高寒地區間接空冷機組冬季防凍措施

官勇奇

【摘要】間接空冷機組在寒冷地區應用中普遍存在散熱器凍結問題，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，本文通過對扇區充水、扇區運行、扇區泄水3個方面的防凍措施進行了總結和優化，補充和完善了間接空冷機組散熱器翅片管束在高寒地區的防凍措施，對間接空冷機組在高寒地區冬季的安全、可靠運行提供了更全面的保障措施。

【關鍵詞】 間接空冷;高寒地區;散熱器;防凍

0.引言

我國新疆地區煤炭蘊藏豐富，隨著我國西部大開發和“西電東送”的政策實施，大批火力發電機組在新疆投入建設[1]。新疆地區富煤缺水，表面式間接空冷（間冷）機組以其節水、節能、抗風以及對真空系統影響小等優勢已成為新疆地區電廠建設的首選。但環境溫度較低時，間接空冷系統散熱器翅片管內循環水容易產生凍結導致翅片管脹裂。近幾年投運的間冷機組，多次發生散熱器的凍結事故，嚴重時水循環中斷、間冷系統及機組停運;散熱器凍壞的修復技術難度高、工作量大、時間也長，所以造成的損失巨大，因此要在高寒地區使用間接空冷系統，就必須首先解決間冷系統散熱器冬季防凍問題[2]。目前在北部新疆高寒地區間接空冷系統防凍問題還很突出，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、分析了間冷系統散熱器凍結的各種措施，完善了防止間接空冷機組在冬季運行散熱器凍結的手段。

1.表面式間接空冷系統概述

本系統采用SCAL型間接空冷系統，主要由表面式凝汽器、循環水系統、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，循環水系統采用單元制的閉式循環水供水系統，水質為除鹽水。1臺機組配置3臺35%容量的循環水泵，循環水流量為43000m?/h。間冷塔采用旋轉雙曲線形鋼筋混凝土結構，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，共安裝有132個冷卻三角，分為6個冷卻扇區，每個扇區單獨設置循環水的進、出水管和排水管。翅片管管徑為φ25x1mm。塔內還布置有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350MW超臨界凝汽式間接空冷燃煤發電機組，廠址所處地區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）間接空冷系統可以避免環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。國內高寒地區間接空冷機組運營經驗較少，從實踐認知到表凝式間接空冷系統不懼高氣溫，但怕高寒，準東五彩灣電廠地處北方嚴寒地區，冬季極端氣溫達到-41.1℃，因此機組采用間接空冷系統的首要問題是解決冬季散熱器翅片管束的防凍問題。

2.1 扇區充水過程的防凍

向扇區充水時發生凍結的可能性與充水溫度和充水速度有關，充水溫度越高、充水越快，發生凍結的可能性越小，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、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。間冷系統扇區充水時，上述兩種情況互相矛盾又互相制約，無法兼顧。因此，經過參考兄弟單位的經驗、廠家資料及現場實際，我們采取了以下措施：

（1）在充水時，扇區進水閥、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，全開扇區進水閥、回水閥，這樣做的目的是進水管設計流速為1.5米/秒，回水管壓力稍低，設計流速為1.2米/秒，這樣閥門開啟時間能保證循環水正好到達扇區頂部（扇區頂部高度為20米）且排氣充分。

（2）扇區充水時，充水溫度與環境溫度之差不超過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，環境溫度在-16℃以上時，循環水溫達40℃以上方可對扇區充水，環境溫度在-16℃以下時，扇區充水要求循環水溫達50～55℃。此外，盡量避免在-25℃以下的低溫環境中進行扇區充水操作。

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

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

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

2.2 扇區運行期間的防凍

扇區運行期間，主要控制扇區的溫度、循環水流速及水質。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，我們更夠監視和控制調整的是平均出水溫度，如果扇區出水溫度控制較低，可能造成某一局部散熱器或個別管束出水溫度太低，在運行中結冰凍壞[4]。

在正常情況下，各扇區百葉窗應投自動，加強監視自動動作情況，在自動調節緩慢或有異常情況時，應及時解除自動并進行手動調節。在自動或手動情況下都必須保證各扇區出水溫度滿足以下要求：環境溫度在0～-10℃時，保持扇區出水溫度不低于30℃;環境溫度在-11～-20℃時，保持扇區出水溫度不低于35℃;環境溫度在-21～-30℃時，保持扇區出水溫度不低于38℃;環境溫度低于-31℃時，保持扇區出水溫度不低于40℃[5]。

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

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

（4）加強循環水水質的監督。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。氣側和水側的表面都采用穩定的鋁-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。因此，在間接空冷系統運行中，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，因而控制主機循環水系統的PH值對鋁腐蝕防護是十分重要的。某廠由于主機循環水的水質控制不當，在冬季運行時曾發生鋁管大面積泄漏，嚴重影響了機組安全運行。目前，國內尚無不銹鋼凝汽器、碳鋼循環水管、鋁散熱器間接空冷系統的水質標準和處理方法，根據相關單位對混合凝汽器間接空冷系統的試驗結果，暫時執行的水質標準如下：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的監測，并將指標列入監督報表中，定期監測，避免對鋁管的腐蝕造成泄漏。

2.3 扇區停運期間的防凍

在間冷系統運行實踐中，不少電廠出現過因扇區停運時操作不當或停運后防凍措施不到位而造成扇區管束凍裂的情況。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，應及時關閉扇區百葉窗，將扇區泄水，避免熱量不足而導致循環水溫度過低，扇區凍壞。

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

（3）扇區泄水結束后，注意對扇區進、回水母管溫度的監視，這個主要是判斷扇區進水閥、回水閥是否關閉不嚴有內漏。或者將扇區進水閥后、回水閥前的人孔門打開，以免從扇區進水閥、回水閥漏流的熱水逐步進入扇區管束，在下聯箱管口部位造成凍結，下次再充水時將造成循環水流動不暢，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，確認扇區進回水管道無水后應將進、回水緊急泄水閥關閉，在DCS上掛”禁操”，以免地下儲水箱熱氣因抽吸作用返至扇區管束內導致結冰，在下次扇區充水時將造成大面積凍裂。

3.結語

目前國內高寒地區間接空冷機組冬季運行防凍經驗比較少，在系統的安全過冬方面還需積累經驗并做相應的優化調整，制定出相應的間冷系統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了間冷系統在高寒地區冬季散熱器防“凍結”的各種應對措施，使整個防凍體系更加完善，確保處于高寒地區運行的間冷火電機組能夠安全、穩定地運行。

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：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值研究[J].動力工程，2009，29（5）：472-475.

[4]丁爾謀.發電廠空冷技術[M].北京：水利電力出版社，1992.