直接空冷系統(tǒng)發(fā)生冰凍的原因分析和對(duì)策

焦東新

（大同煤礦集團(tuán)同達(dá)熱電有限公司，山西 大同037001）

1 直接空冷系統(tǒng)冰凍的原因

1.1 熱源和冷源不匹配

空冷島發(fā)生冰凍源于熱源和冷源的較量，理論上講，進(jìn)入空冷島的蒸汽攜帶的熱量只要能使蒸汽和凝結(jié)水通過(guò)的金屬管道壁溫不低于0 ℃，蒸汽或凝結(jié)水就不會(huì)在金屬表面結(jié)冰。如果進(jìn)入空冷島的熱量不足，難以保證散熱器管束和凝結(jié)水管道金屬溫度保持0 ℃以上，那么凝結(jié)水在此金屬表面上就要結(jié)冰，從而嚴(yán)重?fù)p壞散熱器管束、凝結(jié)水和進(jìn)汽管道，產(chǎn)生裂紋變形。

空冷系統(tǒng)進(jìn)汽攜帶熱量的多少，與蒸汽流量和蒸汽溫度有關(guān)。空冷系統(tǒng)散熱器的冷源與環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，環(huán)境溫度是影響冷源的主要因素。

發(fā)生冰凍主要是冷源和熱源不匹配造成的。熱電廠冬季空冷防凍主要矛盾是在用戶需要逐漸增加供熱量抽汽量的同時(shí)，空冷系統(tǒng)也需要一定的排汽量保證正常運(yùn)行。在機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，對(duì)外供熱量增大，空冷系統(tǒng)的進(jìn)汽量就減少，將導(dǎo)致空冷系統(tǒng)防凍更加困難。

1.2 設(shè)備缺陷

1.2.1 進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)是造成空冷系統(tǒng)結(jié)冰的主要原因

空冷系統(tǒng)正常運(yùn)行中，其風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和各排進(jìn)汽蝶閥開關(guān)全部自動(dòng)控制，當(dāng)進(jìn)汽量偏低時(shí)，控制邏輯根據(jù)“真空設(shè)定值”和“實(shí)際真空值”偏差大小發(fā)出關(guān)閉某街區(qū)進(jìn)汽蝶閥的指令，該進(jìn)汽蝶閥關(guān)閉后，如果不嚴(yán)有漏量，由于漏入汽量小，但散熱器冷卻能力強(qiáng)，將導(dǎo)致冷源能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱源能量，發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。所以，空冷系統(tǒng)閥門的嚴(yán)密性是空冷防凍關(guān)鍵所在。

1.2.2 空冷系統(tǒng)不嚴(yán)漏入空氣

當(dāng)空冷系統(tǒng)有漏點(diǎn)時(shí)，由于漏入冷空氣使該處溫度下降，凝結(jié)水過(guò)冷度增加，易發(fā)生凍結(jié)。例如：同煤大唐熱電#1機(jī)#1排左側(cè)凝結(jié)水母管有3 道焊口有裂紋，在汽缸排汽溫度60 ℃時(shí)，左側(cè)凝結(jié)水溫度只有10 ℃，處理裂紋后，凝結(jié)水溫度升至58 ℃。所以，空冷系統(tǒng)的嚴(yán)密性是空冷防凍的另一個(gè)重要因素。

2 防止冰凍措施

2.1 熱源側(cè)采取的措施

廠家最初防凍邏輯設(shè)計(jì)如下：

（1）順流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程：排汽溫度與凝結(jié)水溫差小于8℃，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常邏輯控制。

工況一條件：此時(shí)逆流保護(hù)未動(dòng)作，順流達(dá)保護(hù)動(dòng)作條件；逆流風(fēng)機(jī)保持當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)速，順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。

工況二條件：逆流保護(hù)已動(dòng)作，順流保護(hù)也動(dòng)作；當(dāng)15 ℃＜排汽溫度與凝結(jié)水溫差＜18 ℃時(shí)，逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持；當(dāng)溫差＞18 ℃時(shí)，逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也下降。

（2）逆流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程：排汽溫度與空氣管溫差小于10 ℃，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常邏輯控制。

工況一條件：順流保護(hù)未動(dòng)作，逆流保護(hù)動(dòng)作；順流風(fēng)機(jī)保持當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)速，逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。

工況二條件：順流保護(hù)已動(dòng)作，逆流保護(hù)也動(dòng)作；當(dāng)15 ℃＜排汽溫度與空氣管溫差＜18 ℃時(shí)，順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持；當(dāng)溫差＞18 ℃時(shí)，順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也下降。

（3）#1、#3街區(qū)進(jìn)汽蝶閥、凝結(jié)水、抽空氣管電動(dòng)門聯(lián)鎖動(dòng)作：1）當(dāng)進(jìn)汽蝶閥關(guān)閉后，20min后聯(lián)關(guān)凝結(jié)水門；2）當(dāng)指令需要投備用街區(qū)時(shí)，先開凝結(jié)水門，后開進(jìn)汽蝶閥；3）空氣管電動(dòng)門無(wú)聯(lián)鎖功能，保持開位。

該設(shè)計(jì)思路是設(shè)備最完善、不存在缺陷情況下的邏輯控制。但在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)廠家原邏輯無(wú)法滿足空冷系統(tǒng)有泄漏時(shí)的正常運(yùn)行，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，該邏輯控制過(guò)程存在許多問(wèn)題。例如：排汽溫度65 ℃時(shí)，如凝結(jié)水溫45 ℃，防凍保護(hù)動(dòng)作，直至風(fēng)機(jī)停運(yùn)。但凝結(jié)水45 ℃還不會(huì)產(chǎn)生冰凍，此時(shí)若防凍保護(hù)動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致真空下降，影響機(jī)組負(fù)荷，熱電廠負(fù)荷下降會(huì)直接影響對(duì)外供熱。所以根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空冷冬季的防凍保護(hù)邏輯進(jìn)行了修改，修改后邏輯保護(hù)如下：

（1）順流保護(hù)修改：1）凝結(jié)水溫度任一＜40℃時(shí)，報(bào)警；同時(shí)環(huán)境溫度＜3 ℃，順流保護(hù)動(dòng)作。2）環(huán)境溫度＞5 ℃或凝結(jié)水溫度＞45 ℃，順流保護(hù)退出。3）當(dāng)凝結(jié)水溫度之一＜40 ℃時(shí)，如果逆流風(fēng)機(jī)已經(jīng)保護(hù)（逆流風(fēng)機(jī)正在降速），則順流風(fēng)機(jī)保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速；溫度再下降＜35 ℃時(shí)，順流風(fēng)機(jī)開始降速，而逆流風(fēng)機(jī)則繼續(xù)降速。

（2）逆流保護(hù)修改：1）空氣管溫度＜35℃，報(bào)警；同時(shí)環(huán)境溫度＜3 ℃時(shí)，逆流保護(hù)動(dòng)作。2）環(huán)境溫度＞5 ℃或空氣管溫度＞40℃，保護(hù)退出。3）當(dāng)空氣管溫度＜35℃時(shí)，如果順流已經(jīng)保護(hù)（順流風(fēng)機(jī)正在降速），則逆流風(fēng)機(jī)維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速；當(dāng)空氣管溫度＜30 ℃時(shí)，逆流風(fēng)機(jī)開始降速，而順流風(fēng)機(jī)繼續(xù)降速。4）凝結(jié)水電動(dòng)門和空氣管電動(dòng)門取消聯(lián)鎖功能，備用狀態(tài)也保持全開，防止進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)，產(chǎn)生的凝結(jié)水無(wú)法回至凝結(jié)水箱，使凝結(jié)水在水管內(nèi)發(fā)生凍結(jié)。

2.2 冷源側(cè)采取的措施

（1）散熱器外部蓋保溫被。散熱器在冬季運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)個(gè)別管束溫度低，該管束可能是通流能力差、流量小或有漏空氣的地方，這時(shí)需將該管束與其周圍幾根管束包蓋保溫被，用正常溫度管束的熱量加熱溫度偏低管束，保證溫度偏低管束冬季不凍結(jié)。如是備用街區(qū)進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)，出現(xiàn)漏汽情況，根據(jù)漏汽情況更要蓋保溫被，因?yàn)榻謪^(qū)停用后進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)空冷系統(tǒng)很容易發(fā)生冰凍。

（2）凝結(jié)水管加裝伴熱裝置。冬季散熱器下聯(lián)箱和凝結(jié)水回水管最易發(fā)生冰凍，尤其是凝結(jié)水回水管凍，化冰很困難，回水管凍可能導(dǎo)致散熱器的全面損壞，所以保證下水管的暢通是冬季防凍的首要任務(wù)。首先，將凝結(jié)水電動(dòng)門的聯(lián)關(guān)功能取消，改為手動(dòng)控制，并要求在機(jī)組運(yùn)行中保持全開，各街區(qū)進(jìn)汽蝶閥關(guān)閉后不聯(lián)關(guān)相應(yīng)凝結(jié)水門，保證散熱器有凝結(jié)水時(shí)及時(shí)排至凝結(jié)水箱。運(yùn)行中觀察，冬季不關(guān)凝結(jié)水門，由于凝結(jié)水母管的熱汽返入散熱器下聯(lián)箱，能使聯(lián)箱保持一定溫度。其次，對(duì)散熱器下聯(lián)箱和凝結(jié)水管加裝伴熱裝置，臨時(shí)解決可在凝結(jié)水管和下聯(lián)箱外部包電熱毯，防凍技改時(shí)可加裝伴熱帶，這樣冬季時(shí)就能保證散熱器下聯(lián)箱和凝結(jié)水管溫度在0 ℃以上，有少量凝結(jié)水時(shí)不存在回水過(guò)程中結(jié)冰情況的發(fā)生。

2.3 確保進(jìn)汽蝶閥嚴(yán)密

空冷系統(tǒng)進(jìn)汽蝶閥能關(guān)閉嚴(yán)密，空冷系統(tǒng)就不會(huì)發(fā)生凍結(jié)問(wèn)題。當(dāng)退出運(yùn)行街區(qū)的進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)時(shí)，漏汽所攜帶的熱量很快就會(huì)被冷源帶走，凝結(jié)水很容易發(fā)生結(jié)冰。所以，保證進(jìn)汽蝶閥的嚴(yán)密性是關(guān)鍵。如要保證閥門的嚴(yán)密性，蝶閥開、關(guān)行程的調(diào)整必須嚴(yán)格把關(guān)，尤其是蝶閥關(guān)閉位置的調(diào)整必須合適和到位，最可靠的辦法是，新安裝機(jī)組或機(jī)組大小修后，檢修人員通過(guò)系統(tǒng)人孔門進(jìn)入排汽管道蝶閥門芯處，直接觀察門芯的準(zhǔn)確位置，進(jìn)行蝶閥開、關(guān)位置行程的調(diào)整，只有這樣才能確保每個(gè)進(jìn)汽蝶閥關(guān)閉的嚴(yán)密性。

2.4 查找空冷系統(tǒng)漏點(diǎn)

空冷系統(tǒng)有泄漏時(shí)，漏氣量大小不同，會(huì)表現(xiàn)出不同的運(yùn)行工況，下面介紹不同工況的各種現(xiàn)象。

冬季散熱器管束泄漏時(shí)，如漏氣量小，對(duì)凝結(jié)水溫度和空氣管溫度影響不大，空冷散熱器兩側(cè)凝結(jié)水溫度偏差小，但從外部散熱器可用手感覺(jué)到漏空氣管束處的空氣明顯比其他管束處溫度低。如果漏氣量較大，兩側(cè)凝結(jié)水溫度偏差大，漏空氣一側(cè)凝結(jié)水溫度低。

冬季散熱器下聯(lián)箱泄漏時(shí)，首先表現(xiàn)為凝結(jié)水溫度偏低，漏量大時(shí)可清楚地聽(tīng)到吸氣聲。空冷系統(tǒng)有防凍邏輯保護(hù)，當(dāng)凝結(jié)水溫度低至動(dòng)作值時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降直至停止運(yùn)行，嚴(yán)重影響真空值，會(huì)引起低真空保護(hù)動(dòng)作。

夏季工況時(shí)，空冷系統(tǒng)漏空氣，可從凝結(jié)水溫度和空氣管溫度變化判斷出來(lái)，不管什么地方泄漏，凝結(jié)水過(guò)冷度都會(huì)增大，排汽溫度和空氣管溫度偏差也大。啟動(dòng)備用真空泵后，真空值變化較大，凝結(jié)水溫度和空氣管溫度會(huì)升高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以肯定空冷系統(tǒng)不嚴(yán)密，有泄漏。

3 發(fā)生冰凍的處理方法

空冷系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)部分散熱器管束凍結(jié)時(shí)，在專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下，可以手動(dòng)干預(yù)邏輯控制進(jìn)行消冰。在實(shí)際運(yùn)行中，有幾種不同情況采用的不同消冰方法，效果非常好。

（1）街區(qū)在投入狀態(tài)，散熱器下聯(lián)箱和凝結(jié)水管溫度正常，而散熱器部分管束凍結(jié)變形。這種情況可采取以下辦法：1）降低真空，提高排汽溫度；2）降低凍結(jié)變形管束對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行；3）對(duì)變形管束外部包蓋保溫被；4）對(duì)于供熱機(jī)組，可減小本機(jī)供熱量，增大鄰機(jī)供熱量，使空冷島的蒸汽量增大。

（2）街區(qū)在退出狀態(tài)，由于進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)導(dǎo)致部分散熱器管束凍結(jié)變形，但散熱器下聯(lián)箱和凝結(jié)水管溫度正常。這種情況可采取以下辦法：1）對(duì)變形管束外部包蓋保溫被；2）凍結(jié)變形管發(fā)生在停用街區(qū)，可手動(dòng)開啟停用街區(qū)進(jìn)汽蝶閥，根據(jù)真空值停用一列正常運(yùn)行街區(qū)；3）對(duì)于供熱機(jī)組，可減小本機(jī)供熱量，增大鄰機(jī)供熱量，使空冷島的蒸汽量增大；4）散熱器管束消冰完畢，該段散熱器退出運(yùn)行后，聯(lián)系檢修共同手動(dòng)校驗(yàn)該漏汽蝶閥，但注意關(guān)閉位置要合適，防止關(guān)過(guò)頭。

（3）街區(qū)在退出狀態(tài)，由于進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)，不僅導(dǎo)致部分散熱器管束凍結(jié)變形，而且散熱器下聯(lián)箱和凝結(jié)水管也發(fā)生凍結(jié)。這種情況是最危險(xiǎn)的冰凍工況，部分管束的損壞不可避免，此時(shí)處理步驟如下：首先，檢查冰凍的管束是否有裂紋和漏空氣聲，發(fā)現(xiàn)有變形嚴(yán)重和裂紋的，必須先對(duì)有裂紋的部位進(jìn)行消冰和焊接處理，保證系統(tǒng)嚴(yán)密性，防止漏空氣導(dǎo)致低真空保護(hù)動(dòng)作；其次，將散熱器下聯(lián)箱下水口至凝結(jié)水箱管段用火烤通，由下向上逐漸消冰，消冰至下聯(lián)箱下水口后，以下水口為起點(diǎn)，逐漸向下水口兩側(cè)消冰，保證融化的冰水及時(shí)排走；然后，采取一切可以使散熱器管束升溫的辦法，使散熱器管束升溫，但切記防止二次冰凍，二次冰凍是損壞設(shè)備的主要原因。散熱器設(shè)計(jì)時(shí)考慮了結(jié)冰問(wèn)題，管束橫斷面為橢圓結(jié)構(gòu)，對(duì)冰凍危害有一定的緩沖，但若發(fā)生二次凍結(jié)會(huì)損壞管束。

如果蝶閥漏汽處也凍結(jié)，此時(shí)不可進(jìn)行手動(dòng)校門，因?yàn)殚T芯已凍結(jié)，強(qiáng)制手動(dòng)會(huì)損壞閥門。判斷蝶閥是否冰凍的最好辦法就是測(cè)量蝶閥前后溫度，蝶閥不嚴(yán)漏汽時(shí)，前后溫度有偏差，蝶閥前溫度很高，蝶閥后溫度根據(jù)漏汽量大小有所不同，但都在0 ℃以上，如果蝶閥前溫度較高，而蝶閥后溫度基本和環(huán)境溫度一樣，可以肯定門芯已凍結(jié)，也不存在漏汽情況，此時(shí)進(jìn)汽口全部?jī)鏊馈３霈F(xiàn)這種情況后，只要保證把散熱器內(nèi)管束的結(jié)冰基本消除，蝶閥及進(jìn)汽口處不需要消冰，但必須采取措施保證下聯(lián)箱和凝結(jié)水回水管溫度在0 ℃以上，蝶閥及進(jìn)汽口處的結(jié)冰等來(lái)年自然消化。

4 空冷系統(tǒng)技術(shù)改造

廠家在設(shè)計(jì)空冷系統(tǒng)時(shí)，沒(méi)有充分考慮熱電廠空冷系統(tǒng)的特點(diǎn)，冬季時(shí)當(dāng)空冷系統(tǒng)需要保證一定量的熱負(fù)荷時(shí)，大量的抽汽用于熱網(wǎng)加熱器，使進(jìn)入空冷島的熱量大大減少，環(huán)境溫度越低，熱網(wǎng)加熱器抽汽量越大，進(jìn)入空冷島的蒸汽量越少，空冷島防冰凍的任務(wù)越艱巨。建議在風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處加裝電動(dòng)百葉窗，空冷系統(tǒng)某一街區(qū)停用后，可關(guān)閉百葉窗，有效地控制冷風(fēng)量，將會(huì)對(duì)防凍工作起到積極作用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工作實(shí)踐中的不斷摸索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)入冬季按上述技術(shù)措施開展空冷防凍工作，收到了顯著效果，2008年至今同煤大唐熱電有限公司#1～#4 機(jī)組未發(fā)生過(guò)空冷冰凍現(xiàn)象，且保證了空冷系統(tǒng)嚴(yán)密性，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。