汽液兩相流調節器在回熱系統中的應用研究

石麗娜

南京寧眾人力資源服務有限公司

引言

給水加熱器是給水回熱循環中加熱給水的主要設備，它利用在汽輪機中已作功的蒸汽來逐級加熱給水。按抽汽口在系統中的位置，在除氧器之前的稱為高壓加熱器，在除氧器之后的稱為低壓加熱器。高壓加熱器的疏水逐級自流進入除氧器，低壓加熱器的疏水逐級自流進入凝汽器。疏水裝置的作用是可靠地將加熱器中的凝結水及時排出，同時又不讓蒸汽隨同疏水一起流出，以維持加熱器汽側壓力和凝結水的水位穩定。

發電廠中常用的疏水調節閥門按其助力方式分為氣動和電動兩種驅動方式。

氣動式調節裝置執行機構復雜，動作頻繁，易發生卡澀、泄露、無水位運行和疏水管路沖蝕嚴重等故障，維護工作量大，且影響汽輪機的效率。

電動式調節裝置是電動機械傳動，線性度較差，調節系統滯后，不能更好地實現系統自動調節，加熱器疏水的水位不易被控制。

由于水位不穩定，調整門頻繁動作，對高加內部及其疏水系統的管道沖蝕將會增大,，甚至會產生系統管道等振動；調節閥也易被沖蝕磨損，經常出現故障，以至造成高加水位調節失靈，引起高加保護動作，或高加無水位運行，尤其是汽輪機變工況運行時高加水位更難以控制。

為了防止加熱器汽側滿水，運行人員需常開旁路門，致使加熱器處于無水位狀態。加熱器長期處于低水位甚至無水位運行時，蒸汽進入疏水管道和下級加熱器，形成蒸汽和疏水兩相流動，使容積流量增加，流速增大，造成管道振動并降低了回熱循環的經濟性。水位過高則會淹沒鋼管，減少蒸汽和鋼管的接觸面積，不僅會影響熱效率，并且會造成汽輪機進水而引起葉片斷裂、大軸彎曲等事故。

為了解決上述問題，目前電廠多采用汽液兩相流調節器。該裝置工作原理簡單，自調節能力強，液位控制穩定。此調節器的體積小，部件少、結構和系統簡單。無機械運動部件，無電氣元件，因而其可靠性、安全性尤為突出。

1 工作原理

汽液兩相流調節器利用“汽液兩相流”原理，連續自動調節水位，摒棄了傳統水位控制器的機械運動部件和電氣控制元件。其本身無任何運動部件，執行機構的動力來自本級加熱器的蒸汽，所需的調節汽用量約為疏水容積流量的千分之三。該裝置很好地克服了傳統水位控制器的常發故障，使水位控制的難題得到了較好的解決。

汽液兩相流調節器的基本原理：疏水由閥體入口進入閥腔，相變管（信號管）根據液位高低采集汽相、液相信號直接進入閥腔，與疏水混合后流經特定設計的喉部。當液位上升時，汽相信號減少，因而疏水流量增加；當液位下降時，汽相信號增加，減少喉部有效通流面積，疏水流量降低，達到有效阻礙疏水的目的（見圖1）。

圖1 汽液兩相流調節器水位控制系統圖

汽液兩相流調節器與常規控制系統中的調節閥不同，它沒有機械或人為的開關動作，自動實現了一般閥門的功能，閥門調節器的結構原理見圖2。

圖2 調節器結構原理圖

汽液兩相流調節器是靠汽液兩相流的特性來改變疏水流量的大小。所以，汽液兩相流調節器不需要運動部件，其內部結構是一個漸縮漸擴噴嘴，外形類似于三通，上端與傳感器頂部聯絡管相連，接受傳感器輸送來的蒸汽，左右兩端分別為疏水的進出口。傳感器送來的蒸汽與加熱器來的疏水在漸縮漸擴噴嘴內強烈混合，形成汽液兩相流并通過噴嘴的喉部。由于汽液兩相流調節器內的漸縮漸擴噴嘴喉部是一個固定截面（根據嚴格的理論計算所得），當汽液兩相流通過這一固定截面時，若蒸汽量減少，則流過的疏水量必然增加；若蒸汽量增加，則流過的疏水量必然減少。由此實現了沒有開與關的機械動作，也能達到改變出水量的目的。

2 汽液兩相流調節器安裝注意事項

為了更好地實現汽液兩相自調節裝置的功能，其安裝是及其關鍵的，需要注意的事項如下：

（1）汽液兩相流調節器本體上所標式的“→”箭頭方向需與疏水流動方向保持一致，汽液兩相流調節器水平或垂直安裝均可。汽液兩相流調節器安裝時應盡量靠近加熱器本體，使信號管和疏水管路盡可能的短。安裝入口閥前應有100mm以上直管段，入口閥的出口可直接與調節器法蘭相連，也可有≤250mm的直管段連接；所用入口閥應使用閘板閥。隔斷閥門必須保證嚴密，以免影響汽液兩相自調節裝置的自調節性能，造成加熱器運行水位的不穩定。安裝汽液兩相流調節器前后不應有其它設備（如泵閥、疏冷器等）；在整個安裝過程中，應清除加熱器及管道內的焊渣、雜物。

（2）信號管的安裝需在容器開孔，孔徑應略大于信號管，使信號管能順利插入以便焊接。信號管的長度應盡可能短，彎頭盡量少，避免壓力損失過大；開孔高度一般以正常水位高度線為中心。

（3）加熱器的正常運行水位必須標定準確無誤，然后按汽液兩相流調節器給定的信號管至加熱器運行液面間隙調整好信號管安裝高度，否則加熱器將偏離正常水位運行。旁路管上加裝相應的閘板閥，要求閘閥必須嚴密無內漏。

（4）汽液兩相流調節器內喉部尺寸在設計時，應對安裝調節器的加熱器及下級加熱器的正常運行疏水量進行準確測定，避免在疏水系統實際運行中，汽液兩相流調節器疏水量達不到實際要求，造成加熱器水位不易控制。汽液兩相流調節器對加熱器疏水量非常敏感，如加熱器泄漏或其他原因造成的疏水量增大，則汽液兩相流調節器會出現調節性能差及水位控制不穩的情況。

3 汽液兩相流調節器后的調試

汽液兩相流調節器需在最大負荷條件下進行調試。調試前將入口閥及信號管路上的汽閥全開，旁路閥全關。正常運行時水位緩慢上升到信號管與加熱器的接口處，若水位穩定，則說明符合運行參數；若水位較低，則需緩慢關閉入口閥門，使水位上升到正常水位時，停止操作；若水位較高，則逐漸打開旁路閥，當水位慢慢下降至正常水位位置時，停止操作。

逐漸降低負荷到機組投加熱器的經濟運行最低點為止，觀察水位保持情況：如果長時間無水，適量關閉旁路閥（或入口閘閥）至有水位出現，漸升至最高負荷時，水位上升不超過報警上限值即試驗通過，否則需做適當調整（開旁路閥或入口閥，找出平衡點）。

4 汽液兩相流調節器在電廠中的應用

某電廠對高加疏水系統未改造前采用的是電動調節裝置，其執行機構機械元件多，延遲率大,，很容易產生過調現象。當高加水位偏高需增大調整門開度時，由于執行機構的過調現象，會使水位降低過多；當高加水位偏低需減小調整門開度時，往往會使水位又上升過多。由于水位的不穩定，調整門頻繁動作，對高加內部及其疏水系統的管道沖蝕增大，甚至會產生振動；調節閥也易沖蝕磨損,經常出現故障，以至造成高加水位調整失靈，引起高加保護動作，或高加無水位運行，特別是汽輪機變工況運行時,，高加水位就更難以控制。

為解決上述問題，將電動調節裝置改為汽液兩相流調節器。改造后，#1號機的3臺高加在機組運行中都能全部投入。由于采用了汽液兩相流調節器，自調節能力強，適應負荷變化范圍廣，在機組負荷40%～100%范圍內都能實現穩定控制，保持高加水位在規定范圍內運行，增強了機組變工況運行時回熱系統的適應性。高加穩定性及投入率大大提高，機組熱效率也相應增加，提高了機組的安全性；同時，由于汽液兩相流調節器無機械電氣元件，不需要熱工信號的支持，減少了運行人員的工作量。汽液兩相流調節器與電動調節裝置的對比分析結果見表1。

表1 汽液兩相流調節器與電動調節裝置的對比分析

5 結束語

汽液兩相流調節器能夠自動連續調節，自調節能力強，液位相對穩定。由于其沒有氣動和電動熱工控制系統及復雜的熱工附屬設備，從而減少了維護人員，大大提高了設備的運行管理水平。現場檢修和運行維護工作量大幅度下降，節省檢修費用，降低了勞動強度。

火電廠加熱器的常規水位控制器故障頻繁，現場使用汽液兩相流調節器后上述問題得到很好的解決，在節約能源的同時，其社會效益和經濟效益顯著。