330 MW机组空压机冷却水系统改造

2022-09-06王家明刘立宁

冶金动力 2022年4期

王家明，刘立宁

（1.山东南山铝业股份有限公司东海热电厂；2.烟台南山学院工学院，山东烟台 265713）

引言

1 空压机冷却水系统存在的问题

空压机是热力发电厂的重要辅助设备，其主要作用是产生压缩空气供热电厂各用气设备和系统使用。在空气压缩过程中，会对外释放大量热量，从而引起空压机温度升高。为保证空压机正常运行，需及时对其进行冷却降温［1］。传统的空压机冷却方式有水冷和风冷两种方式，热电厂空压机通常采用水冷方式。空压机采用水冷，冷却水的水质、温度和压力都会对冷却效果产生影响［2-3］。冷却水水质差，易造成空压机冷却器故障，进而引起机组非计划停机［4］。对某热电厂空压机冷却水系统进行改造，将空压机冷却水由工业水改为闭式除盐水，并为其设计一套独立的闭式冷却水系统，以保障机组安全稳定运行。

某热电厂三期为3台330 MW机组（分别标记为#5、#6、#7 机组），其空压机采用水冷方式，冷却水设计为工业水。运行过程中由于工业水水质较差，经常造成空压机后冷却器及油冷却器堵塞、铜管腐蚀漏油，严重时不到5个月就需要更换一次，给机组的安全稳定运行带来隐患。

为解决上述问题，将空压机冷却水由原来的工业水改为闭式除盐水，引自三期#7 机组闭式水系统。试运中发现，因空压机冷却水用量较大，造成闭式水系统压力波动，危及原闭式水系统设备安全稳定运行。因此需对空压机冷却水系统进一步改造，为空压机新上一套闭式冷却水系统，独立运行。

2 空压机冷却水系统改造方案

2.1 开式循环水设计

空压机冷却水泵房系统如图1所示。该泵房距离三期空压机房260 m，靠近相邻氧化铝厂高温回水冷却水（海水）母管，可以利用海水作为空压机换热器冷却水使用［5］。开式海水取自#5、#6、#7 机组，设计海水用量1 200 t/h。闭式水管道利用原有管道，该管道已接至#7 锅炉C 中速磨北侧，距离新泵房仅65 m。

图1 空压机冷却水泵房系统图

2.2 闭式冷却水设计

泵房闭式冷却水（除盐水）引自三期#7 机组闭式水系统。补水箱选择2 m3水箱，箱内设置液位自动控制补水装置。补水取自汽轮机闭式水补水母管，因补水量小（补水量按1%计，为1.2 t/h），且为开式补水，除盐水满足补水要求，且不影响其他机组正常运行。补水泵间断运行，根据定压点的压力，利用压力控制器来控制泵的启动与停闭。补水泵型号选择ISG 50-160型，其功率为2.2 kW。

空压机工作时要求冷却水温度不高于46 ℃，流量不小于21.6 m3/h；水冷式冷冻干燥机冷却水量不小于14 m3/h。某热电厂三期空压机房共有6台空压机，3台水冷式冷冻干燥机和3台吸附式干燥机。正常运行时，除1台空压机备用外，其余设备均投入使用。因此，正常运行时共需冷却水量150 m3/h。

由《锅炉房实用设计手册》可知，介质允许流速为2.5 m/s，经计算其管道内径为146 mm，故选择DN150 的管道。因现已安装DN200 的管道，可满足改造后冷却水使用需求，因此利用原有管道，不再另行铺设。

若管道阻力按100 Pa/m 计算，则管道的沿程阻力为2.6 m；经计算弯头阻力为1.9 m，则总阻力为4.5 m。空压机要求冷却水压力不大于0.32 MPa，这里选择0.3 MPa，因此循环水泵总扬程需大于34.5 m。若选择流量系数为1.15，则循环水泵的流量为172.5 m3/h。

根据以上参数，选择型号为ISG125-200的循环水泵，其参数指标如表1所示，满足机组运行要求。

表1 循环水泵参数指标

2.3 换热器设计

根据《DL 5000-2000 火力发电厂设计技术规程》，空压机闭式冷却水系统设置2台约65%换热面积的热交换器，既可以满足大修期间堵管的要求，又可以满足全年只需一台运行、一台备用的需求。单台空压机闭式冷却水热交换器设计时要考虑通过全流量冷却水，因此设计时应保证有足够的换热面积。

本系统设计采用2 台大流量卧式管壳式换热器。其开式海水管道取自#5、#6、#7 机组循环水管道，为保证通过换热器后的开式水仍有足够压力满足其后的氧化铝高温回水冷却站内换热器的使用要求，换热器设计的开式水压头损失应降到最低，因此换热器选用单程型式。换热器全流量参数如表2所示。

表2 换热器全流量参数

3 空压机冷却水系统控制与运行

3.1 循环水泵联锁控制系统

闭式系统设置2台循环水泵，一用一备，一台跳闸时，另一台应立即启动。循环水泵A 及其出口电动门联锁控制逻辑如图2和图3所示。

图2 循环水泵A控制逻辑

图3 循环水泵A出口电动门联锁控制逻辑

当循环水泵联锁投入时，循环水泵B 跳闸或循环水泵B 运行且闭式水母管出口压力＜0.45 MPa时，发5 s 脉冲，联启循环水泵A。循环水泵A 接触器合位延时10 s后发5 s脉冲，启动循环水泵A 出口电动门。

循环水泵B 及其出口电动门联锁控制逻辑与A泵相似，不再赘述。

3.2 补水泵联锁控制系统

补水泵设置2 台。补水泵间断运行，利用压力控制器来控制泵的启动与停闭。当闭式水回水压力低于定值时，补水泵联启；当闭式水回水压力高于定值时，补水泵联关。补水泵A 联锁控制逻辑如图4所示。

图4 补水泵A联锁控制逻辑

当补水泵联锁投入时，补水泵B 跳闸或补水泵B 运行且冷却器入口压力＜0.03 MPa 时，发5 s 脉冲，联启补水泵A。当冷却器入口压力＞0.15 MPa时，发5 s 脉冲，联关补水泵A。补水泵A 接触器合位延时10 s 后发5 s 脉冲，联启补水泵A 出口电动门。该过程与循环水泵A出口电动门联锁控制逻辑相同。

补水泵B及其出口电动门联锁控制逻辑与补水泵A类似。

3.3 补水箱液位控制系统

补水箱液位控制逻辑如图5所示。补水箱内设置液位自动控制补水装置，当补水箱液位低于1 000 mm 时，补水电动门开启；当补水箱液位高于1 300 mm时，补水电动门关闭。

图5 补水箱液位控制逻辑

4 效益分析

该项目设备费用35 万元，包括2 台换热器、2 台循环水泵、1台补水箱、2台补水泵及其配套管道、阀门和控制系统。土建费用约6万元，安装、调试费用5万元。

改造完成后其经济效益显著：

（1）节水费用：按每年一次冷油器漏油，则工业水水中进油，无法处理，浪费水为1 600 t，按照3.8元/t，每年节水费用1 600×3.8=6 080元。

（2）节约设备费用：2014 年10 个月三期空压机共更换1 个油冷器和8 个后冷器。改造后每年可节约设备费用：9×2.7万元×12/10=29.2万元。

（3）投资回收期：（35+6+5）/（0.608+29.2）=1.55年。

（4）后期运行费用：本系统中循环水泵和补水泵运行方式均为一运一备，循环水泵电机功率37 kW，补水泵电机功率2.2 kW。由于采用闭式水运行（水源为电厂除盐水），只要不泄漏则无需补水，故补水泵基本不用，其运行费用可忽略不计。循环水泵按1 年365 天运行，则耗电37×24×365=324 120 kWh，每度电按厂用电价格0.3 元/kWh 计算，则每年运行费用324 120×0.3=97 236元。