350 MW超临界间接空冷机组冬季防冻措施研究

韩玉霞，李 鑫，赵 爽

（1.内蒙古工业大学能动学院，2.内蒙古电力科学研究院）

350 MW超临界间接空冷机组冬季防冻措施研究

韩玉霞1，李 鑫2，赵 爽1

（1.内蒙古工业大学能动学院，2.内蒙古电力科学研究院）

间接空冷机组的散热器暴露在大气环境中，在冬季寒冷地区运行时，散热器的翅片管极易发生冻结，造成设备的损坏甚至引发停机事故。散热器翅片管被冻裂后的修复周期长，且工艺复杂。发生冻结事故后，将给电厂造成严重的经济损失。以某型2×350 MW超临界间接空冷机组为例，分析了表面式间接空冷机组散热器冻结的原因，并提出相应的调整措施，提高了间接空冷机组在冬季高寒地区的运行性能。

空冷机组；间接；散热器；防冻；措施；冬季；环境；运行

0 概 述

间接空冷机组的散热器，是环形垂直布置在自然冷却塔底部的进风口处。在冬季寒冷地区，散热器翅片管内的循环冷却水过冷度增大，所以，散热器的翅片管极易发生冻裂现象。另外，由于调试期间空冷机组不带热负荷，在冬季进行系统注水、冲洗工作时，也应该考虑系统的防冻问题。因此，在寒冷地区，对间接空冷机组采取防冻措施很有必要。

1 表面式间接空冷系统

表面式间接空冷系统的工作原理，如图1所示。空冷机组的工作流程，是汽轮机排汽进入表面式凝汽器后，由循环冷却水进行冷却凝结。受热后的循环水，经循环水泵升压进入自然通风冷却塔，然后由自然通风空冷塔吸入的空气进行冷却，冷却后的循环水再流回表面式凝汽器，进行下一个闭路循环[1]。

图1 表面式空冷系统工作原理示意图

某型2×350 MW超临界间接空冷机组，采用了表面式凝汽器间接空冷系统。每台机组对应1座自然通风冷却塔，循环水系统按照单元制布置，机组配3台循环水泵、1套独立的进水出水循环水管道、6段冷却三角扇区及若干个膨胀水箱和地下水箱。2台机组共用1座循环水泵房，泵房布置在空冷塔附近。

2 空冷散热器冻结的原因

根据多年空冷机组的运行经验，散热器翅片管内冷却介质被冻结的原因，主要有4种情况[2]。

（1）散热器翅片管内流速过低

有关研究结果表明，如果循环冷却水在翅片管中的流动呈层流状态，且大气的环境温度＜0℃时，即可出现结冰现象。因为翅片管内的水流速度越低，管径越小，管内流体的雷诺数越小。如果低于临界雷诺数（约2 300），即管内水流为层流状态。此时，流体的放热由原来的对流放热为主，转变为传导放热为主，由于传导放热的速度远小于对流放热的速度，与金属直接接触的表层流体温度迅速降低，从而引发冻结现象。冻结现象导致了管道阻力增加，流量减少，进一步加剧了流体的冻结。由流体力学知识可知，紊流的速度分布不同于层流，它的中心部分较平坦，而近壁面处的速度梯度很大。在靠近管壁处，为黏性底层区，中心区域为紊流充分发展区。当流速较高时，黏性底层很薄，翅片管内水流主要为紊流充分发展区，流体放热是对流放热形式，流体的热量很快就可以达到并穿过黏性底层，流体不会发生冻结。当流速较低时，黏性底层的厚度较大，流体热量较难穿过黏性底层，则管道容易发生冻结[3]。

（2）环境温度过低

当环境温度过低，且百叶窗的调整角度不当，易造成散热器的出水过冷度的增加。空冷散热器布置在自然冷却塔底部的进风口处，冷却塔的进风为自然进风。当热负荷一定时，其冷却能力取决于环境空气的干球温度。在冬季低温状态下，散热器翅片管内的循环冷却水过冷度增大。若气温继续下降，散热器翅片管内的循环水产生较大过冷度，由于自然冷却塔进口的散热器均暴露在大气中，即使采用了进风口百叶窗控制进风量，也很难抵御寒风侵入，导致翅片管管束内部发生冻结，使翅片管发生变形或冻裂，造成设备损坏。运行中各扇形段百叶窗开度不均匀或与环境条件不协调，会使扇形段的出水温度不平衡，温差在3～5℃。因此，设计散热器时，不宜取过低的冷却水出水温度。

（3）温度测点的数量不够

由于空冷塔的冷却管数量庞大，不可能在所有冷却管的表面布置温度测点。在寒冷的冬季，由于回水温度过低，且测点布置不均，导致某些区域的管束发生冻结现象。

（4）杂质堵塞管束

由于冷循环水的水质不合格，杂质堵塞了管束。当冬季环境温度较低时，导致了管束被冻损。

3 防冻措施分析

3.1 运行中的防冻措施及注意事项

3.1.1 百叶窗调整控制措施

（1）在冬季试运行期间，应定期进行百叶窗的同步校验工作。如果遇到下雪天气，还应增加同步校验的次数，防止百叶窗被积雪卡涩。对百叶窗同步校验时，应先解除某扇区百叶窗的自动控制，记录百叶窗当前开度，记录该扇区的出水温度。当全关百叶窗时，检查扇区各百叶窗的开度，应全部为关闭状态。检查控制屏的画面是否已显示“百叶窗关闭”的信号。开启扇区百叶窗至原来开度，检查各百叶窗的开度是否一致。投入百叶窗的自动控制，调整自动控制的设定值。如有不同步的现象，应及时处理。

（2）冬季运行中，需严密监测百叶窗自动控制状态，禁止随意解除百叶窗的自动控制指令。

（3）冬季试运期间，对于扇区百叶窗的调整，应确保扇区的出水温度及冷却柱温度的要求。规定冷却柱温度的调节为：当环境温度＜-5℃时，空冷各扇区最低冷却柱温度不得低于10℃，否则应调高扇区出水温度，直至最低冷却柱温度＞12℃；当环境温度＞-5℃时，空冷各扇区最低冷却柱温度不得低于8℃，否则调高扇区出水温度，直至最低冷却柱温度＞10℃。

（4）冬季各扇区出水温度的设置，应保持一致（最低冷却柱温度偏低的扇区除外），百叶窗开度偏置不得随意设置，以保证扇区冷却柱温度能反映整个扇区冷却管束的温度。

（5）在冬季，应随时检查DCS画面的控制状态。各扇区百叶窗的开度应同步，检查是否存在开度过大等情况，就地进行冷却管束的测温，防止管束发生过冷现象（低于8℃）。

（6）当冬季的环境风速高于5 m/s时，应注意风向对扇区冷却柱温度的影响，及时根据冷却柱温度，提高迎风面扇区的出水温度。

（7）在冬季寒夜时，不得放松对扇区管束的测温工作，根据各扇区百叶窗开度及冷却柱温度进行选择性测量，管束温度的测量位置，应距基管底部约60 cm高度，发现存在过冷（低于8℃）情况，应及时采取措施。

（8）根据该电厂地理位置，在冬季主导风向为西北风时，应特别注意某些扇区的出水温度，及时关小该扇区的百叶窗。

3.1.2 循环水泵运行方式调整措施

（1）循环水泵的启停以及变频调节应结合扇区的投退进行，调整策略是为保证空冷管束不冻结的前提下达到最佳真空度运行。

（2）机组运行时，循环水泵启停操作规定为：当循环水泵工频启动，联锁开启循环泵出口的液控蝶阀。当循环水泵停运，应在DCS控制屏画面中关闭循环水泵出口的液控蝶阀。当DCS控制屏画面显示循环水泵出口压力上升时，停止循环水泵的运行。循环水泵为变频启动时，在DCS控制屏上，将循环水泵出口的液控蝶阀挂上“禁止操作”标志。变频启动循环水泵后，待循环水泵的频率升至25 Hz以上，解除控制屏上循环水泵出口液控蝶阀“禁止操作”标志，开启循环水泵出口的液控蝶阀。停运变频的循环水泵时，需待循环水泵频率降至25 Hz，再关闭循环水泵出口的液控蝶阀。随着DCS控制屏画面显示循环水泵的出口压力已开始上升，再关闭变频循环水泵的运行。

（3）冬季运行期间，保持1号、2号循环水泵的运行。

（4）遭遇寒冷天气时，关闭全部扇区百叶窗。如果扇区的出水温度仍然无法达到22℃以上，应立即启动第3台循环水泵或增加机组负荷。

3.1.3 空冷扇区的投运和退出

在冬季工况下，空冷扇区的投入，应在锅炉点火旁路投入后逐步进行。停机过程中，根据各冷却扇区的出水温度，逐步退出所有扇区的运行，防止扇区出水温度下降过快而发生管束的冻结现象。正常运行时，如果某一扇区退出运行，对其两侧扇区的百叶窗，应进行偏置设置，适当关小百叶窗，防止寒风造成扇区的局部过冷。

3.1.4 其他注意事项

进入冬季前，应对扇区的各种防寒设施进行检验，确保各阀门、百叶窗动作可靠。机组启、停时，要就地检查阀门动作是否可靠。循环水泵要保持良好状态，在冬季，至少要保持2台循环水泵运行，提高循环水的流速，防止散热器结冰。若扇区发生泄漏，需及时将该扇区退出运行，防止泄漏水在外部结冰后冻坏散热器。要避免在环境温度较低和夜间对扇区进行充水和泄水操作，以免扇区冻结。在冬季运行时，每班次应使用红外成像仪，对扇区检查一次，判断是否存在管束冻结或温度明显偏低的部位。加强大风天气里对百叶窗的检查，防止百叶窗被卡涩。如发生管束冻结现象，应关闭百叶窗，并用棉门帘覆盖冷却三角进行保温，同时，提高扇区的整体出水温度，利用相邻冷却三角散发的热量解冻。在冬季，选择温度较低的时段，对各扇区冷却三角出水口膨胀节处进行点温枪测温，对每个百叶窗执行机构控制的两组冷却三角进行红外测温，并做好记录[5-6]。

3.2 机组停机后防冻措施

机组停运后，每天应定时启动2台补水泵，并列运行10 min（时间可根据环境温度进行调整），将地下储水箱的水，泵至膨胀水箱，让膨胀水箱中的水溢流至地下储水箱，以确保膨胀水箱内的水不会被冻结。启动补水泵时，必须就地派人检查。换水过程中，如有异常应立即停止操作。检查空冷塔内的排水槽是否积水，防止排水槽冻裂。冬季停机后，应尽快停运所有的循环泵，并开启冷热水管道的紧急泄水阀，并将系统内地面上的水排入地下储水箱。

3.3 事故情况下的防冻措施

如遇机组跳闸，机组无法在短时间（2 h）内恢复运行时，应有专人监测扇区的出水温度，并立即将所有扇区退出运行。如果发生循环泵跳闸，仅有1台循环泵运行，应立即启动备用循环泵。必要时，程控退出部分扇区运行。防止单台循环泵过负荷跳闸或扇区冷却管束内的水流速过缓，导致管束冻损。

4 运行效果

甘肃某型2×350 MW超临界、表面式间接空冷机组，于2013年7月进入商业运行，在冬季运行中，应用了这些保护方式和设施，机组运行稳定，验证了冬季防冻保护措施的有效性。

5 结 语

在分析间接空冷散热器冻结机理的基础上，提出了间接空冷机组在冬季运行时的防冻措施。实践证明，这些措施对空冷散热器在冬季的安全运行，提供了有力的保障，对同类机组有指导和借鉴作用。

[1]温高.发电厂空冷技术[M].北京.中国电力出版社，2008.

[2]刘培忠.高寒地区间接空冷机组散热器防冻预暖措施[J].中国电力，2013，5（46）：18-22.

[3]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水利电力出版社，1992.

[4]李春山.600 MW机组间接空冷系统冬季防冻控制究[J].电力安全技术，2010，12（6）：53-55.

[5]刘海军.600 MW间接空冷系统的防冻与优化[J].华电技术，2011，33（4）：42-44.

[6]孙志文，王平.国内首例600 MW间接空冷机组防冻及节能改造[J].现代电力，2011，28（6）：68-72.

Research on Anti-freezing Protection Measures of 350 MW Supercritical Indirect Air-cooling Unit

HAN Yu-xia1，LI Xin2，ZHAO Shuang1
（1.Inner Mongolia University of Technology，School of Dynamic，2.Inner Mongolia Electric Power Research Institute）

Radiator of indirect air-cooling unit is exposed in theatmospheric environment and the finned tubeof radiator freezes easily when operating in cold areas in winter.It will cause damage to the equipment or even shutdown.The repair process of the radiator finned tube is complex and the period is long.The freezing accident will cause serious economic losses to the power plant.Take one 2×350 MW supercritical indirect air-cooling unit as an example，the paper analyzes the reasons of the freeze mechanism of surface-type indirect air-cooling radiator and puts forward the corresponding adjustment measures，which increases the operating performance of indirect air-cooling unit in cold areas in winter.

air-cooling unit；indirect；radiator；anti-freeze；measures；winter；environment；operation

TK264 61+1

B

1672-0210（2016）02-0023-04

2016-03-25

内蒙古工业大学校基金资助项目（ZS201122）

韩玉霞（1979-），女，讲师，内蒙古工业大学能动学院，从事电力系统及设备方面的教育工作。