《安全技术》之凝结水过冷度产生的原因及减小对策

冷凝水过冷的原因及对策摘要：分析了凝结水过冷的原因及其对机组运行经济性和安全性的影响，从凝汽器设计、改造、检修和运行维护等方面提出了降低凝结水过冷的对策，以提高机组运行的经济性和安全性。关键词：冷凝器；过冷度；经济；安全1.介绍凝汽器是凝汽式汽轮机的主要辅助设备，是汽轮机组系统的重要组成部分。其工作性能直接影响整个机组的热经济性和安全性。然而，凝汽器运行状态的优劣主要表现在以下三个方面：是否保持在最佳真空，凝结水过冷度是否最小，凝结水质量是否合格。其中，冷凝水的过冷度越大，冷却水损失的热量越多，这部分热量损失必须通过在锅炉中燃烧更多的燃料来弥补，从而导致整个热力系统的热经济性降低。此外，过冷度越大，冷凝水中的氧含量越多，从而加速相关管道和设备的腐蚀速度。因此，应从多方面关注凝结水的过冷度，并采取措施将其降至最低，以提高机组运行的经济性和安全性。2.冷凝水过冷度的定义和表达2.1定义冷凝水的过冷度代表冷凝器热水井中冷凝水的过冷度。凝汽器热水井出口冷凝水温度与排汽压力下凝汽器相应饱和温度之差称为过冷度。2.2表示方法温度形式：TN=ts-TC其中：TN-冷凝液过冷；ts绝对冷凝器压力下的饱和温度；冷凝热井中的冷凝温度。3.过冷的原因冷凝器运行过程中产生的冷凝水过冷现象可能是冷凝器设计中的一个问题，也可能是操作不当造成的。一般来说，主要原因如下。3.1冷凝器管束排列不好在旧结构的冷凝器上，冷凝水的过冷度可能很高。这些冷凝器通常是非再生型的。由于冷凝器中冷却水管束的过密和布置不当，蒸汽-气体混合物在通向冷凝器管束的中心和下部时具有很大的蒸汽阻力，导致冷凝器内部的绝对压力从冷凝器入口到提取口逐渐降低，使得冷凝器大部分区域的蒸汽实际冷凝温度低于冷凝器入口的饱和温度，从而形成过冷。同时，蒸汽负荷主要集中在上部冷却管束。由蒸汽冷凝的水通过密集管束，并在冷却管的外侧形成一层水膜，这在冷凝水的再冷却中起作用。此外，排出的蒸汽不能再加热热水井中的冷凝水，进一步加剧了冷凝水的过冷。3.2进入冷凝器或抽气器的空气泄漏不正常。在机组运行过程中，如果有任何松动的地方，空气会在真空状态下泄漏到汽轮机的排气筒、冷凝器和低压给水加热系统中。另一方面，抽气器不能正常工作，不能及时抽出泄漏到冷凝器中的空气。这两个方面增加了冷凝器中积聚的空气等不凝性气体的量，这不仅会在冷却水管表面形成传热不良的空气膜，降低传热效果，增加传热端差；同时，它还增加了冷凝器中蒸汽-气体混合物中的空气成分，导致空气分压增加和蒸汽分压降低，而冷凝水在对应于蒸汽分压的饱和温度下冷凝，因此此时冷凝水的温度必须低于冷凝器压力下的饱和温度，导致冷凝水过冷。3.3冷凝水水位过高运行过程中，由于凝结水泵真空部分漏气或其它故障，冷凝器热阱中的凝结水水位下降现代电厂凝汽器通常是蓄热式的，管束结构设计合理，蒸汽阻力极小。当在额定设计条件下运行时，冷凝液过冷实际上可以为零。在这种情况下，冷凝水的过冷度主要受冷凝设备的运行条件影响，其中最重要的因素是冷凝器冷却水的入口温度和流量。凝结水过冷的原因及对策(二)试验和运行经验表明，在一定的蒸汽负荷下，当冷却水入口温度降低或流量增加时，冷凝器压力降低，真空度增加，进入热井的冷凝液过冷度增加。3.6蒸汽负荷的影响凝汽器蒸汽负荷的大小对凝结水过冷度也有一定的影响。根据前苏联的试验结果，对于流向堆芯冷凝器的蒸汽，过冷度随着蒸汽负荷的增加而增加。对于流向侧冷凝器的蒸汽，过冷度随着蒸汽负荷的增加而降低。对于旧的非再生式冷凝器，当蒸汽负荷降低时，过冷度将不可避免地增加。3.7温度较低的补充水直接加入冷凝器的热水井中在机组运行过程中，由于锅炉排污等原因，循环过程中会发生汽水损失。因此，为了满足汽轮机进汽的需求，必须及时向汽水循环系统补充蒸汽和水。补充补充水有两种方案：除氧器和冷凝器。如果采用补充冷凝器的方案，冬季补充水的温度一般低于设计条件下冷凝器中冷凝水的温度，可达10摄氏度以上。这样，温度较低的补充水直接加入到冷凝器的热水井中，当补充水的流量较大时，必然会降低冷凝水的温度，导致过冷度增加。4.过冷对机组运行经济性和安全性的影响4.1对机组运行经济性的影响冷凝器的过冷度会增加冷源的损失，造成工作力的损失，降低系统的热经济性。N15-4.9/470汽轮机的计算结果表明，当凝结水过冷度增加2时，新蒸汽当量焓降降低0.457kJ/kg，机组效率降低0.051%，电厂标准煤耗增加0.198g/kWh。假设机组每年运行7500小时，这种类型的机组每年消耗147.6吨标准煤，相当于额外的燃料成本31，000元由此可见，凝结水的过冷度对机组的经济运行有着明显的影响，是一个不可忽视的指标。因此，采取各种措施降低冷凝水的过冷度是必要和有意义的。4.2对机组运行安全的影响凝结水过冷的存在将威胁机组运行的安全性和可靠性。凝析油温度过低，即凝析油水面上的蒸汽分压降低，气体分压升高，增加了溶解在水中的气体含量，因为溶解在凝析油水中的气体量与热井水水面上的气体分压成正比。因此，如果冷凝液过冷，其含氧量将增加，这将导致热交换管、低热及冷凝器中相关管道阀门的腐蚀加剧，从而降低设备的使用寿命，不利于机组的安全运行。同时，也增加了除氧器的工作负荷，使除氧器的除氧效果变差。在高温工作环境下，严重时会腐蚀给水管道和锅炉省煤器管道，造成泄漏和管道爆炸。据统计，20xx年某电厂凝汽器冷却水管腐蚀泄漏，导致凝结水硬度超标，迫使机组降低出力，带负荷检漏达5次。由此可见，冷凝液过冷的存在对机组的运行安全极为不利。5.降低凝结水过冷的对策通过以上冷凝液过冷的原因及其对机组运行经济性和安全性的影响分析，可以看出e(1)在冷却水管束的设计中，应改进管束的布置，在管束结构中应适当预留足够的蒸汽通道，这样不仅能保证蒸汽流均匀地进入管束的各个区域，还能保证部分排汽能直接通过冷凝器底部加热冷凝水，降低冷凝水的过冷度；同时，吸入口的位置应远离冷凝水，以降低冷凝水的过冷度。(2)从冷凝器入口到吸入口的路径应是直接的，并有足够的循环面积。蒸汽进入管束的流速不得超过40米/秒 50米/秒。蒸汽沿程的阻力应尽可能小，以减少蒸汽阻力和冷凝液的过冷。(3)合理选择凝汽器淋水装置，优化循环冷却水量；(4)汽轮机排气口通过柔性连接与冷凝器连接，防止运行中膨胀不良导致漏气；(5)对于排放到冷凝器中的各种排水、补给水、循环水和其他附加流体，连接到冷凝器的位置必须高于冷凝水的水位。最好连接到冷凝器上部的蒸汽空间，并安装挡板以防止冷却水管的冲洗，从而去除这些水源中的空气，减少对冷凝水溶解氧和过冷度的影响。凝结水过冷的原因及对策(三)(6)利用锅炉的连续排污来加热补充水，以减少补充水加入冷凝器对冷凝水的过冷。一般情况下，冷凝器的补给水箱与除氧器和连续排污扩容器布置在同一平台上。因此，可以在补给水箱中另外安装一组管式热交换器。一根管子从连续排污扩容器引出，排污水作为热源(翻到第76页)(翻到第75页)进入热交换器，加热补给水，然后排放到沟渠中。5.2改造中采取的措施旧冷凝器通常为非再生式，冷却管束通道狭窄，蒸汽阻力大，可达1.32.0千帕，过冷度可达5 10。对于这些旧冷凝器，冷凝水的过冷度与运行条件没有什么关系。消除这种过冷现象的唯一有效措施是改造冷凝器冷却管束结构。例如：(1)拆除冷却水管的一部分(减少冷却面积的一部分)，使排出的蒸汽能以足够的宽度渗透到冷却表面的中间，但不能穿过，以便蒸汽能沿冷却表面均匀分布，冷凝水能被加热到排出温度；(2)冷却管束中一些集水和排水元件的合理布置；(3)尽可能将管束中的蒸汽流量限制在不超过40m/s 50m/s。5.3维护中采取的措施(1)对真空系统进行冲洗和检漏，重点检查凝汽器喉部、低压抽汽管道、低压缸轴封蒸汽进出口管道接口、低压缸法兰接口面、热井接口、凝水管法兰接口、凝汽器水位计接口、疏水扩容器接口、与热井连接的真空系统阀门等部位，并进行检漏。(2)检查冷凝器喷水装置；(3)检修凝汽器水位调节器和轴封压力调节器；(4)应对真空泵系统进行检修，以确保泵送设备的正常运行，以便在运行过程中及时抽出冷凝器中的不凝性气体。5.4运行中采取的措施5.4.1确保真空部件的密封性确保真空部件的密封性，防止空气泄漏，并正确配置抽气器。这不仅是为了保持冷凝器的高真空度，也是防止冷凝水过冷的有效措施之一。操作轴封压力调节器，并将轴封压力控制在规定值内，以防止空气泄漏到轴封中并影响冷凝器真空。5.4.2冷凝水水位和质量的监控为了消除运行中冷凝水水位高造成的冷凝水过冷现象，一方面当冬季冷却水温度较低时，为了消除或尽量减小冷凝水的过冷度，节约辅助动力，应减少冷却水流量。当循环冷却水泵通过主管道连接时，可以通过改变运行水泵的数量或关闭压力管道上的阀门来调节冷却水的流量。如果循环冷却水泵配置在单元系统中，则需要通过改变水泵工作叶片的旋转角度，或者通过改变电机电极对的数量来改变旋转速度，或者通过改变循环冷却水泵的工作台的数量来调节输出。对于带空气冷却塔的机组，可通过调节运行中