汽液兩相流調(diào)節(jié)器在回?zé)嵯到y(tǒng)中的應(yīng)用研究

石麗娜

南京寧眾人力資源服務(wù)有限公司

引言

給水加熱器是給水回?zé)嵫h(huán)中加熱給水的主要設(shè)備，它利用在汽輪機(jī)中已作功的蒸汽來(lái)逐級(jí)加熱給水。按抽汽口在系統(tǒng)中的位置，在除氧器之前的稱為高壓加熱器，在除氧器之后的稱為低壓加熱器。高壓加熱器的疏水逐級(jí)自流進(jìn)入除氧器，低壓加熱器的疏水逐級(jí)自流進(jìn)入凝汽器。疏水裝置的作用是可靠地將加熱器中的凝結(jié)水及時(shí)排出，同時(shí)又不讓蒸汽隨同疏水一起流出，以維持加熱器汽側(cè)壓力和凝結(jié)水的水位穩(wěn)定。

發(fā)電廠中常用的疏水調(diào)節(jié)閥門按其助力方式分為氣動(dòng)和電動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式。

氣動(dòng)式調(diào)節(jié)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)作頻繁，易發(fā)生卡澀、泄露、無(wú)水位運(yùn)行和疏水管路沖蝕嚴(yán)重等故障，維護(hù)工作量大，且影響汽輪機(jī)的效率。

電動(dòng)式調(diào)節(jié)裝置是電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)，線性度較差，調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后，不能更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，加熱器疏水的水位不易被控制。

由于水位不穩(wěn)定，調(diào)整門頻繁動(dòng)作，對(duì)高加內(nèi)部及其疏水系統(tǒng)的管道沖蝕將會(huì)增大,，甚至?xí)a(chǎn)生系統(tǒng)管道等振動(dòng)；調(diào)節(jié)閥也易被沖蝕磨損，經(jīng)常出現(xiàn)故障，以至造成高加水位調(diào)節(jié)失靈，引起高加保護(hù)動(dòng)作，或高加無(wú)水位運(yùn)行，尤其是汽輪機(jī)變工況運(yùn)行時(shí)高加水位更難以控制。

為了防止加熱器汽側(cè)滿水，運(yùn)行人員需常開旁路門，致使加熱器處于無(wú)水位狀態(tài)。加熱器長(zhǎng)期處于低水位甚至無(wú)水位運(yùn)行時(shí)，蒸汽進(jìn)入疏水管道和下級(jí)加熱器，形成蒸汽和疏水兩相流動(dòng)，使容積流量增加，流速增大，造成管道振動(dòng)并降低了回?zé)嵫h(huán)的經(jīng)濟(jì)性。水位過高則會(huì)淹沒鋼管，減少蒸汽和鋼管的接觸面積，不僅會(huì)影響熱效率，并且會(huì)造成汽輪機(jī)進(jìn)水而引起葉片斷裂、大軸彎曲等事故。

為了解決上述問題，目前電廠多采用汽液兩相流調(diào)節(jié)器。該裝置工作原理簡(jiǎn)單，自調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，液位控制穩(wěn)定。此調(diào)節(jié)器的體積小，部件少、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)簡(jiǎn)單。無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)電氣元件，因而其可靠性、安全性尤為突出。

1 工作原理

汽液兩相流調(diào)節(jié)器利用“汽液兩相流”原理，連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)水位，摒棄了傳統(tǒng)水位控制器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和電氣控制元件。其本身無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)自本級(jí)加熱器的蒸汽，所需的調(diào)節(jié)汽用量約為疏水容積流量的千分之三。該裝置很好地克服了傳統(tǒng)水位控制器的常發(fā)故障，使水位控制的難題得到了較好的解決。

汽液兩相流調(diào)節(jié)器的基本原理：疏水由閥體入口進(jìn)入閥腔，相變管（信號(hào)管）根據(jù)液位高低采集汽相、液相信號(hào)直接進(jìn)入閥腔，與疏水混合后流經(jīng)特定設(shè)計(jì)的喉部。當(dāng)液位上升時(shí)，汽相信號(hào)減少，因而疏水流量增加；當(dāng)液位下降時(shí)，汽相信號(hào)增加，減少喉部有效通流面積，疏水流量降低，達(dá)到有效阻礙疏水的目的（見圖1）。

圖1 汽液兩相流調(diào)節(jié)器水位控制系統(tǒng)圖

汽液兩相流調(diào)節(jié)器與常規(guī)控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥不同，它沒有機(jī)械或人為的開關(guān)動(dòng)作，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一般閥門的功能，閥門調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)原理見圖2。

圖2 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理圖

汽液兩相流調(diào)節(jié)器是靠汽液兩相流的特性來(lái)改變疏水流量的大小。所以，汽液兩相流調(diào)節(jié)器不需要運(yùn)動(dòng)部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)漸縮漸擴(kuò)噴嘴，外形類似于三通，上端與傳感器頂部聯(lián)絡(luò)管相連，接受傳感器輸送來(lái)的蒸汽，左右兩端分別為疏水的進(jìn)出口。傳感器送來(lái)的蒸汽與加熱器來(lái)的疏水在漸縮漸擴(kuò)噴嘴內(nèi)強(qiáng)烈混合，形成汽液兩相流并通過噴嘴的喉部。由于汽液兩相流調(diào)節(jié)器內(nèi)的漸縮漸擴(kuò)噴嘴喉部是一個(gè)固定截面（根據(jù)嚴(yán)格的理論計(jì)算所得），當(dāng)汽液兩相流通過這一固定截面時(shí)，若蒸汽量減少，則流過的疏水量必然增加；若蒸汽量增加，則流過的疏水量必然減少。由此實(shí)現(xiàn)了沒有開與關(guān)的機(jī)械動(dòng)作，也能達(dá)到改變出水量的目的。

2 汽液兩相流調(diào)節(jié)器安裝注意事項(xiàng)

為了更好地實(shí)現(xiàn)汽液兩相自調(diào)節(jié)裝置的功能，其安裝是及其關(guān)鍵的，需要注意的事項(xiàng)如下：

（1）汽液兩相流調(diào)節(jié)器本體上所標(biāo)式的“→”箭頭方向需與疏水流動(dòng)方向保持一致，汽液兩相流調(diào)節(jié)器水平或垂直安裝均可。汽液兩相流調(diào)節(jié)器安裝時(shí)應(yīng)盡量靠近加熱器本體，使信號(hào)管和疏水管路盡可能的短。安裝入口閥前應(yīng)有100mm以上直管段，入口閥的出口可直接與調(diào)節(jié)器法蘭相連，也可有≤250mm的直管段連接；所用入口閥應(yīng)使用閘板閥。隔斷閥門必須保證嚴(yán)密，以免影響汽液兩相自調(diào)節(jié)裝置的自調(diào)節(jié)性能，造成加熱器運(yùn)行水位的不穩(wěn)定。安裝汽液兩相流調(diào)節(jié)器前后不應(yīng)有其它設(shè)備（如泵閥、疏冷器等）；在整個(gè)安裝過程中，應(yīng)清除加熱器及管道內(nèi)的焊渣、雜物。

（2）信號(hào)管的安裝需在容器開孔，孔徑應(yīng)略大于信號(hào)管，使信號(hào)管能順利插入以便焊接。信號(hào)管的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，彎頭盡量少，避免壓力損失過大；開孔高度一般以正常水位高度線為中心。

（3）加熱器的正常運(yùn)行水位必須標(biāo)定準(zhǔn)確無(wú)誤，然后按汽液兩相流調(diào)節(jié)器給定的信號(hào)管至加熱器運(yùn)行液面間隙調(diào)整好信號(hào)管安裝高度，否則加熱器將偏離正常水位運(yùn)行。旁路管上加裝相應(yīng)的閘板閥，要求閘閥必須嚴(yán)密無(wú)內(nèi)漏。

（4）汽液兩相流調(diào)節(jié)器內(nèi)喉部尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)安裝調(diào)節(jié)器的加熱器及下級(jí)加熱器的正常運(yùn)行疏水量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，避免在疏水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，汽液兩相流調(diào)節(jié)器疏水量達(dá)不到實(shí)際要求，造成加熱器水位不易控制。汽液兩相流調(diào)節(jié)器對(duì)加熱器疏水量非常敏感，如加熱器泄漏或其他原因造成的疏水量增大，則汽液兩相流調(diào)節(jié)器會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)性能差及水位控制不穩(wěn)的情況。

3 汽液兩相流調(diào)節(jié)器后的調(diào)試

汽液兩相流調(diào)節(jié)器需在最大負(fù)荷條件下進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試前將入口閥及信號(hào)管路上的汽閥全開，旁路閥全關(guān)。正常運(yùn)行時(shí)水位緩慢上升到信號(hào)管與加熱器的接口處，若水位穩(wěn)定，則說(shuō)明符合運(yùn)行參數(shù)；若水位較低，則需緩慢關(guān)閉入口閥門，使水位上升到正常水位時(shí)，停止操作；若水位較高，則逐漸打開旁路閥，當(dāng)水位慢慢下降至正常水位位置時(shí)，停止操作。

逐漸降低負(fù)荷到機(jī)組投加熱器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最低點(diǎn)為止，觀察水位保持情況：如果長(zhǎng)時(shí)間無(wú)水，適量關(guān)閉旁路閥（或入口閘閥）至有水位出現(xiàn)，漸升至最高負(fù)荷時(shí)，水位上升不超過報(bào)警上限值即試驗(yàn)通過，否則需做適當(dāng)調(diào)整（開旁路閥或入口閥，找出平衡點(diǎn)）。

4 汽液兩相流調(diào)節(jié)器在電廠中的應(yīng)用

某電廠對(duì)高加疏水系統(tǒng)未改造前采用的是電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械元件多，延遲率大,，很容易產(chǎn)生過調(diào)現(xiàn)象。當(dāng)高加水位偏高需增大調(diào)整門開度時(shí)，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過調(diào)現(xiàn)象，會(huì)使水位降低過多；當(dāng)高加水位偏低需減小調(diào)整門開度時(shí)，往往會(huì)使水位又上升過多。由于水位的不穩(wěn)定，調(diào)整門頻繁動(dòng)作，對(duì)高加內(nèi)部及其疏水系統(tǒng)的管道沖蝕增大，甚至?xí)a(chǎn)生振動(dòng)；調(diào)節(jié)閥也易沖蝕磨損,經(jīng)常出現(xiàn)故障，以至造成高加水位調(diào)整失靈，引起高加保護(hù)動(dòng)作，或高加無(wú)水位運(yùn)行，特別是汽輪機(jī)變工況運(yùn)行時(shí),，高加水位就更難以控制。

為解決上述問題，將電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置改為汽液兩相流調(diào)節(jié)器。改造后，#1號(hào)機(jī)的3臺(tái)高加在機(jī)組運(yùn)行中都能全部投入。由于采用了汽液兩相流調(diào)節(jié)器，自調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，適應(yīng)負(fù)荷變化范圍廣，在機(jī)組負(fù)荷40%～100%范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，保持高加水位在規(guī)定范圍內(nèi)運(yùn)行，增強(qiáng)了機(jī)組變工況運(yùn)行時(shí)回?zé)嵯到y(tǒng)的適應(yīng)性。高加穩(wěn)定性及投入率大大提高，機(jī)組熱效率也相應(yīng)增加，提高了機(jī)組的安全性；同時(shí)，由于汽液兩相流調(diào)節(jié)器無(wú)機(jī)械電氣元件，不需要熱工信號(hào)的支持，減少了運(yùn)行人員的工作量。汽液兩相流調(diào)節(jié)器與電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的對(duì)比分析結(jié)果見表1。

表1 汽液兩相流調(diào)節(jié)器與電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的對(duì)比分析

5 結(jié)束語(yǔ)

汽液兩相流調(diào)節(jié)器能夠自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)，自調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，液位相對(duì)穩(wěn)定。由于其沒有氣動(dòng)和電動(dòng)熱工控制系統(tǒng)及復(fù)雜的熱工附屬設(shè)備，從而減少了維護(hù)人員，大大提高了設(shè)備的運(yùn)行管理水平。現(xiàn)場(chǎng)檢修和運(yùn)行維護(hù)工作量大幅度下降，節(jié)省檢修費(fèi)用，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

火電廠加熱器的常規(guī)水位控制器故障頻繁，現(xiàn)場(chǎng)使用汽液兩相流調(diào)節(jié)器后上述問題得到很好的解決，在節(jié)約能源的同時(shí)，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。