熱網加熱器的安全運行措施

王予川，楊智峰

(1.東方電氣河南電站輔機制造有限公司，河南 靈寶 472501； 2.大唐安陽發電廠，河南 安陽 455004)

熱網加熱器的安全運行措施

王予川1，楊智峰2

(1.東方電氣河南電站輔機制造有限公司，河南 靈寶 472501； 2.大唐安陽發電廠，河南 安陽 455004)

熱網加熱器常偏離設計工況運行，偏離設計值低參數運行將嚴重影響熱網加熱器的使用壽命。分析了低壓運行時設備損壞的原因，提出了調整熱網加熱器的循環水量、提高熱網加熱器循環水出口溫度的措施，使熱網加熱器的蒸汽壓力接近設計值，以保證熱網加熱器安全運行。

熱網加熱器；低壓運行；蒸汽壓力；循環水量；循環水出口溫度

0 引言

小型凝汽機組經濟指標差、煤耗高、效率低，為提高機組效率和能源利用率，國家支持將凝汽發電機組改造為供熱機組，實現熱電聯產?，F在常用的方式是將凝汽式汽輪發電機組通過打孔抽汽的方式改為采暖供熱機組。

采用打孔抽汽的方式，蒸汽抽汽壓力往往較高，約為0.80 MPa(絕對壓力，下同)。各電廠實際運行中，由于所需熱負荷及回水溫度較低等原因，熱網加熱器汽側常在0.10～0.40 MPa下運行，遠遠偏離設計值。在大部分人的觀念中，汽側低壓運行時設備更安全，其實這種觀點是不對的，在熱負荷不變的情況下，熱網加熱器蒸汽側低壓運行會對熱網設備造成損壞，在某些極端偏離設計工況的條件下運行，不到一個供暖季熱網加熱器可能就會發生泄漏，已有多家熱電廠因為熱網加熱器低壓運行后熱網換熱管發生泄漏而導致整臺設備報廢。但認識到蒸汽低壓運行有問題的人員又不知道采用什么方法來提高蒸汽運行壓力，使蒸汽壓力在接近設計壓力下運行。

1 低壓運行時設備損壞原因

由基本傳熱方程可知，熱網加熱器面積計算公式為[1-2]

A=Q/(KΔtm) ，

(1)

Δtm=(to-ti)/ln[(tk-ti)/(tk-to)] ，

(2)

式中：Q為熱負荷，W；A為換熱管有效外表面積，m2；K為總傳熱系數，W/(m2·℃)；Δtm為有效平均溫差，℃；to為循環水出口溫度，℃；ti為循環水進口溫度，℃；tk為蒸汽壓力下的飽和蒸汽溫度，℃。

常規熱網加熱器在進行熱力計算時，循環水的設計參數為進口溫度70 ℃、出口溫度130 ℃，但實際運行時，大多供熱循環水回水溫度為50 ℃左右，遠遠低于設計值70 ℃，所需要的熱網加熱器出口溫度為90～110 ℃。

實際運行中，熱網加熱器的結構和面積是確定的，熱網加熱器的換熱系數會隨著運行參數的變化而有微小的變動，為簡化分析，可認為傳熱系數不變。由公式(1)，(2)可知，在A，Q，K，to，ti確定的情況下就能計算出熱網加熱器內的實際運行壓力。

例如，1臺熱網加熱器殼側蒸汽壓力為0.80 MPa，循環水的設計參數為進口溫度70 ℃、出口溫度130 ℃。實際運行時循環水回水溫度為50 ℃，出口溫度為110 ℃，水量按設計水量不變，即保證所需熱負荷不變，計算此時換熱器內的蒸汽運行壓力。

通過計算可知，設計工況下有效平均溫差Δtm=65.9 ℃，實際運行工況下tk=150.4 ℃，對應的蒸汽壓力為0.48 MPa。

由理想氣體方程可知，在蒸汽流量不變的情況下pV(p為蒸汽壓力，V為蒸汽體積)為定值，蒸汽壓力由0.80 MPa降至0.48 MPa，使蒸汽體積增加了66.7%，即蒸汽流速增加了66.7%。如換熱器蒸汽管道進口流速設計值為55.0 m/s(允許流速)，但實際運行時蒸汽流速可達到91.2 m/s，遠遠高于設計值，也高于蒸汽管道及熱網加熱器設備允許的極限流速。

因此，熱網加熱器損壞的根本原因為：熱網加熱器運行時，循環水回水溫度往往還達不到50 ℃，熱網加熱器循環水出口溫度常在90 ℃左右，使加熱蒸汽實際運行參數低于設計值較多，直接造成殼側蒸汽壓力較低，使殼側蒸汽流速過高，高速汽流沖刷換熱管，使換熱管受沖刷、振動而泄漏[3]，縮短熱網加熱器的使用壽命。

2 常規處理方法

為保證熱網加熱器設備安全運行，目前常用措施是：初始系統設計時考慮在蒸汽抽汽管上增加減壓器，將抽汽壓力由0.80 MPa減至0.30 MPa左右，然后再進入熱網加熱器設備；在系統及設備設計時，按低壓考慮，加大蒸汽管道口徑，增加熱網加熱器的面積及設備的外形尺寸。這樣處理雖然基本可以保證熱網加熱器安全運行，但極大地增加了熱網加熱器系統及設備的成本。

(1)系統中需增加減壓器，減壓器噪聲較大，還需配消音器，增加設備投資且使系統復雜化。

(2)系統中蒸汽管道口徑加大。按理想氣體方程，在蒸汽流量不變的情況下pV為定值，蒸汽壓力由0.80 MPa減至0.30 MPa，可使蒸汽管道口徑增加約1倍，系統中閥門及相關配件成本均大幅增加。

(3)熱網加熱器面積加大。例如，在熱負荷不變的情況下，熱網循環水的設計參數為進口溫度70 ℃、出口溫度130 ℃。蒸汽工作壓力為0.80 MPa時熱網加熱器的Δtm為65.9 ℃；蒸汽工作壓力為0.30 MPa時熱網加熱器的Δtm為20.7 ℃；蒸汽壓力為0.80 MPa時比0.30 MPa時傳熱系數稍高：綜合考慮蒸汽壓力由0.80 MPa減至0.30 MPa，熱網加熱器面積將增加約70%，設備成本將增加約71%，按這種方式處理顯然是不經濟的。

3 建議處理方法

供熱時熱力公司要求電廠要達到一定的循環水量及循環水溫度，所以電廠運行時往往不控制熱網加熱器的循環水量，只保證循環水出口溫度達到熱力公司要求即可，導致熱網循環水量偏大，出水溫度偏低，直接造成殼側蒸汽壓力較低，使殼側蒸汽流速過高，縮短熱網加熱器的使用壽命。

針對此種情況，建議對多臺并聯的熱網加熱器系統減少熱網加熱器運行臺數，對單臺或2臺并聯的熱網加熱器系統減少通過熱網加熱器的循環水量，以提高熱網加熱器循環水出口溫度，保證熱網加熱器的殼側蒸汽壓力。

(1)理論分析減少水量的可行性。在保證熱負荷不變的情況下，還用上例的參數來分析，當實際運行時循環水回水溫度為50 ℃，可求出to為139 ℃，即循環水出口溫度達139 ℃時，可保證熱網加熱器設備汽側在設計壓力下運行。因此，在保證熱負荷不變的情況下，減少通過熱網加熱器的循環水量，提高熱網加熱器循環水出口溫度，以保證熱網加熱器的殼側蒸汽壓力是可行的。

(2)運行的可行性。循環水系統設計時均設有旁路系統，為保證總循環水量，實際運行時可打開旁路，使部出分水走旁路，最終高溫水(熱網加熱器出水)及低溫水(走旁路的水)在循環水總管道中混合，保證最終用戶所需的水溫及水量。此種運行方式建議在旁路管道上增加可調節流量的閥門，以方便調節水量。

4 結束語

冬季供熱為民生工程，熱網加熱器的安全運行至關重要，同時也備受關注。通過調整熱網加熱器的水量，使熱網加熱器的蒸汽壓力在接近設計值下運行，是保證熱網加熱器安全運行簡單、有效、可行的辦法，此調節方法已在多家熱電廠中應用，效果良好。

[1]中國動力工程學會.火力發電設備技術手冊[M].北京：機械工業出版，1998.

[2]能源部西安熱工研究所.熱工技術手冊[M].北京：水利電力出版社，1991.

[3]董衛國，徐則民.火電廠給水加熱器的運行、維護和檢修[M].北京：中國電力出版，1997.

TK 172

B

1674-1951(2017)12-0044-02

2017-06-28；

2017-09-21

(本文責編：劉芳)

王予川(1970—)，男，河南靈寶人，工程師，從事壓力容器質量管理及營銷工作(E-mail:13949766112@139.com)。楊智峰(1970—)，男，陜西興平人，高級工程師，從事電廠生產管理工作。