超臨界 600MW機(jī)組低壓加熱器疏水改造

朱寶森

(華電濰坊發(fā)電有限公司,山東 濰坊 261204)

1 #7、#8低壓加熱器疏水改造前的情況

某公司#3、#4機(jī)組從試運(yùn)行到投產(chǎn)一直存在著#7、#8低壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)低加)正常疏水無(wú)法逐級(jí)自流的現(xiàn)象。機(jī)組在 THA工況下,#7、#8低加的疏水壓差達(dá)不到設(shè)計(jì)壓差 46.69 kPa,實(shí)際只有 31 kPa左右,且存在#6、#7低加抽汽溫度超溫現(xiàn)象,以上情況均造成疏水困難,無(wú)法實(shí)現(xiàn)低壓加熱器的正常疏水。

從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看,管線布置復(fù)雜、管徑偏細(xì),存在爬坡和 U形彎,造成管線沿程和局部阻力損失過(guò)大。疏水僅靠抽汽壓差的作用無(wú)法克服系統(tǒng)阻力,造成疏水不暢。被迫開(kāi)啟#7低加危急疏水門(mén)來(lái)保持低加水位。由于#7、#8低加疏水不暢,造成機(jī)組熱耗升高 10 kJ/(kW·h),回?zé)嵫h(huán)效率降低。

2 #7、#8低加疏水現(xiàn)場(chǎng)布置情況

2.1 改造效果調(diào)查

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),位于凝汽器喉部的#7、#8低加正常疏水不暢在已投產(chǎn)和近期投產(chǎn)的機(jī)組中帶有一定的普遍性。國(guó)內(nèi)亞臨界 300MW機(jī)組疏水不暢最早出現(xiàn)在山東石橫電廠,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降至額定負(fù)荷的 70%時(shí),由于#7、#8低加疏水壓差只有 38.9 kPa,而#7低加正常疏水出口至#8低加進(jìn)口高差提升約 2m后,疏水壓差已經(jīng)難以克服正常疏水調(diào)節(jié)閥與兩側(cè)隔離閥及疏水管道的阻力,致使#7低壓加熱器無(wú)法正常疏水,出現(xiàn)疏水不暢。

從現(xiàn)有的資料看,有的電廠更改了疏水口位置,將正常疏水管道重新布置后,該問(wèn)題得到解決或部分解決。目前,設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)疏水口的位置時(shí),設(shè)計(jì)成側(cè)出上進(jìn)形式,較石橫電廠早期的疏水高差已經(jīng)有所減少。因此,理論上#7、#8低加通過(guò)合理的管道布置和閥門(mén)改造,可以實(shí)現(xiàn)正常疏水。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)管道實(shí)際布置情況

現(xiàn)場(chǎng)疏水口位置及管線走向如圖 1所示。

圖1 #7、#8低加疏水布置簡(jiǎn)圖

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷來(lái)看,#7、#8低加疏水壓差一般在 31kPa左右,管線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪情況如圖2所示。

圖2 #7、#8低加實(shí)際疏水管線布置圖

3 低壓加熱器疏水阻力論證

3.1 現(xiàn)場(chǎng)疏水管道及閥門(mén)情況

現(xiàn)場(chǎng)疏水調(diào)閥前管道管徑為?194mm×5mm,調(diào)閥后疏水管徑為 ?219mm×9mm,調(diào)閥前截門(mén)公稱(chēng)直徑為 DN175,閥后截門(mén)公稱(chēng)直徑為 DN195。

管道走向?yàn)橛?7低加的中部出來(lái),經(jīng)過(guò) 1個(gè) T形三通,向上為正常疏水,向下為危急疏水,正常疏水向上后為方便調(diào)閥布置,管道向南走到 6.9m層基礎(chǔ)之上,然后向下水平布置調(diào)閥,再向上進(jìn)入#8低加頂部疏水口。

3.2 初步阻力計(jì)算

對(duì)系統(tǒng)阻力進(jìn)行初步計(jì)算:查閱汽輪機(jī)熱平衡圖:在 VWO工況下,#7低加到#8低加的疏水量為232t/h,疏水溫度為 60℃,運(yùn)動(dòng)粘度為 0.469×10-6m2/s;現(xiàn)場(chǎng)管線長(zhǎng)度為 19850mm,90°彎頭數(shù)量有 6個(gè)彎頭、彎頭數(shù)量為 1個(gè),一個(gè)阻力較大的 T形三通,2個(gè)閘閥。

經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)阻力(沿程和局部阻力損失)為17.61 kPa,加上#7低加疏水冷卻段壓損 10 kPa,疏水管道爬坡靜壓頭 15 kPa。

去除調(diào)節(jié)閥阻力后整個(gè)系統(tǒng)阻力為 17.61+10+15=42.61(kPa),實(shí)際的最大抽汽壓差為 31 kPa,再加上調(diào)閥的阻力,抽汽壓差已無(wú)法克服系統(tǒng)阻力。因此,無(wú)法實(shí)現(xiàn)#7低加正常疏水要求。

4 低加疏水改造方案論證

4.1 改變疏水口位置方案

針對(duì)存在的問(wèn)題,考慮降低疏水口的位置,減少疏水位差,即將#8低加疏水口改到加熱器的下部或更改到加熱器的側(cè)面。

(1)疏水口位置更改到#8低加的下部,會(huì)面臨2個(gè)問(wèn)題,一是由于#7低加的疏水溫度較高,在進(jìn)入#8低加時(shí)由于壓力驟降造成汽化,影響加熱器水位的穩(wěn)定,嚴(yán)重造成加熱器危急疏水門(mén)的誤開(kāi)。二是如更改到加熱器的下方,為避免疏水對(duì)換熱管造成損傷,需要將低壓加熱器芯子托出 7～8m,在加熱器的底部開(kāi)孔加裝防沖蝕板。該方案現(xiàn)場(chǎng)施工困難,且更改后現(xiàn)場(chǎng)空間無(wú)法布置調(diào)閥,改造難度大。

(2)疏水口位置更改到#8低加側(cè)下方。這種方案對(duì)于加熱器危急疏水和正常疏水分別布置在加熱器兩端的方式比較有效,即加熱器正常疏水和危急疏水分兩側(cè)布置,正常疏水布置在加熱器橢圓封頭處。這樣,就可以在#8低加的橢圓封頭處開(kāi)孔,安裝 1個(gè)接管座,再另做 1個(gè)擴(kuò)容減壓管件,擴(kuò)容減壓管件底部封住,周側(cè)開(kāi)小孔。然后,將管件裝入管座后焊接,這種方法簡(jiǎn)單易行且便于操作。但從現(xiàn)場(chǎng)布置來(lái)看,正常疏水和危急疏水應(yīng)在加熱器前水室。如果按此方案實(shí)施,將增加現(xiàn)場(chǎng)管線長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量,最后可能導(dǎo)致改造后的位差收益被管線長(zhǎng)度抵消而達(dá)不到改造效果。

2個(gè)方案在現(xiàn)場(chǎng)均實(shí)施不了,考慮對(duì)現(xiàn)有的阻力構(gòu)成情況進(jìn)行分析并查看還可以做哪些工作來(lái)降低系統(tǒng)阻力。

4.2 管線改造方案

(1)#7低加的疏水端差設(shè)計(jì)為 5.6℃,造成的疏水阻力為 10 kPa左右。此問(wèn)題屬于加熱器設(shè)計(jì)原因,不能進(jìn)行更改。

(2)查看管線布置現(xiàn)場(chǎng),發(fā)現(xiàn)疏水高度可以進(jìn)行微改,因?yàn)樵谶M(jìn)行疏水設(shè)計(jì)時(shí),要求接管座的高度為 15～20cm,安裝公司施工時(shí)為了安裝方便將高度加高了 200mm左右。因此,如果將此短節(jié)割去加上變徑彎頭,可以降低疏水高差到 1300mm。

(3)#7低加出口應(yīng)用了局部阻力系數(shù)較大的 T形三通,查閱資料發(fā)現(xiàn),該三通的阻力因數(shù) §=1.3,而如果改造成水平三通后 §=0.1,將大大降低局部阻力損失[1]。

(4)將#7低加疏水調(diào)閥布置在#7、#8低加前方,以減少管道長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量;加大管徑,將疏水速度降低,進(jìn)一步減少沿程和局部阻力損失。通過(guò)計(jì)算,將閥前管道改造為 ?273mm×11mm,閥后管徑進(jìn)行了如下的計(jì)算:

查閱#7段抽汽溫度為 110℃,#7低加疏水溫度為 71℃(對(duì)應(yīng)飽和壓力 32.57kPa)、抽汽壓力為52.96kPa、抽汽壓損考慮 5%。

當(dāng)前大氣壓 101.2kPa,#7低加疏水絕對(duì)壓力為 101.2-52.96=48.24(kPa),實(shí)際疏水口壓力為48.24×0.95-10=35.83(kPa)。

因此,要求管線壓降不能大于 35.83-32.57=3.26(kPa)。考慮到調(diào)閥的阻力,閥后流體可能出現(xiàn)汽化,需要采用比閥前大一個(gè)規(guī)格的管道 ?325 mm×8mm。同時(shí),彎頭數(shù)量減少為 5個(gè),1個(gè) 45°彎頭,則管道總的阻力降低為 2.58kPa[1]。

(5)將疏水阻力較大的疏水調(diào)閥改造成為疏水球閥,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 FISHER公司生產(chǎn)的直徑 20 cm調(diào)閥,行程為 7.62 cm,如果取消直通式的調(diào)節(jié)閥更換成通流能力大一倍的疏水球閥,可降低阻力 2～3 kPa,但該項(xiàng)目實(shí)施費(fèi)用較高,且無(wú)法滿(mǎn)足工期要求。因此,考慮將疏水閘閥去除,經(jīng)計(jì)算可以降低阻力0.3kPa[1]。

如果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施 5個(gè)項(xiàng)目改造,整個(gè)系統(tǒng)阻力在2.28+10+13=25.28(kPa),該阻力已經(jīng)低于#7、#8低加實(shí)際抽汽壓差,可以實(shí)現(xiàn)#7低加疏水逐級(jí)自流工作。

5 疏水管道施工情況

5.1 改造實(shí)施方案

#7、#8低加疏水口口徑為 ?219mm,為避免管道布置標(biāo)高的增加,在施工中采用了變徑彎頭,相對(duì)降低了疏水高差,且現(xiàn)場(chǎng)易于布置、施工方便。

(1)將原來(lái)的#7、#8低加的疏水管段拆除,將#7低加疏水出口和#8低加的疏水入口各截留 150mm的直管長(zhǎng)度,將調(diào)門(mén)前后管道的支撐部件拆除保留。

(2)將疏水調(diào)門(mén)前、后閘閥拆除。

(3)在#7、#8低加前方制作安裝支撐疏水調(diào)節(jié)閥的平臺(tái)。平臺(tái)的尺寸應(yīng)便于調(diào)門(mén)的安裝和檢修,并且不會(huì)對(duì)周?chē)O(shè)備的運(yùn)行操作造成妨礙。

(4)更換調(diào)閥前管道尺寸為 ?273mm×7mm,閥后的管道更改為 ?325mm×8mm。閥前管道的標(biāo)高和#7低加的疏水出口標(biāo)高一致,閥后管道傾斜45°左右通過(guò)彎頭接入#8低加疏水入口。

5.2 改造后的管線布置

改造后的管線布置如圖 3所示。

圖3 #7、#8低加疏水管線改造后布置圖

6 結(jié)束語(yǔ)

疏水管道改造后,機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在 300MW以上,不需開(kāi)#7低加危急疏水閥就可保持#7低加的水位穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了#7、#8低加正常疏水。