汽輪機(jī)高壓加熱器疏水系統(tǒng)優(yōu)化

周奇龍

摘要：某化工廠熱電中心汽輪機(jī)高壓加熱器原有疏水系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差，加熱器水位調(diào)整困難，長期處于無水位運(yùn)行，浪費(fèi)高品質(zhì)熱源;同時(shí)由于疏水管中汽液兩相流動的存在，造成的管道振動、沖刷、管壁減薄等問題則帶來較大安全隱患。上述問題對機(jī)組的安全穩(wěn)定生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來諸多不利影響。通過應(yīng)用新型汽液兩相流疏水調(diào)節(jié)器，有效解決了高壓加熱器疏水系統(tǒng)可靠性差問題，改造實(shí)踐證明，新型汽液兩相流疏水調(diào)節(jié)器工作可靠，維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：加熱器;波動;汽液兩相流;改造

某化工廠熱電生產(chǎn)中心兩臺機(jī)組，汽輪機(jī)選用哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的型號為 CZK50-9.3/4.2高壓單缸、單抽冷凝式、直接空冷汽輪發(fā)電機(jī)組。由于設(shè)計(jì)原因，電動調(diào)節(jié)閥是電動機(jī)械傳動，線性度不好，調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)準(zhǔn)確自動調(diào)節(jié)，其運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性沒有保障，造成高加疏水水位不易控制。為了防止加熱器汽側(cè)滿水，運(yùn)行有時(shí)需開旁路門，致使加熱器處于無水位狀態(tài)，造成#2高壓加熱器抽汽進(jìn)入#1高壓加熱器，排擠了#1高壓加熱器的抽汽量，增加了高品質(zhì)蒸汽的消耗，大大降低了回?zé)嵫h(huán)的經(jīng)濟(jì)性。由于高壓加熱器處于低水位甚至無水位運(yùn)行，蒸汽進(jìn)入疏水管道和下一級加熱器，形成蒸汽和疏水兩相流動，容積流量增加，流速增大，造成管道振動。同時(shí)，兩相流動造成疏水管道、彎頭和加熱器鋼管沖蝕減薄，多次導(dǎo)致管道、加熱器泄漏事故，影響加熱器的安全運(yùn)行，影響下一級加熱效率。

1 有關(guān)汽液兩相流自調(diào)節(jié)技術(shù)的可行性

對高加疏水系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)真地分析，明確了由于高加疏水水位波動大、自調(diào)節(jié)能力差是最終造成高加疏水水位調(diào)整困難，長期處于無水位運(yùn)行，系統(tǒng)管道振動、沖刷、管壁減薄等問題的主要原因。通過對高加疏水系統(tǒng)地綜合分析認(rèn)為，該系統(tǒng)必須能夠?qū)⒏邏杭訜崞髌麄?cè)的疏水順利的導(dǎo)出，保證高壓加熱器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時(shí)又需運(yùn)行中的高壓加熱器汽側(cè)保持一定的水位，防止高品質(zhì)汽源進(jìn)入下一級加熱器從而造成能源浪費(fèi)。這就要求該系統(tǒng)要有進(jìn)行水位自調(diào)節(jié)的設(shè)備， 且該設(shè)備具有良好的自調(diào)節(jié)能力，可根據(jù)低壓加熱器水位的高低實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。

1.1 調(diào)節(jié)原理

由于傳統(tǒng)的浮球式、汽動式、電動式調(diào)節(jié)閥自調(diào)節(jié)能力差，靈敏度低。不能保證高壓加熱器水位在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)，因此不適用于高壓加熱器疏水調(diào)節(jié)，通過對“汽液兩相流自調(diào)節(jié)液位控制閥”工作原理的分析我們發(fā)現(xiàn)，汽液兩相流疏水調(diào)節(jié)器是基于流體力學(xué)理論，采用汽液兩相流自平衡原理，利用汽液變化的自調(diào)節(jié)特性控制容器出口液體而設(shè)計(jì)的一種新型水位控制器。該控制閥采用“汽液兩相流”原理，忽需外力驅(qū)動，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力源來自所需控制對象的汽體，對于高熱加熱器它的動力源就是本級的蒸汽。由于汽液的比容相差很大，所以動力源所需蒸汽量很小，其調(diào)節(jié)過程是汽液兩相在流動過程中，汽相比容迅速增大而液相的基本不變，這使得液相的有效流通面積減少。液相流量隨之減少，汽相對液相起到了調(diào)節(jié)作用， 從而使加熱器達(dá)到相對穩(wěn)定的液位。（如圖 1 所示）。

當(dāng)加熱器液位較低時(shí)，疏水由疏水閥入口進(jìn)入，調(diào)節(jié)汽由進(jìn)汽口進(jìn)入閥體，在閥體內(nèi)部疏水與調(diào)節(jié)汽混合，一同流向閥體的喉部，由于閥體喉部的截面積不變，疏水的有效通流面積將相應(yīng)減少， 使疏水水量降低，從而達(dá)到阻礙疏水的作用。而當(dāng)加熱器水位較高時(shí)，調(diào)節(jié)汽入口管充滿疏水，不能阻礙疏水的正常導(dǎo)出，使加熱器水位迅速降低，保證了加熱器在規(guī)定的范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。（如圖 2 所示）。

如 圖 2 所示，信號管的作用是采集、發(fā)送加熱器水位信號（液相）和調(diào)節(jié)用汽量信號（汽相）， 進(jìn)入控制閥，完成常規(guī)自動控制中測量、變送、給定值設(shè)定、偏差比較、放大運(yùn)算等功能。 控制閥由殼體、噴嘴、擴(kuò)壓段組成（見圖 3），噴嘴和擴(kuò)壓段組成縮放型通道。

疏水進(jìn)入控制閥后，先在噴嘴中收縮加速，來自信號管的一定量的調(diào)節(jié)汽體由喉部縫隙進(jìn)入，與疏水相互作用后流出控制閥。控制閥的作用是控制出口水量，相當(dāng)于常規(guī)自動控制機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。整個(gè)疏水系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理過程：當(dāng)加熱器水位上升時(shí)，傳感器（信號管）內(nèi)水位也隨之上升，導(dǎo)致發(fā)送的調(diào)節(jié)汽量減少，因而通過控制閥中的兩相流中的汽量減少，喉部有效通流面積增加，疏水量增加，加熱器水位隨之下降。反之亦然。在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)存在汽液兩相自調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)就是利用加熱器本身的水位信號作為反饋信號，實(shí)現(xiàn)對疏水量的自動調(diào)節(jié)，從而保證加熱器水位在設(shè)定的范圍內(nèi)變化， 同時(shí)該控制閥不需要電力驅(qū)動，在保證安全生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的同時(shí)，節(jié)約了大量的人力、物力和電能。

1.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指液位自調(diào)節(jié)裝置在調(diào)節(jié)過程中所能達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)即自動調(diào)節(jié)裝置能使加熱器內(nèi)液位維持在某一位置不變的狀態(tài)。當(dāng)調(diào)節(jié)汽入口端管開口全部浸沒在水中時(shí)，自動調(diào)節(jié)裝置內(nèi)沒有調(diào)節(jié)汽，此時(shí)，系統(tǒng)不存在調(diào)節(jié)作用;當(dāng)水位有變化時(shí)，入口端管口的開口端部分或全部露出時(shí)，說明加熱器內(nèi)水位下降，調(diào)節(jié)汽進(jìn)入調(diào)節(jié)裝置，發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。

2 對高加疏水系統(tǒng)的改造、運(yùn)行

2.1 對高加疏水系統(tǒng)汽液兩相流自調(diào)節(jié)的改造

利用某化工廠熱電中心大檢修機(jī)會，應(yīng)用“汽液兩相流自調(diào)節(jié)液位控制閥”對#1、#2汽輪機(jī)組高加疏水系統(tǒng)進(jìn)行改造。對原有的高壓加熱器疏水系統(tǒng)進(jìn)行完善，以滿足“汽液兩相流自調(diào)節(jié)液位控制閥”的工作需要，同時(shí)使高加疏水系統(tǒng)更趨合理。拆除了高加疏水系統(tǒng)原有的系統(tǒng)管線、疏水調(diào)整門，加裝高加水位信號管、汽液兩相流自調(diào)節(jié)液位控制閥，新裝管線全部采用不銹鋼材質(zhì)，提高管線抗沖刷能力，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。見系統(tǒng)安裝圖（如圖 4 所示）。

系統(tǒng)現(xiàn)場安裝的要求：

⑴液位自調(diào)節(jié)裝置無互換性需對號安裝，應(yīng)保證殼體上箭頭方向與疏水流向相同。

⑵液位自調(diào)節(jié)裝置在安裝時(shí)應(yīng)盡量靠近容器本體，水平、垂直安裝均可、不影響使用效果。

⑶入口閥與液位自調(diào)節(jié)裝置可以直接連接，也可以有≤250 ㎜的短管連接，但入口閥前、液位自調(diào)節(jié)裝置后應(yīng)有≥200mm 的直管段。

⑷信號管中心高度為正常工作水位點(diǎn)，與疏水管安裝走向同一側(cè)。

2.2 改造后的運(yùn)行情況

2.2.1 加熱器水位穩(wěn)定

現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)踐表明，該疏水調(diào)節(jié)器投運(yùn)后，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在 20%-100%范圍內(nèi)變動時(shí)加熱器水位在180—300mm 范圍內(nèi)波動，并能全自動調(diào)節(jié)。而且， 在一次調(diào)整到位后不再需要調(diào)整，即可隨機(jī)啟停， 大大減輕了運(yùn)行人員的操作調(diào)整工作。

2.2.2 減少了檢修維護(hù)量

由于汽液兩相流自調(diào)節(jié)裝置無機(jī)械運(yùn)動部件和電氣元件，采用全封閉結(jié)構(gòu)，裝置密封性好。高加疏水系統(tǒng)故障率大幅降低，減輕了現(xiàn)場檢修人員的維修工作量。

2.2.3 高加可靠性明顯提高

汽液兩相流自調(diào)節(jié)裝置投運(yùn)后，解決了加熱器水位調(diào)整困難的問題，減少了高加泄漏次數(shù)，提高了高加投入率，同時(shí)還降低了疏水管道兩相流沖蝕爆破的危險(xiǎn)。

2.2.4 提高了給水溫度，具有明顯的節(jié)能效果

加熱器疏水水位的合理調(diào)整與維持，有效地提高了加熱器熱效率，同時(shí)還提高了高加投入率，使機(jī)組年平均給水溫度提高了約 3.5°C，機(jī)組的回?zé)嵝视辛撕艽筇岣摺?/p>

3 結(jié)論

經(jīng)改造后，該汽液兩相流疏水調(diào)節(jié)器運(yùn)行良好，調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，很好地解決了加熱器水位不易維持的問題;水位 能夠穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，即使機(jī)組負(fù)荷有較大的變化，仍然 能夠自動調(diào)整疏水至正常水位。高加疏水系統(tǒng)改造后故障率降低，投入率大大提高，回?zé)嵝实玫教嵘瑸檫M(jìn)一步降低熱電廠發(fā)電標(biāo)煤耗提供了幫助。疏水調(diào)節(jié)器具有顯著的節(jié)能效益。

4 結(jié)束語

循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)因供水裝置的生產(chǎn)工藝、換熱設(shè)備、換熱介質(zhì)、水質(zhì)要求、補(bǔ)水水質(zhì)情況、自身設(shè)計(jì)情況、氣候及周邊環(huán)境影響，每套循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕結(jié)垢極微生物生長規(guī)律都有其各自特點(diǎn)， 掌握這些規(guī)律與各自特點(diǎn)，結(jié)合參考加藥量細(xì)化管理采取有針對性的措施適時(shí)適當(dāng)調(diào)整加藥操作，是保證水質(zhì)穩(wěn)定，降低藥劑費(fèi)用的有效途徑。

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（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭? 014010）