王繼偉,劉瑞梅

(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150046)

1 概 述

高壓加熱器是發(fā)電機(jī)組給水回?zé)嵯到y(tǒng)的重要設(shè)備,是利用汽輪機(jī)抽汽加熱鍋爐(核島為蒸汽發(fā)生器)給水的重要裝置,可以提高鍋爐給水溫度,降低機(jī)組能耗,從而提高機(jī)組熱效率,保證機(jī)組安全、高效運(yùn)行。汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)見圖1所示。

衡量高壓加熱器性能參數(shù)主要有給水溫升、給水端差、疏水端差及管、殼程介質(zhì)壓降等,其中疏水端差(又稱下端差)是指離開加熱器殼側(cè)的疏水溫度與進(jìn)入管側(cè)的給水溫度之差。以臥式高壓加熱器為例,目前國內(nèi)生產(chǎn)的300 MW～1000 MW發(fā)電機(jī)組,在汽輪機(jī)熱平衡圖中高壓加熱器設(shè)計(jì)疏水端差均為5.6℃,國內(nèi)某些已投運(yùn)的高壓加熱器,實(shí)際運(yùn)行時(shí)的疏水端差較設(shè)計(jì)端差偏大。臥式高壓加熱器結(jié)構(gòu)簡圖見圖2。

圖1 汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)示意圖

圖2 臥式高壓加熱器結(jié)構(gòu)簡圖

2 疏水端差偏大的危害

高壓加熱器的疏水是由高壓到低壓逐級(jí)自流的,本級(jí)高壓加熱器的疏水將影響下一級(jí)設(shè)備的熱交換狀態(tài)及效率,如果在高壓加熱器系統(tǒng)中,某一級(jí)高壓加熱器疏水端差偏高,將會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)回?zé)崾杷瞬盍康脑俜峙?從而使得汽輪機(jī)通流系統(tǒng)各級(jí)負(fù)荷重新分配,引起換熱面推力的變化,同時(shí)汽輪機(jī)各運(yùn)行參數(shù)偏離了設(shè)計(jì)值,造成了汽輪機(jī)內(nèi)效率下降,發(fā)電機(jī)組汽耗、煤耗均會(huì)增加,導(dǎo)致機(jī)組熱效率降低,直接影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性;同時(shí),因汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)內(nèi)汽量重新分配,導(dǎo)致高壓加熱器系統(tǒng)內(nèi)各級(jí)設(shè)備運(yùn)行工況參數(shù)均偏離設(shè)計(jì)參數(shù),長期運(yùn)行,將會(huì)影響機(jī)組安全性。

3 疏水端差偏大的原因

3.1 從設(shè)計(jì)角度分析,換熱面積設(shè)計(jì)不合理,可導(dǎo)致疏水端差偏大。若高壓加熱器總換熱面積偏小,導(dǎo)致本級(jí)高壓加熱器給水出口溫度降低,即:進(jìn)入下級(jí)高壓加熱器給水溫度降低,如下級(jí)高壓加熱器疏水出口溫度不變,則導(dǎo)致該高壓加熱器疏水端差偏大;若高壓加熱器總換熱面積滿足設(shè)計(jì)要求,但疏水冷卻段換熱面積布置偏小,則使高壓加熱器內(nèi)蒸汽凝結(jié)后的飽和水未經(jīng)充分冷卻即排出設(shè)備,疏水溫度升高,本級(jí)高壓加熱器疏水端差偏大。

3.2 從制造角度分析,蒸汽入口套管與過熱段包殼板、過熱段包殼板與隔板、疏水段包殼板與隔板等連接部位焊接接頭有漏焊或焊接缺陷,造成蒸汽或疏水發(fā)生局部泄漏,疏水流動(dòng)短路亦可造成疏水端差偏大。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),以疏水段焊接接頭的漏焊或開裂缺陷對(duì)疏水端差數(shù)值的影響尤為顯著。

3.3 從運(yùn)行角度分析,系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、系統(tǒng)內(nèi)控制儀表附件以及操作人員素質(zhì)等因素均可影響疏水端差數(shù)值,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)等系統(tǒng)儀表精度等級(jí)偏低或顯示不準(zhǔn)確;高壓加熱器系統(tǒng)內(nèi)閥門密封不嚴(yán),例如:危急疏水調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)泄漏;正常疏水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作不靈敏,發(fā)生銹蝕等現(xiàn)象。

(2)水室內(nèi)部的分程隔板、水室包殼板或管子與管板連接處出現(xiàn)泄漏,造成給水短路。

(3)高壓加熱器處于高水位運(yùn)行,造成凝結(jié)水淹沒部分換熱管,無效換熱面積增加,換熱效率降低;高壓加熱器處于低水位運(yùn)行,導(dǎo)致疏水冷卻段進(jìn)水口露出水面,“虹吸作用”喪失,飽和蒸汽與飽和水同時(shí)進(jìn)入疏水冷卻段,最終由疏水出口進(jìn)入疏水管道,造成汽液兩相流體,會(huì)沖蝕設(shè)備及管道,不但破壞高壓加熱器系統(tǒng)換熱平衡,增大疏水端差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成疏水管道減薄和振動(dòng),危害機(jī)組運(yùn)行安全。

(4)汽輪機(jī)組及回?zé)嵯到y(tǒng)內(nèi)其他換熱設(shè)備未正常運(yùn)行,造成高壓加熱器系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值過大。

4 應(yīng)對(duì)策略

4.1 在高壓加熱器設(shè)計(jì)階段,根據(jù)汽輪機(jī)熱平衡圖進(jìn)行精確計(jì)算,適當(dāng)增加換熱面積,合理選取高壓加熱器總換熱面積,科學(xué)計(jì)算與布置各段(過熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段)換熱面積,滿足高壓加熱器給水溫升、給水端差、疏水端差和各段壓力損失等性能要求,從而提高機(jī)組運(yùn)行效率。

4.2 在高壓加熱器制造階段,嚴(yán)格控制重點(diǎn)部位和重要部件的加工精度及焊接質(zhì)量,并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行無損檢測(cè)。

4.3 在高壓加熱器安裝、使用、檢修階段,需進(jìn)行如下工作:

在設(shè)備投運(yùn)初期:依據(jù)高壓加熱器設(shè)計(jì)部門提供的水位控制圖標(biāo)注的水位,對(duì)各臺(tái)高壓加熱器單獨(dú)進(jìn)行水位調(diào)整試驗(yàn),以確定該臺(tái)高壓加熱器的合理運(yùn)行水位——正常水位及各個(gè)高、低報(bào)警、保護(hù)水位高度。

(1)試驗(yàn)原因:盡管高壓加熱器在制造完工出廠前都表明正常水位位置,但是水位取樣的上下接口處在不同的位置,在伯努利動(dòng)量效應(yīng)作用下,不同的流速會(huì)產(chǎn)生不同的靜壓,使上下取樣口之間產(chǎn)生一個(gè)靜壓差,儀表顯示的水位高于設(shè)備內(nèi)部的真實(shí)水位。由于設(shè)備內(nèi)部各處介質(zhì)流速無法精確計(jì)算,因此,只能通過投運(yùn)后進(jìn)行水位調(diào)整試驗(yàn),確定合理的運(yùn)行水位。

(2)確定原則:在水位調(diào)整試驗(yàn)過程中,要使給水出口溫度基本不降低,將水位提高至一定高度后,監(jiān)測(cè)并記錄疏水端差的變化情況。

(3)試驗(yàn)過程:試驗(yàn)期間保持機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行,負(fù)荷基本不變。試驗(yàn)全過程需汽機(jī)運(yùn)行、熱工控制及其他專業(yè)相關(guān)人參與,由專人統(tǒng)一指揮調(diào)度,同時(shí)解除高壓加熱器自動(dòng)水位監(jiān)控系統(tǒng),由人工監(jiān)控高壓加熱器運(yùn)行。專人負(fù)責(zé)記錄給水進(jìn)出口溫度、疏水出口溫度、進(jìn)汽壓力、疏水調(diào)節(jié)閥開度及水位計(jì)讀數(shù)等各項(xiàng)參數(shù)。

試驗(yàn)開始后,首先將正常疏水調(diào)節(jié)閥開度緩慢關(guān)小,水位緩慢升高,每次升高水位20～30 mm,然后保持穩(wěn)定約15 min,按要求記錄各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。試驗(yàn)需分若干次操作并記錄,直至該臺(tái)高壓加熱器的給水出口溫度開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)為止,即該水位已開始淹沒部分凝結(jié)段換熱管,此時(shí)應(yīng)結(jié)束調(diào)試并恢復(fù)正常運(yùn)行。因此時(shí)水位接近于高水位,故不會(huì)危急高壓加熱器安全。

4.4 在設(shè)備運(yùn)行期間,需加強(qiáng)對(duì)儀表、設(shè)備等使用情況的檢測(cè)。

(1)檢查壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)等系統(tǒng)儀表準(zhǔn)確性及靈敏度,對(duì)有問題設(shè)備進(jìn)行校正或更換。

(2)檢查給水入口三通閥、出口閘閥、疏水調(diào)節(jié)閥、危急疏水調(diào)節(jié)閥等系統(tǒng)所有閥門的靈敏度,銹蝕程度及密封性。若存在缺陷,需及時(shí)檢修改進(jìn),確保高壓加熱器系統(tǒng)無漏流短路。

(3)排除系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備因素的影響后,可按照常規(guī)的熱態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容,對(duì)高壓加熱器進(jìn)行水位調(diào)節(jié)試驗(yàn)。試驗(yàn)按高壓加熱器疏水端差由大到小的順序逐步進(jìn)行。經(jīng)過水位調(diào)整試驗(yàn)后,若疏水端差減小,則可以適當(dāng)提高正常水位位置,具體位置根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定,必要時(shí)可請(qǐng)高壓加熱器設(shè)計(jì)單位協(xié)助確定最佳水位。

(4)水位調(diào)整試驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)及時(shí)按操作規(guī)程要求,恢復(fù)高壓加熱器系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.5 設(shè)備檢修期間,應(yīng)打開水室人孔,檢查水室內(nèi)分程隔板的密封性,檢查水室內(nèi)包殼板是否有焊縫開裂及分程隔板變形等缺陷,如發(fā)現(xiàn)有缺陷應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。同時(shí),按相關(guān)規(guī)程要求檢修管端泄漏。如有必要,可采用內(nèi)窺鏡進(jìn)行目視檢查。

5 結(jié)束語

針對(duì)高壓加熱器疏水端差偏大的影響因素,建議各設(shè)計(jì)、制造單位及發(fā)電企業(yè)應(yīng)從高壓加熱器本體、高壓加熱器系統(tǒng)和運(yùn)行維護(hù)各方面進(jìn)行嚴(yán)格管理,加強(qiáng)檢查與維護(hù)的力度,從而提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]蔡錫琮.高壓給水加熱器[M].北京:水利電力出版社.1995.

[2]美國熱交換器協(xié)會(huì)HEI給水加熱器標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì).火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.