極度寒冷地區直接空冷機組空冷島防凍措施研究

石 磊

(晉控電力塔山發電山西有限公司，大同 037000)

0 引 言

以往在冷卻系統中，常使用冷卻水介質?？紤]到我國面臨繁重的水資源短缺負擔，故此在直接空冷機組空冷島運行階段，為了供應充足的冷卻蒸汽，需要加強防凍設計，以期在保證空冷島順利運行前提下，增加冷卻空氣介質儲量，為汽輪機排汽冷卻系統的良性運行給予保障，滿足新時代節能發展需求。

1 直接空冷機組空冷島常見防凍問題

直接空冷機組主要是以空氣作為冷卻介質的機組，而空冷島作為具備高溫蒸汽降溫作用的風機裝置，在其運行期間，常因下述多則原因而遭受冰凍問題。第一，散熱管溫差大。直接空冷機組冷空島在運行期間，常需要利用散熱管達到降溫目的，如若受流量不均以及熱力不均等因素的干擾形成溫差，或者本身產品質量存在隱患，均會削弱降溫效用，增加冰凍風險。以600 MW直接空冷機組為例，多形成10 ℃，甚至15 ℃的溫差后果；第二，排氣口壓降大，在利用空氣充當冷卻介質期間，若凝汽器本身具有飽和壓力，且入口壓力與汽輪機排氣口壓力存在0.55 kPa左右壓力差，很容易形成2 kPa壓降。特別是在極寒地區，溫差更大，若不及時展開防凍操作，易破壞運行質量；第三，氣密性薄弱，冷空島是以56臺風機組合而成的降溫裝置，若自身存在氣密性差隱患，將無法保持溫度指標的均衡控制，且易受外界環境指標的干擾；第四，防凍不到位，依據不同工況模式需要編制對應的防凍方案。顯然當前在執行防凍措施時，缺乏可靠性，未能做好工況分類設計工作，導致原定的防凍方案未能滿足冷空島所有工況條件。鑒于此，面對常見防凍問題，應當提出針對性對策，借此改善冷空島效力差等不良風險現狀，增強冷空島防凍能力[1]。

2 極度寒冷地區直接空冷機組空冷島防凍措施

2.1 加強真空系統密封設計

在對冷空島實施防凍設計時，應當從密封設計層面上，保證真空系統具備完善的密封條件。一方面，由于密封性多影響溫度分布均衡性，故此若能加強密封改造設計，即可削弱環境因素對散熱管表面溫度產生的負面影響。另一方面，要求冷空島安裝人員，務必按照標準且規范的安裝流程安裝好各個風機。通常需要遵照安裝手冊與技術指導書，促使風機、空冷凝器等裝置安裝環節獲取優良質量。與此同時，監理方在建設冷空島系統安裝項目時，也要統籌管理建設流程，尤其是在主排氣管道等相關部件焊接作業中，需要對焊接質量進行全面檢測。一旦出現焊接異?，F象，需要立即組織焊接人員予以修復。從以往研究中不難發現，在下聯箱部位焊接問題出現可能性更高，監理人員需要針對不同焊接部位以及安裝區域實施大力度監管舉措，直到達到焊接質量驗收標準后，方可進入冷空島竣工環節。因冷空島質量不達標，很容易引發冰凍后果，故此在整個安裝過程，既要關注汽輪機、管道安裝質量，又要對儀表、閥門安裝效果加以深度檢測，就此提高防凍水平，消除任何冰凍隱患。

2.2 注重排汽裝置漏點查找

在直接空冷機組空冷島運行階段，因其處于極寒地區，極易受外界冷空氣的侵襲，致使在對高溫蒸汽進行降溫時遭受凍害，從而影響機組運行效果。而在防凍設計中，還要注重排汽裝置漏點的精準查找。漏點的產生，不但會增加安全風險性，而且還會導致冷空島安裝作業后，自漏點處降低降溫作用。對此，及早檢漏是可行性較強的一項防凍措施。在實際查漏中，相關人員可以利用灌水方式，想排汽裝置負壓區實施灌水處理。若不存在漏點，其水位高度將持續一段時間不發生變化。若有漏點，隨著時間后延，水位逐漸下降。此時，可以通過篩查方式找到漏點，填充修復后再度實施查漏實驗，直到水位持續不變，方可驗證排汽裝置安裝到位。從相關研究中，于查漏范圍上，也要密切關注儀表以及閥門等多區域漏點分布情況，擴大查漏范圍的基礎上，有效消除冷空島冰凍風險。

2.3 實現空冷島氣密性檢測

為了給冷空島創造有利的防凍條件，還應當對冷空島積極展開氣密性檢測工作，以此結合氣密性檢測結果，判定當前冷空島遭受冰凍侵害的可能性，而后提出對應的修復措施，增強氣密性。在氣密性檢測階段，需要將檢測范圍拓展至換熱器管束以及空氣冷凝器部分，由此增加氣密性檢測數據可靠性。

首先，檢測人員需要先行確定好氣密性檢測范圍，包括冷凝管道、配汽管道、疏水箱等；其次，以0.8 MPa壓強對冷空島汽輪機系統實施加壓操作，而后持續一刻鐘后，需要分析壓力指標變化規律。若氣密性良好，則不會引起壓強波動后果。由于極寒地區溫差明顯，且冷空氣儲量豐富，為了促使冷空島表現出顯著優勢，還要掌握外界環境溫度變化規律。若從壓力波動指標上，每日壓力降低幅度在0.1 kPa以內，則表示氣密性檢測達標；最后，還要對真空系統氣密性予以檢測，在10 kPa條件下斷開真空泵，從中對壓力負荷變化情況進行分析，如若每分鐘壓力負荷變化值在0.15 kPa以內，則表示真空系統氣密性優良。經氣密性檢測操作后，能夠及早發現氣密性不強問題。隨著氣密性的降低，冷空島很難在降溫過程中，保持優良動態。同時，在氣密性檢測階段，也可以使用專用空冷島檢漏儀，以專用設備輔助檢測人員快速準確獲取檢測結果，自此提升防凍設計時效性[2]。

2.4 結合工況確定防凍方案

2.4.1 靜態調試工況

冷空島要想保持穩定運行，需要依據不同工況模式，為其制定對應的防凍方案。其中主要包括靜態調試工況。于極寒地區條件下，關于冷空島的安全運行，在處于靜態調試工況時，可以利用下述措施優化防凍效果：

其一，保溫設計，在冷空島防凍設計階段，需要對易受冰凍的薄弱部位進行保溫設計，可以加裝散熱翅片蓋簾保溫，繼而防止形成凍層。經調查：低溫易凍部位多以抽真空管道為主，可在逆流區風機增加封堵裝置，以改善冰凍現狀。

其二，在防凍設計中需要加大防凍監測力度，也可以借助智能監測手段，增加空冷溫度場，預判冰凍參數，而后發出預警信息，供運行人員提前完成防凍調整。隨著在靜態調試工況條件下防凍有效性的提升，即可為冷空島的良性運作奠定基礎，促使在極寒地區建成的電廠擁有優質的供電服務質量[3]。

2.4.2 機組啟動運行期工況

由于啟動階段空冷島進汽量特別少，很容易結凍，在極寒地區控制好機組啟動階段的防凍調整尤為重要，故可以采用提高再熱器壓力至1 MPa左右再打開低壓旁路的方法，增加空冷島進汽流量的方法避免空冷島結凍。再根據溫度指標的變化情況，觀察冷空島負荷變化規律，更要關注逆流回暖控制現象，需要間隔一段時間再啟動風機，否則在多次反復操作下，更易引發凍害。依據某電廠實際防凍成果，在處于低溫-30 ℃的極寒地區里的電廠，關于冷空島防凍措施的應用，可參考上述內容，與往年空冷島發生凍害風險的頻率比較，顯然得到了顯著降低，表明此次研究結果具備推廣價值。

3 結束語

綜上所述，在極寒地區直接空冷機組冷空島一旦遭遇冰凍事故，威脅機組安全運行?？紤]到極寒地區空冷島安全運行，應當從真空系統密封設計、漏點查找、真空嚴密性試驗、防凍方案、運行方式調整等方面著手，促使改進后的空冷島始終具備可靠的防凍能力。