直接空冷凝汽器冬季防凍方案

侯欣妍

摘 要：直接空冷凝汽器在國內應用較廣，尤其是北方富煤缺水地區。結合機組運營狀況對直冷系統嚴寒狀況下的防凍問題進行處理具有較高重要價值，并根據凍結原因制定防凍措施。該文結合空冷島結構、運營、操作等方面在防凍處理中的措施進行了探討，旨在為廠區直冷系統的防凍處理提供一定借鑒價值，從而維持整個機組運行的安全性、經濟性、合理性。

關鍵詞：直接空冷凝汽器；冬季防凍措施；直冷系統

中圖分類號：TK264.1 文獻標志碼：A

0 前言

當下電廠經常采用的空冷機組包括3種形式：直接空冷、表面凝汽式間接空冷、復合式間接空冷。其中直冷機組和常規濕冷機組的主要差別在冷端部分，直冷借助外界環境空氣作為冷卻介質，并非傳統冷卻器中的水介質，因此，外界環境溫度變化即當地氣候條件會對直冷系統產生嚴重影響。當下國內直冷機組大部分集中在西北地區，當地風沙大易導致嚴重的設備積灰問題，同時當地冬季過于寒冷的氣候會引發設備管束凍裂。為此加強整個直冷機組冬季防凍問題的分析至關重要。

1 極端低溫條件下防凍要求及原因分析

1.1 防凍要求

在低溫狀態下，空冷系統的運行需要注意3個問題。第一，保證系統的密閉性，按照SPX的標準要求，空冷系統的嚴密性需要達到100 Pa/min，而優秀值需要達到50 Pa/min。備齊風筒封堵簾，在對翅片采用覆蓋帆布封堵后，需要保證四周嚴密，使冷空氣無法吹透帆布。此外還需要準備一些厚棉布簾，當管束根部出現過冷的狀況時，對翅片以及凝結水聯箱根部采用保溫處理。第二，風機各單元之間保證不串風，密封門要處于關閉狀態，同時重點關注密封門的狀態，必要時還可以增加閉門器的數量對漏風口進行及時的封堵。第三，保證進氣蝶閥2～3列嚴密狀態，在隔離后不會有蒸汽進入其中，若不是極寒地區則沒有具體的指標要求。

1.2 過冷原因

（1）空冷器發生泄漏或者是蒸汽流量不足會使得散熱管束內進入大量的空氣，蒸汽所占有的散熱空間就會被縮減，在泄漏點附近散熱管束的溫度會顯著減低，從而產生過冷狀況。

（2）如果能夠有效地控制排氣壓力，這樣就會使得排汽壓力始終高于真空泵組的抽氣限值，這樣就可以避免空氣和不可凝氣體的進入和貯存，如果排氣壓力控制不得當，則會造成空凝器中凝結水溫度過低，在較低的外環境下則容易出現結霜狀況。一般情況下，當環境溫度持續低于2 ℃時，在空凝器逆流管束的上端容易出現結霜狀況，出現這種狀況的主要原因是該位置的不可凝物出現過冷。如果這種狀況持續的時間較長，比如一天或者幾天，則容易造成該位置的端口堵塞，使得不可凝氣體抽出較為困難。

（3）如果空凝器運行出現異常狀況，象抽真空設備故障極易引發不凝氣無法排出、排汽壓力不穩等現象，此時便容易引發過冷問題。此時針對凝結水箱中的液體進行溫度檢測便可發現過冷問題。

（4）散熱面積一定的前提下，汽輪機排汽量越低、管束溫度越低。如果空冷島的控制為手動模式，則逆流管束蒸汽流速低于順流管束，轉速發生改變的狀況下，內部汽流量便會出現波動，蒸汽此時便會再次進行分配，對應蒸汽流量偏低區域便會發生過冷現象。同一時間，考慮到整個空冷設備的管束是相互連通的，凝結水箱內部液體溫度不會發生較大波動，即水箱不存在過冷現象，控制方面便無法及時做出保護動作處理。正常工況下，逆流管束風機轉速會高于順流管束，如果順流管束的風機轉速高于逆流風機，容易在順流段發生氣滯現象，嚴重時會引起管束堵塞。從中可分析出汽輪機在啟動、關閉環節中，汽量低，凝結水易發生凍結問題，此時最需要進行防凍處理。

2 防凍措施分析

2.1 啟動前準備工作

空冷島系統啟動前，需要核查凝結水系統，為了避免其發生凍結問題，可進行電伴熱、保溫處理，凍結后馬上處理至化開后方可將凝結水管路投入運營，需要引起重視的是該環節中需要關閉疏水氣動閥、進汽蝶閥。此外，機組啟動前不可提前開啟軸封系統，需要啟動風煙系統后方可進行相應操作，軸封開啟后便可進行抽真空處理。

2.2 高、低旁暖管操作

主汽見壓后便可開啟高旁調節閥門，對應溫度升高后進行調節門的判定和處理，該閥門開度不可超過5 %。當旁路調節門出現質量缺陷發生內漏問題時，可暫不開啟該閥門。高旁調節門內漏狀況下，對其進行暖管處理環節時需要考慮氧化皮脫落問題，盡量提前投入高低旁運作模式，結合當時環境溫度進行最小進汽流量的計算。

2.3 空冷機組啟動要求

空冷島運營前需要先進行整個機組的抽真空處理，背壓低于10 kPa后方可關閉抽真空體系，在機組包括在線測溫裝置的情況下可隨時觀測溫度差動態；無相關裝置則需要相關作業人員對各個蒸汽管列進行溫度測量。低溫狀況下，翅片的回暖速度低，首先要檢測管道的溫度，待溫度增加便可聽到管束內部冰片融化的聲音。對應管束翅片上部溫度較高，且高溫區域會逐漸下移，當整個管束的85 %均達到高30 ℃條件下、凝結水和抽真空系統高于40 ℃，便可打開機組下部風機進行強制通風。再者，風機需要先逆流、后順流啟動，提高鍋爐燃燒程度，避免蒸汽量不足引發的危害。若翅片過冷則需要增加鍋爐的燃料，提高空冷進汽量，避免列方向風機頻率過高等引發的危害。保證風機頻率高于30 Hz，背壓高于20 kPa后方可投入下一列。

2.4 開啟蝶閥

機組運營中，如果列方向蝶閥關閉不嚴，需要及時關閉閥門進行處理，避免因蝶閥問題導致低進汽量引發凍結問題，降低管束被凍結概率。

2.5 停機環節

機組進汽量下降，對應熱負荷降低，先進行進汽蝶閥較嚴列的關閉，最后關閉不嚴列。當發生嚴重的鍋爐氧化皮問題時，需要加強高低旁配合處理，從而降低再熱氣溫大幅變化現象。

3 運行方面

3.1 采取隔離列

一般北方地區11月份便進入冬季，環境溫度下降，機組風機停運，此時需要維持逆流段風機正常運作。考慮到北方地區晝夜溫差大，為了降低空冷機組凍結概率，需要在當地溫度低于一定溫度下便進行列隔離。一般先隔離兩端進汽列，原因在于兩端進汽管會直接受到冷空氣作用，從而降低中間管段直接接觸冷風的負面影響，一定程度上緩解了防凍壓力。

3.2 列封堵處理

考慮到大部分地區晝夜溫差較高，部分地區溫差高達20 ℃，同時夜間調峰低負荷運行，風機已經全部停運，無法進行背壓控制。此時隔離列翅片仍易過冷，背壓降低難度大會引發煤耗率增加的危害。這一條件下可進行裂封堵處理，封堵后可避免白日風機頻率高、夜間風機停運引發的背壓無法控制現象。但需引起重視的是這一操作的危害不容忽視：封堵列之后便不會存在熱風作用，抽真空系統的溫度便會明顯下降，逆流風機此時需要進行降頻、停風處理方可維持抽真空系統的穩定。

其次，拆除列風筒，封堵單元，可降低無熱風現象，這對低背壓控制較為有利。空冷島不易發生凍結危害。極端低溫條件下可在翅片管頂部覆蓋帆布也可初步解決相關問題。

再者，啟動2臺真空泵，冬季2泵同時運行，可快速抽出不凝氣。防凍環節中抽真空能力不足還可增設第3臺泵，逆流段不發生堵塞，順流單元便可正常運行。

該文結合現場運營經驗，對空冷機組低溫防凍問題進行了詳細分析，旨在為電廠機組的安全運營提供一定參考價值。

參考文獻

[1]羅勇.空冷散熱器冬季防凍措施淺析[J].電網與清潔能源，2012，28（4）：32-34.

[2]張學亮，崔靖梓，馮光，等.直接空冷器在低溫環境下的應用[J].化工進展，2013，32（1）：25-30.

[3]趙維忠，朱立煒.高寒低溫條件直冷機組凝汽器防凍運行研究[J].電網與清潔能源.2014，30（3）：59-63.