閉式水系統(tǒng)夏季水溫高分析與綜合整治

廖世偉

（國能蚌埠發(fā)電有限公司，安徽蚌埠 233000）

0 引言

閉式水系統(tǒng)是電站重要的換熱系統(tǒng)，對于一般火電機(jī)組來說，70%以上的輔機(jī)軸承都是靠閉式水系統(tǒng)來冷卻的，因此閉式水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對機(jī)組非常重要。在夏季發(fā)生閉式水溫度高影響用戶設(shè)備運(yùn)行，特別是進(jìn)行過許多輔機(jī)冷卻改造的電廠較為常見。針對某電廠1#機(jī)組閉式水系統(tǒng)夏季水溫高異常問題，提出了一系列綜合整治措施，以期為同類機(jī)組提供借鑒。

1 系統(tǒng)設(shè)備及故障問題

1.1 系統(tǒng)概況

某電廠1#機(jī)組為630 MW 超臨界單軸中間再熱凝汽式汽輪機(jī)組，配套的閉式水系統(tǒng)采用帶板式換熱器的閉式循環(huán)供水系統(tǒng)，機(jī)組配2 臺閉式水泵（2×100%）、2 臺閉式冷卻器（2×100%）、1 臺閉式水箱。用戶主要分汽機(jī)側(cè)水用戶和鍋爐側(cè)水用戶（圖1、圖2）。

圖1 汽機(jī)側(cè)閉式水用戶系統(tǒng)圖

圖2 鍋爐側(cè)閉式水用戶系統(tǒng)圖

1.2 閉式水溫度高問題

機(jī)組自2008 年底投產(chǎn)以來，隨著歷次技改，閉式水系統(tǒng)增加了很多用戶，冷卻用戶的增加，導(dǎo)致閉式水溫度增加（表1）。由圖3 可以看出，1#機(jī)閉式水溫度逐年呈逐年增加的趨勢，夏季最高溫度和平均溫度較投產(chǎn)時(shí)明顯升高。由于閉式水夏季溫度高，造成許多重要用戶，如小機(jī)油系統(tǒng)、撈渣機(jī)、引風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、前置泵等重要設(shè)備超溫運(yùn)行，許多用戶設(shè)備因?yàn)槌瑴?，不得不把冷卻水調(diào)門全開，造成閉式水系統(tǒng)壓力下降，進(jìn)一步降低閉式水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖3 1#機(jī)閉式冷卻系統(tǒng)夏季水溫度各年度變化趨勢

表1 閉式水用戶增加清單

2 閉式水溫度高原因排查和分析

由于閉式水用戶增加造成閉式水溫度高是一個(gè)既定事實(shí)，把這個(gè)客觀因素視作不可抗拒因素，根據(jù)“人機(jī)料法環(huán)”分析出其他因素，主要有：換熱用戶調(diào)整方式不合理、閉冷器換熱效果差、開式泵運(yùn)行方式不合理、冷卻塔填料堵塞、閥門內(nèi)漏等原因，下面分別對這些因素進(jìn)行分析。

2.1 換熱用戶調(diào)整方式不合理

由于閉式水系統(tǒng)沒有流量測點(diǎn)，為了解各閉式水用戶設(shè)備用水情況，聯(lián)合電科院到廠進(jìn)行用戶流量測量，測量結(jié)果見表2。由表2 可以看出，熱負(fù)荷較高的有空壓機(jī)、氫冷器等，前置泵電機(jī)冷卻水用戶流量偏高。對現(xiàn)場用戶的投運(yùn)調(diào)整方式進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)有采用1 用1 備的用戶，冷卻水兩側(cè)都投運(yùn)，實(shí)際被冷卻介質(zhì)，如潤滑油等，只通過運(yùn)行的換熱器，大量閉式水沒有發(fā)揮冷卻作用，該方式存在不合理項(xiàng)。

表2 涉及閉式水系統(tǒng)主要管道、用戶流量測量值

由于運(yùn)行調(diào)整需要，一般會把備用冷卻水投上，如小機(jī)潤滑油板式換熱器、密封油空氫側(cè)管式換熱器等，目的是保證緊急情況下能及時(shí)切換冷油器，保障機(jī)組安全。因此，造成閉式水系統(tǒng)用戶流量增加，導(dǎo)致閉式水夏季壓力低，影響其他用戶的換熱效果。

2.2 閉冷器換熱效果差

1#機(jī)組閉冷器隨著歷次檢修，因一些板式換熱器損壞、變形，被陸續(xù)抽出，導(dǎo)致?lián)Q熱面積減少較多。通過查詢發(fā)現(xiàn)，兩臺閉冷器原設(shè)計(jì)為458 片，經(jīng)過多次檢修后，A、B 換熱器只剩下345 片和356 片，同時(shí)由于熱負(fù)荷的增加，原設(shè)計(jì)的換熱面積已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場實(shí)際需求。

2.3 開式水泵投用方式不合理

原設(shè)計(jì)有開式水泵，用于增加開式水側(cè)流量，加強(qiáng)換熱從而降低閉式水溫度。但是為了節(jié)能考慮，開式泵全年未投運(yùn)，這樣的方式在閉式水溫度不高能滿足現(xiàn)場需要時(shí)可行，但是在夏季溫度高時(shí)，依然強(qiáng)調(diào)節(jié)能而不投運(yùn)開式泵，顯得有些不合理。

2.4 冷卻塔填料堵塞

閉式水需要靠開式水來冷卻，如果開式水溫度高，閉式水則不能降低太多溫度。從圖4 可以看出，冷卻塔填料有淤泥堵塞，除霧器也有許多泥垢，最終導(dǎo)致空氣在冷卻塔內(nèi)上升流動不暢，影響了換熱，導(dǎo)致開式水溫度高，閉式水也隨之升高。

圖4 冷卻塔填料堵塞情況

2.5 閥門內(nèi)漏

閥門內(nèi)漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力下降，系統(tǒng)為了彌補(bǔ)缺失的流量會加強(qiáng)泵出力，而用戶側(cè)則會加大調(diào)門開度，從而影響閉式水溫?，F(xiàn)場檢查閉冷器旁路電動門內(nèi)漏嚴(yán)重，這部分流量水未經(jīng)過閉冷器降溫，導(dǎo)致閉式水溫偏高。

3 閉冷器換熱分析及熱力計(jì)算

3.1 閉冷器換熱分析

由于閉冷器換熱片減少了100 張，且閉式水用戶較投產(chǎn)時(shí)增加了許多，因此當(dāng)前的閉冷器不能滿足現(xiàn)場實(shí)際需求，應(yīng)重新進(jìn)行選型。選型不僅要考慮換熱效果，還應(yīng)考慮現(xiàn)場安裝條件和后期維護(hù)等。

3.2 閉冷器換熱部分計(jì)算

板式換熱器是一種高效緊湊型熱交換設(shè)備，具有傳熱效率高、阻力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。目前板式換熱器的選型計(jì)算如下：

式中 F——換熱面積，m2

Wq——換熱量，W

K——傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）

ΔT——平均對數(shù)溫差，℃

根據(jù)選定換熱系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，計(jì)算換熱量、平均對數(shù)溫差，設(shè)定傳熱系數(shù)，求出換熱面積。選定熱器型式，計(jì)算板間流速，通過傳熱特性曲線及流阻特性曲線，查出實(shí)際傳熱系數(shù)及壓降。若實(shí)際傳熱系數(shù)小于設(shè)定傳熱系數(shù)，則應(yīng)降低設(shè)定傳熱系數(shù)，重新計(jì)算。若實(shí)際傳熱系數(shù)大于設(shè)定傳熱系數(shù)，而實(shí)際壓降大于設(shè)定壓降，則應(yīng)進(jìn)一步降低設(shè)定傳熱系數(shù)，增大換熱面積，重新計(jì)算。經(jīng)過反復(fù)校核，直到計(jì)算結(jié)果滿足換熱系統(tǒng)的要求，最終確定換熱器型號及換熱面積大小。

3.3 閉冷器換熱計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算及綜合選擇得到所需閉冷器參數(shù)，見表3。

表3 板式換熱器計(jì)算結(jié)果

4 綜合整治

4.1 換熱用戶調(diào)整方式不合理整治

綜合考慮設(shè)備安全與現(xiàn)場實(shí)際，提出改進(jìn)方案。對于A、B小機(jī)4 臺冷油器、空側(cè)密封油2 臺冷油器、氫側(cè)密封油2 臺冷油器，采用備用冷油器的前隔離門保持開、出口隔離門關(guān)閉的方式運(yùn)行，這樣既保證了較少的閥門操作，避免緊急情況切換不及時(shí)，同時(shí)又避免了備用冷卻器泄壓造成的閉式水壓力損耗。因?yàn)榍袚Q冷油器時(shí)運(yùn)行人員必須就地手動切換，因此只多1 個(gè)手動閥門的打開時(shí)間對應(yīng)急切換影響不大。

對于A、B 前置泵電機(jī)水冷卻器，其閥門均為手動門，水流量偏大，采用節(jié)流方式運(yùn)行，既要保證電機(jī)有足夠水冷卻，又要避免其流量過大造成浪費(fèi)，最后對閥門進(jìn)行節(jié)流至70%，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行做適當(dāng)調(diào)整。

4.2 閉冷器換熱效果差整治

根據(jù)換熱器相關(guān)數(shù)值計(jì)算，算出所需的換熱面積為1150 m2，通過物資采購流程，采購到型號為BR500-1.0-1150-E 的板式換熱器。為了節(jié)約資金，只更換1 臺板式換熱器，即1A 閉冷器，然后1B 閉冷器作為原閉冷器備用。

從圖5 可以看出，因?yàn)閾Q熱面積增加，新閉冷器尺寸比原閉冷器明顯要大，不僅長度增加，高度也增加了。新?lián)Q閉冷器在不變更主要部件的條件下，板式換熱器的壽命可以保證安全運(yùn)行30年，換熱面積留有20%余量，且污染系數(shù)為0.9。

圖5 1A 閉冷器改造現(xiàn)場

對于1B 閉冷器，則進(jìn)行板片清洗，利用1A 換下的板片作為備件對1B 進(jìn)行補(bǔ)充。

4.3 開式水泵投用方式不合理整治

開式水泵因?yàn)楣?jié)能考慮，選擇全年不投運(yùn)，這樣的投運(yùn)方式存在不合理。可以根據(jù)閉式水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)來考慮投用開式水泵（表4）。

表4 開式水泵投運(yùn)方式

4.4 冷卻塔填料堵塞整治

冷卻塔填料堵塞，可以通過填料倒翻和更換堵塞嚴(yán)重的填料來解決，以提高冷卻塔填料空氣的通透性，降低水溫。利用C 修機(jī)會，對冷卻水塔內(nèi)區(qū)舊的4250 m3填料全部倒翻，倒翻后對能繼續(xù)使用的填料按要求重新布放到原來區(qū)域，剔除破損的舊填料，并運(yùn)出水塔。拆除需更換的舊填料5000 m2×1.25 m（高），合計(jì)6250 m3；安裝布置全新的新型淋水填料合計(jì)6250 m3（圖6）。

圖6 冷卻塔填料更換現(xiàn)場

現(xiàn)場安裝防絮網(wǎng)，防止季節(jié)性柳絮、楊絮等進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)造成填料堵塞，保證冷卻塔的換熱效果（圖7）。

圖7 冷卻塔前池鋪設(shè)防絮網(wǎng)

4.5 閥門內(nèi)漏整治

利用檢修機(jī)會對查出的內(nèi)漏閥門進(jìn)行檢修整治，降低閉冷器出口水溫，同時(shí)減少不必要的流量損耗。主要檢修消漏的閥門有：閉冷器旁路電動門、閉式水母管放空氣門、閉式水母管放水閥、定冷水減溫器旁路門、閉式水泵放空氣門等。

5 效果檢查

5.1 各整治項(xiàng)目的效果情況

（1）通過調(diào)整閉式水用戶調(diào)整方式，許多備用冷卻器不再通冷卻水，在調(diào)門全開的情況下，在高負(fù)荷、高溫天氣下，經(jīng)過計(jì)算，可以減少流量損耗150 余噸水，占總流量的10%。

（2）閉冷器換熱效果差整治后，閉冷器端差由2.3 ℃下降到了1.1 ℃，減溫效果明顯。

（3）開式水泵投用方式不合理整治，通過靈活變通調(diào)整，啟動開式水保障了閉式水降溫效果，在高溫天氣下開式投運(yùn)，閉式水溫度能降低1.5～3.0 ℃，有效控制閉式水系統(tǒng)溫度。

（4）冷卻塔填料堵塞整治后，冷卻塔對循環(huán)水的降溫效果明顯，溫差由之前6.5 ℃提高到了7.6 ℃，比2#機(jī)冷卻塔出口溫度低1 ℃左右（圖8）。

圖8 1#、2#機(jī)冷卻塔出口水溫對比

（5）檢修和處理閥門內(nèi)漏問題后，經(jīng)過計(jì)算，可以減少約35 t/h 的流量損失。

5.2 閉式水溫高問題整治最終效果

經(jīng)過一系列的問題排查、分析及整治，從截至到目前的運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，綜合整治后的閉式水系統(tǒng)水溫明顯下降，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，效果明顯（圖9）。

圖9 1#機(jī)歷年6 月份閉式水溫度變化趨勢

6 結(jié)論

閉式水用戶增加而導(dǎo)致水溫高，應(yīng)重新校驗(yàn)閉冷器的換熱量，偏差較大時(shí)應(yīng)進(jìn)行技改調(diào)整。改善冷卻塔的冷卻條件，是降低閉式水溫的有效方法，也是根本方法。優(yōu)化冷水用戶運(yùn)行方式減少不必要的流量損失，保證閉式水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，是非常重要的調(diào)整手段。及時(shí)消除閉式水系統(tǒng)缺陷，是閉式水溫度保持正常穩(wěn)定的有力保障。