍結(jié)現(xiàn)象的其中一個(gè)主要原因是翅片管束冷卻能力與飽和蒸汽熱負(fù)荷的不平衡。比如早期的多排管布置，二排管布置，其前幾排管容易產(chǎn)生死區(qū)。且第二、三排蒸汽會(huì)倒流至第一排管，導(dǎo)致第一排的下部存在死區(qū)，發(fā)生冰凍現(xiàn)象。一般認(rèn)為單排管的防凍性能要優(yōu)于多排管。

為避免這種冰凍現(xiàn)象，目前生產(chǎn)多排管、兩排管的公司都采用各排管不同翅化比的方法。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。翅片管的間距變化，前排管蒸汽與空氣溫差大，采用較大的片距，后排管采用較小的片距。從防凍的角度看，也可減少排數(shù)，增大基管的橫截面及基管的高度，使蒸汽有較大的流動(dòng)空間，減少產(chǎn)生死區(qū)的可能。

2.2 空氣冷凝器

根據(jù)汽流和凝結(jié)水的流動(dòng)方向分類，空氣冷凝器內(nèi)部可分為順流段和逆流段兩部分。順流段（德文Kondensor，簡(jiǎn)稱K）：蒸汽由配汽管自上而下進(jìn)入翅片管束，與凝結(jié)水流向相同而進(jìn)入下聯(lián)箱。逆流段（德文Dephlegmator，簡(jiǎn)稱D）：將在順流段中未被凝結(jié)的蒸汽和通過(guò)下集管由下而上的進(jìn)入翅片管束，與凝結(jié)水流向相反。

上述可簡(jiǎn)稱為K/D結(jié)構(gòu)。空氣冷凝器的這種組成方式有效地提高了冷凝器的防凍性能。設(shè)置逆流管束主要是為了能夠比較順暢地將系統(tǒng)內(nèi)的空氣和不凝結(jié)氣體排出，避免運(yùn)行中在空氣冷凝器內(nèi)的某些部位形成死區(qū)、冬季形成凍結(jié)的情況。

理論上說(shuō)不凝結(jié)氣體的含量百分比很小，D的冷卻面積可較小，但工程中為了有效地防凍，將D的冷卻面積增大，氣候嚴(yán)寒地區(qū)可采用5：1或3：1。

不凝結(jié)的空氣及其他氣體通過(guò)逆流段的頂部由抽真空系統(tǒng)抽出，凝結(jié)水仍返回到下集管，由于蒸汽中含有不凝氣體，如不及時(shí)將不凝氣體抽出，容易造成氣阻，而不凝氣體的焓值較低，當(dāng)氣溫下降到一定極限時(shí)，極易造成空氣冷凝器管束內(nèi)凍結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生，因此，及時(shí)有效的抽出空氣冷凝器管束內(nèi)的不凝氣體是防凍和提高管束傳熱性能的有效措施之一。

2.3 風(fēng)機(jī)

對(duì)風(fēng)量進(jìn)行的合理控制是一種有效的防凍措施。對(duì)風(fēng)量的控制有以下幾種方法：

（1）采用單速風(fēng)機(jī)，在冬季根據(jù)氣溫停止部分空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行，用運(yùn)行風(fēng)機(jī)數(shù)目控制風(fēng)量，一般是風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)較多采用這種方法較好。

（2）配備雙速運(yùn)行風(fēng)機(jī)，即可以全速供應(yīng)大風(fēng)量，又可以半速供應(yīng)小風(fēng)量。

（3）采用變頻調(diào)速控制風(fēng)機(jī)，一方面可以根據(jù)氣溫的變化合理地調(diào)節(jié)風(fēng)量，另一方面可以節(jié)能。另外，采用變頻調(diào)速后，在冬季可控制逆流段的風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，以形成內(nèi)部熱風(fēng)循環(huán)，提高或保持凝結(jié)水溫，防止凍結(jié)。

（4）部分采用變頻調(diào)速電機(jī)部分采用全速電機(jī)，可減少工程投資，但控制系統(tǒng)較復(fù)雜。

2.4 采用防凍的自動(dòng)控制

隨著控制水平的提高，對(duì)空冷系統(tǒng)的防凍保護(hù)控制是一種非常有效的手段。如對(duì)凝結(jié)水溫的控制，由于冷卻程度不同可能有很大差異，當(dāng)空氣冷凝器各個(gè)管束的凝結(jié)水的溫度降到某一設(shè)定值時(shí)，則自動(dòng)對(duì)這個(gè)管束的風(fēng)機(jī)減速或停止運(yùn)行，直至凝結(jié)水溫度回升。空冷器逆流段上可能會(huì)結(jié)一層薄冰，可周期性的對(duì)有關(guān)風(fēng)機(jī)調(diào)速或反轉(zhuǎn)。但必須保持逆流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于等于順流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。嚴(yán)禁在冬季運(yùn)行時(shí)，當(dāng)順流風(fēng)機(jī)還在運(yùn)行時(shí)，調(diào)低逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或停運(yùn)逆流風(fēng)機(jī)，這將在控制程序設(shè)計(jì)中予以關(guān)注。

2.5 設(shè)置擋風(fēng)墻

設(shè)置擋風(fēng)墻，防止冬季外界自然風(fēng)直接吹向散熱器，引起兩側(cè)凝結(jié)水溫相差較大。

2.6 設(shè)置隔離閥

當(dāng)冬季環(huán)境溫度較低時(shí)機(jī)組啟動(dòng)，以及冬季抽氣工況下，由于熱負(fù)荷較小而空冷換熱面積較大，即使風(fēng)機(jī)全停，也會(huì)由于自然通風(fēng)的原因，而造成翅片管的凍結(jié)。關(guān)斷部分列隔離閥可以進(jìn)一步降低空冷系統(tǒng)冬季的冷卻能力，冬季機(jī)組啟動(dòng)時(shí)應(yīng)考慮隔離部分冷卻單元列。

防凍措施

3.1 設(shè)計(jì)上空冷凝汽器采用220×20的橢圓基管；采用單排管，由于口徑大，便于管內(nèi)的疏水，使凝結(jié)水不產(chǎn)生過(guò)冷；采用順逆流結(jié)構(gòu)，大部分（本案約81％）蒸汽通過(guò)順利管束冷凝，少部分通過(guò)逆流管束冷凝。該設(shè)計(jì)特點(diǎn)確保凝結(jié)水在逆流段不斷地重新被加熱，這樣減少了凝結(jié)水的過(guò)冷以及可能的結(jié)凍。同時(shí)，這樣也避免了溶氧而帶來(lái)的腐蝕。

3.2 設(shè)置逆流空冷器，防止凝結(jié)水在空冷器下部出現(xiàn)過(guò)冷而凍結(jié)，另外可使空氣和不凝結(jié)氣體比較順暢的排出，不致形成死區(qū)而凍裂翅片管。

3.3 系統(tǒng)設(shè)有冬季運(yùn)行保護(hù)模式程序，即根據(jù)凝結(jié)水溫度、抽真空溫度、環(huán)境溫度來(lái)自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)模式，避免空冷系統(tǒng)發(fā)生凍結(jié)，因此系統(tǒng)運(yùn)行必須為自動(dòng)控制。在冬季運(yùn)行中如出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出指令，同時(shí)發(fā)出警報(bào)，提請(qǐng)運(yùn)行人員注意。

3.4 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速采用變頻調(diào)速，逆流空氣冷凝器配置的風(fēng)機(jī)還可反轉(zhuǎn)運(yùn)行，可根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和氣溫變化任意調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，溫度較低時(shí)，可定時(shí)使逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)倒送熱風(fēng)，防止凝結(jié)水結(jié)冰。

3.5 設(shè)置擋風(fēng)墻，防止冬季外界自然風(fēng)直接吹向散熱器，引起兩側(cè)凝結(jié)水溫相差較大。

3.6 設(shè)置隔離閥，可以根據(jù)冬季負(fù)荷情況，有效減小空冷島的換熱面積，避免翅片管凍結(jié)。

參考文獻(xiàn)

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