某电厂间接空冷设备分析

摘 要：对某电厂间接空冷设备运行的安全性进行分析，对空冷机组冬、夏季出力进行探讨，对冬季间接空冷设备泄漏的原因进行分析，最后针对防漏所采取的措施进行了总结。

关键词：间接空冷设备；安全；优点；防漏分析

中图分类号：TK264.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）02-0036-02

某电厂四期扩建2×200 MW 供热机组和五期1×200 MW 供热机组，采用表面式凝结器间接空冷技术，是我国较大型的投运空冷机组电厂之一。

1 电厂空冷机组设备简介

1.1 四期设备简介

四期扩建2×200 MW 机组（厂内编号7#和8#机），超高压一次中间再热，单轴、三缸两排汽、空冷、采暖抽汽凝汽式汽轮机。型号为KC200/150-12.7/535/535，由东方汽轮机厂制造。

凝汽器为双流程表面凝汽器，型号为N11300-1，冷却面积为11 300 m2，冷却管材质为HSn70-1A黄铜管（空冷区和外两排为黄铜管），循环水量22 000 t/h，设计端差≤3℃。

空冷散热器型号为JP-ZH-ET2（1.5×2.346）-FE51，椭圆管规格是36 mm×14 mm×1.5 mm，翅片管规格为55 mm×26 mm×0.23 mm，翅片间距是2.5 mm。每个冷却三角总散热表面积为4 760 m2，总传热系数是36 W/ m2·℃。每个冷却三角管束外形成尺寸是2.507 m×0.18 m×15.5 m，设计初始温差（ITD）27℃。

空冷塔每机一塔，塔体为钢筋混凝土结构，塔高135 m，进风口高15 m，塔底0 m直径为Φ118 m，塔顶直径为Φ67 m。当设计气温为17℃，设计背压为10.79 kPa时，散热量为275 MW。

1.2 五期设备简介

五期扩建1×200 MW 机组，超高压一次中间再热，单轴、三缸两排汽、空冷、采暖抽汽凝汽式汽轮机，由东方汽轮机厂制造。型号为CJK200/150-12.74/535/535-1， 空冷散热器和空冷塔同四期一样。

2 间接空冷机组运行

2.1 四期空冷机组

2.1.1 四期空冷设备冬季运行

四期投运初期，冬季时空冷塔散热器泄漏一般较为严重。据统计，投产至今， 7#和8#空冷塔分别泄漏 2 174 根和4 101根。其中，7#塔泄漏管数占总管数的3.94%，8#塔泄漏管数占总管数的6.09%；7#塔严重变形管（未漏）1 601根，8#塔严重变形管（未漏）1 697根。由于散热器堵管比较严重，根据运行情况，2009年开始对7#和8#空冷塔进行了部分换管，到2010年，7#塔换管536根，8#塔换管2 927根。泄漏与各段所处方位及管材有关，7#塔的3段、4段基本不漏，因为这两段均采用进口管材，位于塔中心；8#塔的3段、4段漏点较少，而设在外环且处于塔西北位置的1段、2段、5段漏点较多，这与每年冬季多西北风有直接关系。

2.1.2 四期散热器泄漏原因分析

运行人员无空冷设备运行经验，操作上存在问题。

散热器翅片管采用36 mm×14 mm×1.5 mm的椭圆管，椭圆管材质为Q235B替代德国GEA公司原材质为RST37.0。金属元素分析结果：杂物从形态分布判断是硫化物，它对金属的危害很大，硫化物国产管材符合GBQ-235材料的化学成分，但国产管材的S和P含量比进口管多，特别是含硫量高得多。国产管材中的硫化物会割裂金属基体，使金属基体在环向不连续，易造成应力集中，常成为金属破损的策源中心，产生热脆或冷脆。国产管材表面存在的脱碳层会使钢管的表面层强度降低，抵抗交变应力能力也会降低。

通过空冷塔水平衡试验发现，空冷系统设计存在的问题主要有：

翅片管内流速测量结果：各翅片管内流速差大。

排气管流量测试结果：正常工况下，各散热段排气管至膨胀水箱流量随塔的进水母管压力变化而变化，压力升高，排气管流量增大；当母管压力下降发生虹吸后，排汽管流量减小甚至为零；在正常工况下，8#塔母管压力为0.22 MPa时，各段排气管流量是不均匀的，2段流量最大，5段流量最小。

设备存在的问题主要有：

蝶阀内漏。进出口门不严，在冬季不能按规程退段运行；排水阀内漏，造成系统水漏入水箱，为维持系统水量就得启动补水泵或充水泵，若控制不当，易造成系统水压波动。

原设计百叶窗在实际应用中存在以下问题：①百叶窗出现故障，不能动作，无法调整进风量；②百叶窗位于散热器下部，一个执行器控制两组百叶窗，冬季散热器一旦出现泄漏，水落到一组百叶窗上，并在百叶窗上结冰，两组百叶窗便都不能开关，失去调节风量和保护散热面的作用；③百叶窗距散热器较近，当关闭后，关闭不严时散热器管局部将受到很强的冷却，造成管内冻结。另外，一个执行器控制两组百叶窗的力矩也不够。

2.1.3 四期散热器防漏措施

2.1.3.1 翅片管金属材料改进

翅片管金属材料采用与德国St37材料的元素和性能相同的国产金属材料，控制S和P元素的含量，保证翅片管金属材料的机械性能，提高翅片管的抗冻能力。

2.1.3.2 百叶窗操纵杆改进

百叶窗操纵杆由原来的扁铁片改进为T形钢制操纵杆，一个执行器控制一组百叶窗。

2.1.3.3 空冷系统水侧改进

针对原空冷系统设计存在的问题进行了如下改进：膨胀水箱加装汽平衡管，进口阀门、出口阀门、旁路阀门和排水阀系统进行了改进，更换了质量较好的蝶阀。

2.1.3.4 加强空冷塔的运行管理

在冬季，空冷塔应加强运行管理，运行中要精心调整，确保水工况正常运行。应有较完善的运行管理制度，特别是投停段的运行操作。另外，还要加强检修管理，确保设备完好，电动门、百叶窗电动可靠。

2.1.3.5 空冷塔气侧调整

在空冷塔内圈压形挡风板上，安装8个可调的空气侧短路风道（短路窗），从通过散热器的风量中分流出一部分，直接进入空冷塔，减少通过散热器的风量。另外，通过短路风道的冷风与散热器上部的热风汇合，这样就降低了出口的空气温度、空冷塔抽力和通过散热器的风速。在冬季，通过减少空冷塔进风口面积和设置可调短路风道，降低散热器换热系数，可有效地防止散热器的冻漏。

2.1.4 四期空冷设备的夏季运行

四期空冷散热器由德国GEA公司设计，由捷益公司生产。夏季炎热期，原设计满发气温为27 ℃，实际运行为26 ℃。据运行记载，机组带140 MW电负荷，当大气温度从17 ℃上升到32 ℃时，汽轮机背压将从13.8 kPa上升到 25.5 kPa，即气温变化15 ℃，背压变化11.7 kPa。全年当气温ta≤26 ℃时为满发时期，当ta为27～29 ℃时，可发180～190 MW；当ta为30～33 ℃时，可发140～150 MW。运行实践证明，满发背压定为22 kPa有些偏低，夏季机组出力明显受到限制，机组设计满发背压不能适应当地气温，应在今后的空冷机组设计中提高设计满发背压。实际运行背压高于设计背压，其原因是空冷设备环境较恶劣，造成散热器表面污染严重，影响空冷塔出力。通过冲洗散热器可以消除表面的污染，但长期对散热器的冲洗方式不当会使表面沉积较薄的垢，这将影响散热器表面的换热系数。因此，在设计空冷机组时，应根据空冷设备周边环境的污染情况，考虑到长期运行散热器会受环境污染，影响散热器表面换热系数，适当地增加散热器表面积。

2.2 五期空冷机组

五期1×200 MW 空冷机组，总结了四期空冷机组设备及其运行的经验，空冷设备有以下改进。

2.2.1 五期空冷设备

五期散热器翅片管金属材料采用与德国St37材料的元素和性能相同的国产金属材料，控制S和P元素的含量，保证了翅片管金属材料的机械性能，提高翅片管的抗冻能力。

五期空冷塔百叶窗操纵杆由原来的扁铁片改进为T形钢制操纵杆，一个执行器控制一组百叶窗。

在空气侧加装短路窗。

根据循环水泵的测试改变循环水泵参数，改善系统散热器的水流速。

根据四期空冷设备改进的方法，在膨胀水箱加装汽平衡管，进口阀门、出口阀门、旁路阀门和排水阀系统按四期改进后进行设计。

空冷系统阀门采用三偏心金属密封的阀门，提高阀门的严密性。

2.2.2 五期空冷设备的运行

五期空冷机组投运后，总结了四期空冷机组设备和运行的经验，进行了设备优化。空冷机组运行至今，散热器翅片管无一根泄漏，冬季空冷散热器运行良好，夏季空冷机组运行出力不再受到限制。

3 结束语

空冷机组具有显著节水的优势，且间接空冷机组夏季实际运行中机组出力基本不受限制，比目前运行的直接空冷机组真空高、煤耗低。大风期间受大风的影响小，机组在大风期间可带满负荷，安全可靠。

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作者简介：赵建刚（1984—），男，工程专业（本科学历），电力工程主管，助理工程师，多年从事锅炉、汽轮机、发电机建设和设备管理，以锅炉设备安装、调试和节能改造为研究对象。

〔编辑：曹月〕

Indirect Analysis of a Power Plant Air Cooling Equipment

Zhao Jiangang

Abstract： The security of a power plant running indirect air cooling equipment for analysis of air cooling unit in winter and summer to discuss contribute， indirectly， the cause of the winter air cooling equipment leaks were analyzed， and finally taken measures against leakage summarized.

Key words： indirect air cooling equipment； safety； advantages； leak analysis