汽輪機高壓加熱器疏水系統優化

周奇龍

摘要：某化工廠熱電中心汽輪機高壓加熱器原有疏水系統運行可靠性差，加熱器水位調整困難，長期處于無水位運行，浪費高品質熱源;同時由于疏水管中汽液兩相流動的存在，造成的管道振動、沖刷、管壁減薄等問題則帶來較大安全隱患。上述問題對機組的安全穩定生產及經濟運行帶來諸多不利影響。通過應用新型汽液兩相流疏水調節器，有效解決了高壓加熱器疏水系統可靠性差問題，改造實踐證明，新型汽液兩相流疏水調節器工作可靠，維護方便，經濟效益顯著。

關鍵詞：加熱器;波動;汽液兩相流;改造

某化工廠熱電生產中心兩臺機組，汽輪機選用哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的型號為 CZK50-9.3/4.2高壓單缸、單抽冷凝式、直接空冷汽輪發電機組。由于設計原因，電動調節閥是電動機械傳動，線性度不好，調節系統滯后，調節品質差，不能實現系統準確自動調節，其運行的穩定性、可靠性沒有保障，造成高加疏水水位不易控制。為了防止加熱器汽側滿水，運行有時需開旁路門，致使加熱器處于無水位狀態，造成#2高壓加熱器抽汽進入#1高壓加熱器，排擠了#1高壓加熱器的抽汽量，增加了高品質蒸汽的消耗，大大降低了回熱循環的經濟性。由于高壓加熱器處于低水位甚至無水位運行，蒸汽進入疏水管道和下一級加熱器，形成蒸汽和疏水兩相流動，容積流量增加，流速增大，造成管道振動。同時，兩相流動造成疏水管道、彎頭和加熱器鋼管沖蝕減薄，多次導致管道、加熱器泄漏事故，影響加熱器的安全運行，影響下一級加熱效率。

1 有關汽液兩相流自調節技術的可行性

對高加疏水系統進行了認真地分析，明確了由于高加疏水水位波動大、自調節能力差是最終造成高加疏水水位調整困難，長期處于無水位運行，系統管道振動、沖刷、管壁減薄等問題的主要原因。通過對高加疏水系統地綜合分析認為，該系統必須能夠將高壓加熱器汽側的疏水順利的導出，保證高壓加熱器的安全、經濟運行，同時又需運行中的高壓加熱器汽側保持一定的水位，防止高品質汽源進入下一級加熱器從而造成能源浪費。這就要求該系統要有進行水位自調節的設備， 且該設備具有良好的自調節能力，可根據低壓加熱器水位的高低實現自動調節。

1.1 調節原理

由于傳統的浮球式、汽動式、電動式調節閥自調節能力差，靈敏度低。不能保證高壓加熱器水位在一個穩定的范圍內自動調節，因此不適用于高壓加熱器疏水調節，通過對“汽液兩相流自調節液位控制閥”工作原理的分析我們發現，汽液兩相流疏水調節器是基于流體力學理論，采用汽液兩相流自平衡原理，利用汽液變化的自調節特性控制容器出口液體而設計的一種新型水位控制器。該控制閥采用“汽液兩相流”原理，忽需外力驅動，其執行機構的動力源來自所需控制對象的汽體，對于高熱加熱器它的動力源就是本級的蒸汽。由于汽液的比容相差很大，所以動力源所需蒸汽量很小，其調節過程是汽液兩相在流動過程中，汽相比容迅速增大而液相的基本不變，這使得液相的有效流通面積減少。液相流量隨之減少，汽相對液相起到了調節作用， 從而使加熱器達到相對穩定的液位。（如圖 1 所示）。

當加熱器液位較低時，疏水由疏水閥入口進入，調節汽由進汽口進入閥體，在閥體內部疏水與調節汽混合，一同流向閥體的喉部，由于閥體喉部的截面積不變，疏水的有效通流面積將相應減少， 使疏水水量降低，從而達到阻礙疏水的作用。而當加熱器水位較高時，調節汽入口管充滿疏水，不能阻礙疏水的正常導出，使加熱器水位迅速降低，保證了加熱器在規定的范圍內自動調節。（如圖 2 所示）。

如 圖 2 所示，信號管的作用是采集、發送加熱器水位信號（液相）和調節用汽量信號（汽相）， 進入控制閥，完成常規自動控制中測量、變送、給定值設定、偏差比較、放大運算等功能。 控制閥由殼體、噴嘴、擴壓段組成（見圖 3），噴嘴和擴壓段組成縮放型通道。

疏水進入控制閥后，先在噴嘴中收縮加速，來自信號管的一定量的調節汽體由喉部縫隙進入，與疏水相互作用后流出控制閥。控制閥的作用是控制出口水量，相當于常規自動控制機構的執行機構。整個疏水系統調節原理過程：當加熱器水位上升時，傳感器（信號管）內水位也隨之上升，導致發送的調節汽量減少，因而通過控制閥中的兩相流中的汽量減少，喉部有效通流面積增加，疏水量增加，加熱器水位隨之下降。反之亦然。在整個系統內存在汽液兩相自調節的優點就是利用加熱器本身的水位信號作為反饋信號，實現對疏水量的自動調節，從而保證加熱器水位在設定的范圍內變化， 同時該控制閥不需要電力驅動，在保證安全生產經濟運行的同時，節約了大量的人力、物力和電能。

1.2 調節系統的穩定性分析

調節系統的穩定性是指液位自調節裝置在調節過程中所能達到的穩定狀態即自動調節裝置能使加熱器內液位維持在某一位置不變的狀態。當調節汽入口端管開口全部浸沒在水中時，自動調節裝置內沒有調節汽，此時，系統不存在調節作用;當水位有變化時，入口端管口的開口端部分或全部露出時，說明加熱器內水位下降，調節汽進入調節裝置，發揮其調節作用。

2 對高加疏水系統的改造、運行

2.1 對高加疏水系統汽液兩相流自調節的改造

利用某化工廠熱電中心大檢修機會，應用“汽液兩相流自調節液位控制閥”對#1、#2汽輪機組高加疏水系統進行改造。對原有的高壓加熱器疏水系統進行完善，以滿足“汽液兩相流自調節液位控制閥”的工作需要，同時使高加疏水系統更趨合理。拆除了高加疏水系統原有的系統管線、疏水調整門，加裝高加水位信號管、汽液兩相流自調節液位控制閥，新裝管線全部采用不銹鋼材質，提高管線抗沖刷能力，保證系統的平穩運行。見系統安裝圖（如圖 4 所示）。

系統現場安裝的要求：

⑴液位自調節裝置無互換性需對號安裝，應保證殼體上箭頭方向與疏水流向相同。

⑵液位自調節裝置在安裝時應盡量靠近容器本體，水平、垂直安裝均可、不影響使用效果。

⑶入口閥與液位自調節裝置可以直接連接，也可以有≤250 ㎜的短管連接，但入口閥前、液位自調節裝置后應有≥200mm 的直管段。

⑷信號管中心高度為正常工作水位點，與疏水管安裝走向同一側。

2.2 改造后的運行情況

2.2.1 加熱器水位穩定

現場運行實踐表明，該疏水調節器投運后，當機組負荷在 20%-100%范圍內變動時加熱器水位在180—300mm 范圍內波動，并能全自動調節。而且， 在一次調整到位后不再需要調整，即可隨機啟停， 大大減輕了運行人員的操作調整工作。

2.2.2 減少了檢修維護量

由于汽液兩相流自調節裝置無機械運動部件和電氣元件，采用全封閉結構，裝置密封性好。高加疏水系統故障率大幅降低，減輕了現場檢修人員的維修工作量。

2.2.3 高加可靠性明顯提高

汽液兩相流自調節裝置投運后，解決了加熱器水位調整困難的問題，減少了高加泄漏次數，提高了高加投入率，同時還降低了疏水管道兩相流沖蝕爆破的危險。

2.2.4 提高了給水溫度，具有明顯的節能效果

加熱器疏水水位的合理調整與維持，有效地提高了加熱器熱效率，同時還提高了高加投入率，使機組年平均給水溫度提高了約 3.5°C，機組的回熱效率有了很大提高。

3 結論

經改造后，該汽液兩相流疏水調節器運行良好，調節性能優良，很好地解決了加熱器水位不易維持的問題;水位 能夠穩定在一定范圍內，即使機組負荷有較大的變化，仍然 能夠自動調整疏水至正常水位。高加疏水系統改造后故障率降低，投入率大大提高，回熱效率得到提升，為進一步降低熱電廠發電標煤耗提供了幫助。疏水調節器具有顯著的節能效益。

4 結束語

循環水冷卻水系統因供水裝置的生產工藝、換熱設備、換熱介質、水質要求、補水水質情況、自身設計情況、氣候及周邊環境影響，每套循環水系統的腐蝕結垢極微生物生長規律都有其各自特點， 掌握這些規律與各自特點，結合參考加藥量細化管理采取有針對性的措施適時適當調整加藥操作，是保證水質穩定，降低藥劑費用的有效途徑。

參考文獻：

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（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭? 014010）