高、低壓加熱器疏水不暢問題淺析

陳 晨，廖小軍

(1.上海電氣電站設備有限公司上海電站輔機廠，上海 200090;2.湖北能源集團襄陽宜城發電有限公司， 湖北 襄陽 441400)

0 概述

高、低壓加熱器是汽輪機的重要輔助設備之一。高、低壓加熱器有效利用汽輪機部分抽汽，加熱給水后輸送到鍋爐，進而減少進入鍋爐的給水和爐膛的溫差，降低溫差換熱損失，提高機組效率。當高、低壓加熱器疏水不暢時，可能導致機組強制降負荷及跳機等重大安全問題。本文就高、低壓加熱器疏水不暢問題進行分別論述，對有效避免和解決加熱器疏水不暢問題以及整個機組的穩定、高效、安全運行都具有重要意義。

1 高壓加熱器疏水不暢

表1為常規高壓加熱器設計參數：

表1 常規高壓加熱器設計參數

高壓加熱器的疏水原理是采用逐級疏水的方式，利用高加設備之間的級間壓差，實現正常疏水[1]。

根據熱平衡圖的設計方案，各級高壓加熱器的級間壓差較大，一般相差約1～3 Mpa。因此，高壓加熱器疏水不暢基本都是由于設備操作不當或者閥門等配套件選型不合理造成[2]。

高壓加熱器疏水不暢可能由以下幾點構成：

(1)運行水位過低

液位變送器等附件一般是隨設備獨立包裝運到現場。現場安裝時經常由于零位未校準、安裝過程管道臟污堵塞、安裝錯誤等原因造成液位變送器零位和原設計正常水位有一定偏差，從而造成疏水不暢。此時可適當抬高運行水位及報警值(200 mm左右)，同時應密切關注高壓加熱器的端差及液位變化情況，保障運行安全。

(2)疏水調節閥選型時通流量不夠

在實際的疏水調節閥選型過程中，須針對高壓加熱器的具體參數(溫度、閥前閥后壓力、流量、管徑等)選擇合適的調閥，并保有一定的閥門調整余量供現場調整。若閥門選型較小、通流量或現場實際工況變化導致實際閥門通流量不夠，會阻礙高壓加熱器的正常疏水。

(3)閥門或者管道內有異物

調節閥前、后的截止閥是否全開或堵塞；管道中是否有清洗用鋼絲球、積碳等雜物殘留在管道內；疏水調閥閥芯及閥籠是否有積碳或者異物堵塞。這些情況都會使整個高壓加熱器疏水的通流面積減少，造成疏水不暢。

(4)疏冷段泄漏

在排除計量表計測量不準的前提下，疏水不暢很可能是由于疏冷段泄漏造成的，造成此問題的可能原因有：

a)換熱管泄漏。高壓加熱器水側與汽側壓差較大，換熱管泄漏后直接沖刷在疏冷段的鋼板上，導致沖壞焊縫造成泄漏。

b)升負荷時，沒有控制好高壓加熱器溫升速率或者疏水溫度過高，引起焊縫斷裂，造成泄漏。

對于以上情況，常規的解決辦法有以下幾點：

(1)根據設計圖紙和現場安裝情況重新標定水位設定值。當高壓加熱器疏水情況仍不能滿足要求，通過水位抬升調整試驗加以改善。

(2)根據現場實際運行參數(抽汽疏水溫度壓力，給水流量等)計算高壓加熱器疏水流量，核實疏水調閥通流量能否滿足現場實際工況的調節要求。

(3)對疏水閥門及管道進行檢查。

(4)對高壓加熱器進行查漏并修補，后續運行中嚴格按照說明書操作。

2 帶外置式疏水冷卻器的低壓加熱器疏水不暢

外置低壓加熱器的疏水原理同高壓加熱器。

帶外置式疏水冷卻器的末級低壓加熱器的疏水原理：將外置式疏水冷卻器外置并布置在整個機組底部，通過高位差來實現正常疏水。

在國內新建大型發電機組中，末級低壓加熱器大都配有外置式疏水冷卻器。隨著機組容量的提升，傳統的內置式低壓加熱器在大型發電機組中管道布置的空間越來越小，加上末級低壓加熱器抽汽壓力非常低，甚至是負壓，因此極易引起疏水不暢。為解決此問題，外置式疏水冷卻器的低壓加熱器方案應運而生。

2.1 將低壓加熱器疏冷段外置并布置在整個機組底部，通過高位差來疏水，理論上可以有效避免傳統內置式低壓加熱器發生的疏水不暢問題，但是在實際投運后，近兩年末級低壓加熱器疏水不暢的現象仍時有發生。

2.2 下文將列舉兩個典型的帶外置式疏水冷卻器的低壓加熱器疏水不暢情況、原因分析及解決方案。

(1)電廠A現場情況：

該機組9號低壓加熱器疏水曾出現多次滿水情況，主要出現在高負荷階段。最后一次在2017年7月，工況：機組負荷1 000 MW，主蒸汽壓力27.53 MPa，主蒸汽溫度597 ℃，再熱蒸汽壓力5.51 MPa，再熱蒸汽溫度618 ℃，凝結水流量2 783 t/h。在滿水期間現場測量9號低壓加熱器筒體下部溫度高，上部溫度低。

機組8、9號低壓加熱器在高負荷情況下振動劇烈，均曾出現振斷支吊架吊桿，振動間歇情況。機組停機檢修期間，現場檢查發現振動觸發點疑似在8、9號低壓加熱器疏水匯合處的9號低壓加熱器疏水管側。機組容量核定試驗期間，嘗試調節凝結水至低溫省煤器凝結水流量，將流量從790 t/h降至500 t/h后振動幅度無明顯變化，但振動間隔有所延長，其振動出現時間間隔無固定規律可循。

(2) 電廠B現場情況：

在基本滿負荷下8號低壓加熱器水位短時間內從-100 mm突然漲至200 mm，隨后勻速上升至測量上限820 mm且繼續上漲。疏水冷卻器出口溫度亦快速上升至約75 ℃并趨于穩定。次日凌晨，負荷降至80%左右時，水位突然從高位下降至-100 mm的正常水位，且可以確定是通過疏水立管排走的。隨后8號低壓加熱器水位再次開始上升。隔離7、8號低壓加熱器后，水位并未下降。現場8號低壓加熱器疏水出口處可以聽到間斷的不規律間斷沖擊聲。在此期間7號低壓加熱器水位一直正常，疏水溫度無異常。

2.3 原因分析

(1)末級兩臺低壓加熱器疏水存在溫差、壓差，在疏水匯合處出現串流，較高溫度、壓力的低壓加熱器疏水擠壓進入較低溫度、壓力的低壓加熱器疏水管路。

(2)末級兩臺低壓加熱器疏水管內，疏水在疏水管路匯合點后很可能存在汽化現象，導致后段管道管損增加堵塞管道。

(3)末級兩臺低壓加熱器實際運行參數偏離原設計，導致管道中的原設計水封被破壞。

3 解決方案

根據上述原因分析，要解決帶外置式疏水冷卻器低壓加熱器系統的疏水不暢問題，關鍵點在于如何避免疏水管道內部產生氣液兩相流。下面提供兩種解決方案供參考。

方案一：

由于末級低壓加熱器疏水是靠抽汽壓力以及布置高度差完成疏水，因此只要布置時保證疏水管內部建立足夠的水封高度(包括抽汽壓力變動的部分)，使得兩臺低壓加熱器匯合點后疏水管內部為純水狀態，最大限度地降低管內氣液兩相流，即可解決帶外置式疏水冷卻器低壓加熱器系統的疏水不暢問題。

具體布置要求如下所述：

a)抬高疏水立管進口高度。需核算各工況下運行液位高度。原則上理論水位要高于疏水冷卻器疏水出口高度，再加約1 m的余量。同時要保證另一臺低壓加熱器液位不能過高，以免進入低壓加熱器設備本體。

b)兩臺末級低壓加熱器的匯合點要盡量放低，整體疏水管路采用U型布置。若條件允許可考慮深挖，保證U型水封的建立。

c)在設計時，考慮將末級低壓加熱器布置位置盡量抬高，方便后續疏水冷卻器管道布置。后續改造時，考慮將疏水冷卻器深埋，以滿足水封核算要求。

低壓加熱器疏水管內理論液位計算公式如下

式中：

P疏——疏水冷卻器壓降；

P管——管道總壓損；

P凝——凝汽器喉部壓力；

P低——低壓加熱器抽汽壓力；

V疏——疏水冷卻器出口比容；

V低——低壓加熱器疏水出口比容；

H——假定疏水冷卻器疏水至凝汽器的疏水立管進口高度；

h——由H計算得出的低壓加熱器疏水管內理論液位；

通過變化量H，在各工況下計算得出h。當h滿足上述所有布置要求后，即可得到實際布置的疏水冷卻器疏水至凝汽器的疏水立管進口高度。整體布置如圖1所示。

圖1 疏水管道布置示意圖

方案二：

方案一雖然能夠在源頭上解決疏水不暢問題，但是有時受限于現場布置條件可能無法采用這種布置，因此提供另一種解決思路。

(1)將疏水冷卻器入口管管徑放大，保持匯合后的疏水流速基本不變。

(2)疏水冷卻器入口采取Y型匯合三通，分別引入8、9號低壓加熱器疏水。

(3)Y型匯合三通斜向下布置。

(4)原有管路進行適當移動，以適應Y型匯合三通的連接。

(5)8號低壓加熱器疏水引入Y型匯合三通前布置一個水平段，并加裝一道手動蝶閥，用以調整8號低壓加熱器疏水與9號低壓加熱器疏水間的壓力平衡。

(6)復測疏水管水平段安裝坡度。確保安裝坡度順介質流向向下。

(7)設計院根據現場布置情況，優化管道支吊架，在適當位置增加限位。

4 結 論

4.1 高壓加熱器疏水不暢，常規解決方案如下：

(1)根據設計圖紙和現場安裝情況重新標定現場運行水位。當高壓加熱器疏水情況仍不能滿足要求，通過水位抬升調整加以改善。

(2)根據現場實際運行參數(抽汽疏水溫度壓力，給水流量等)計算疏水流量，核實調閥實際通流量能否滿足現場實際工況的調節要求。

(3)對閥門及管道進行檢查。

(4)對高壓加熱器內部進行查漏并修補。后續運行時應嚴格按照系統說明書操作。

4.2 低壓加熱器疏水不暢，常規解決方案如下：

根據現場末級低壓加熱器實際運行參數，優化管道布置，避免在管道中產生氣液兩相流。