板式蒸发空冷器在汽轮机凝汽系统的应用

、第38卷第2期2009年3月石油化工设备PETROCHEMICALEQUIPMENTV0138NO2MAR2009文章编号10007466200902007303板式蒸发空冷器在汽轮机凝汽系统的应用王志坤，王春生，杨玉成，宋运通，姚田绪1中国石油华北石化公司，河北任丘062552；2兰州石油机械研究所，甘肃兰州730050摘要介绍了板式蒸发空冷器的工作原理及其在重整装置循环氢压缩机驱动用汽轮机冷凝系统的应用情况，分析了在该系统实际使用的效果。关键词汽轮机；凝汽装置；板式空冷；表面蒸发；应用中图分类号TQO51501文献标志码A自20世纪9O年代初开始，国内大型蒸汽发电机组汽轮机应用直接空冷凝汽器并在北方地区取得了很好的运行效果_1。但炼化企业使用的工业汽轮机仍以水冷式凝汽器作为主要冷凝方式。华北石化公司6O10TA连续重整装置的循环氢压缩机K201机组采用板式蒸发空冷冷凝系统。该冷凝系统于2007年1O月投用。该系统操作方便且机械维修率较低，可根据冷后温度的具体情况分别进行调节达到节能的目的。L板式蒸发空冷器的技术特点板式蒸发空冷器由兰州石油机械研究所研制，是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体，且兼有二者之长的新型节能、节水型高效冷凝冷却设备。其结构示意见图1。它具有传热效率高、投资少、操作费用低、结构紧凑、占地面积小、安装和维护方便、维护费用低以及操作稳定可靠等优点。喷淋物料出物料入口1水箱2蒸发板束3喷淋系统4预冷板束5风机图1板式蒸发空冷器结构淋到传热管表面，使板管外表面形成连续均匀的薄水膜，与此同时，用风机将空气从设备上部空气入口吸入，使空气自上向下流动，横掠水平放置的板束。此时传热管的板管外换热除依靠水膜与空气流间的显热传递外，板管外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量的热量，强化了板管外传热，使设备的总传热效率明显提高。板管外表面水膜的蒸发使得空气穿过板束后湿度增加且接近饱和，风机将饱和湿空气从管束中抽出并使其从设备顶部空气出口排人大气。由于风机位于设备上部并向上抽吸空气，从而在风机下部空间形成负压区域，加速了板管外表面水膜的蒸发，有利于强化板管外传热。板式蒸发空冷中，管内工艺介质水平流动，板管外为空气和水。板式蒸发空冷器一般用于各种温度低于80的低温位工艺介质的冷却和冷凝。它可将工艺介质出口温度冷却到接近环境湿球湿度。如果工艺流体人口温度高于80，在板束人口段管壁温度过高，使板管外表面容易结垢，增加了传热传质阻力，降低了板式蒸发空冷器的传热效率。因此，当工艺流体入口温度高于8O时，将在板式蒸发空冷器风机下面增加一组板束，此板束不与水接触，相当于干空冷，介质首先进入此板束预冷却到8O以下再进人蒸发段板束进行冷却或冷凝，这样可以保证设备长期稳定操作。2板式蒸发空冷器凝汽系统板式蒸发空冷的工作原理是利用板管外水膜的蒸发强化板管外传热。其工作过程是用泵将设备21系统参数下部水池中的循环冷却水输送到位于水平放的板板式空冷凝器系统由焊接板式蒸发空冷器、凝束上方的喷淋水分配器，由分配器将冷却水向下喷结水罐、凝结水泵、空冷喷淋水用循环水泵、工艺管收稿日期20081106作者简介王志坤1973一，男，陕西长安人，高级工程师，硕士，从事炼油设备和生产的管理工作。74石油化工设备2009年第38卷22工艺流程板式蒸发空冷器凝汽系统的工艺流程见图2。从凝汽汽轮机出口排出的乏汽首先进入凝结水箱的内腔，凝结水箱的内腔与蒸汽管道相连，乏汽通过蒸汽管道流向板式空冷器入口端的集合管后经由各分支管线进入板式空冷器顺流板束的上端人口，经换热后的蒸汽及凝液由顺流板束下端出口流人板式空冷器的凝液集合管。凝结水集合管上部的不凝气及未冷凝的蒸汽经由逆流板束下端接口进入，在逆流板束中蒸汽冷凝向下流动进人凝液集合管，不凝气在抽真空系统的作用下，进入射汽抽气器。凝液聚结在集合管下部，经由下部开口的凝液凝结水泵图2板式蒸发空冷器凝汽系统工艺流程自流管流向凝结水箱的外腔。凝结水箱下部为热23控制系统井，内外腔之间设有抽气口，保证凝液的自流收集。空冷系统通过集中控制室进行控制，在集中控凝结水箱设有液位变送器、液位开关、真空压力表及制室内的机组控制系统中对直接空冷系统进行监温度计等仪表。热井中的凝结水通过凝结水输送泵控，控制内容为空冷水箱液位控制。采用水箱液输送到动力系统中的除氧水箱。凝结水泵应低于热位变送器控制除盐水补水调节阀，实现水箱液位自井安装，保证水泵不得气蚀。动控制。汽轮机凝汽器液位控制。采用凝汽器水不凝气经一级射汽抽汽器、二级射汽抽汽器抽包液位变送器控制凝结水外送调节阀，实现凝汽器吸进入抽汽冷凝器，在抽气冷凝器中将抽汽器的动液位自动控制。凝汽器水包还设有2个液位开关，力蒸汽冷却冷凝，然后经由排放管线自流到凝结水液位低时联锁停运凝结水泵，液位高时联锁启动备收集系统。射汽抽汽机组应按厂商要求安装在较高用凝结水泵，并在机组控制系统发出停机预报警。位置，便于凝液排放收集。空冷风机采用变频控制。在启动初期，汽轮机排板式空冷器的喷淋循环水系统中，循环水泵将气压力通过抽真空系统调节，机组正常运行期间通板式空冷器水箱中的软化水输送到板式空冷器板束过各空冷出口温度控制空冷风机变频器，调节空冷上部的喷淋喷头，雾化后喷洒到板束板片表面，部分风机转速，实现对排气压力的控制。软化水吸热蒸发而消耗，其余软化水依靠重力跌落3应用情况及改进到空冷器软化水箱，形成再循环。由软化水处理系31应用情况统补充空冷器蒸发消耗的水量。一由于该板式蒸发空冷凝器系统首次在我公司应第2期王志坤，等板式蒸发空冷器在汽轮机凝汽系统的应用用，没有同类装置的使用经验，加上空冷系统换热效加空冷系统负荷。运行中应严格检查系统，消除系果受环境因素影响较大，汽轮机的排气压力和空冷统泄漏点。根据环境气候变化及时调整操作工系统的冷却能力及抽真空系统存在复杂的联系，给艺。根据目前的运行经验，空冷系统在冬季11月这个系统的操作使用带来了很多难题。我们结合空至4月初可以停喷淋水，通过调整空冷风机负荷即冷系统的实际运行情况，经过咨询和分析，初步总结呵满足生产需求。4月投用喷淋水后，可以适当减出了空冷系统的操作运行模式。做好系统真空少空冷风机负荷。冬季应注意控制空冷后的温试漏工作。系统静密封点的泄漏会造成系统真空破度，做好防冻措施。板式蒸发空冷系统的实际操作坏，严重影响汽轮机的排气压力，提高排气温度，增参数见表2。表2板式蒸发空冷系统操作参数汽轮机蒸汽汽轮机排气汽轮机排气空冷后空冷后抽真空压力空冷风机流量KGH1压力KPA温度压力KPA温度CKPA运行数台喷淋水泵20071101200712012O0801一O12OO802一O12OO8一O3一O120080401878886848380启动停运停运停运停运启动32存在问题及其改进1系统存在的主要问题原设计中，汽轮机排气管道自汽轮机出口去空冷平台管线标高位差约10M，管线长30M左右，由于管道自身散热导致部分蒸汽冷凝形成积液，造成管线液击，液击严重时曾导致压缩机组振动联锁停机。汽轮机凝汽空冷末级不凝汽管线未设计脱液线，冬季容易发生管线积液冷冻堵塞管线，影响机组抽真空。汽轮机排气压力的影响因素较多，通过排气压力控制空冷风机变频的控制方案在实际操作中难度很大。2系统改进在排气管道水平段末段增加脱液包，增加连通线使积液返回凝汽器，解决由于管道自身散热导致部分蒸汽冷凝形成积液和管线液击的问题。在末级不凝汽管线末端增加一条平衡管线，使积液自流回凝结水管线，解决冬季管线积液冷冻堵塞管线影响机组抽真空的问题。将通过排气压力控制空冷风机变频的控制方案修改为由空冷出口温度直接控制空冷风机变频器，增加排气压力作为上级回路进行串级控制的控制方式，增加了调节R的灵活性。3仍然存在的问题板式蒸发空冷系统的主要不足在于其受环境影响因素较大，气候变化对空冷系统操作和换热效果影响很明显，需要及时进行调整。该系统汽轮机的排气压力和空冷系统的冷却能力及抽真空系统之间关系复杂，出现故障后的分析处理还需要进一步明确，尤其是板式空冷器出现故障后的维修和检查都存在困难。除盐水的消耗占总能耗的506596，如何减少除盐水的消耗是目前需要进一步研究的问题。由于板束采用304不锈钢材质，对氯离子较敏感，新的补水还需要考虑含盐量、结垢等因素。4结语板式蒸发空冷器具有传热效率高、压降小的优点，特别适合于压降要求严、占地面积要求小的干净介质冷凝、冷却的场合。全焊接板片材料全部为不锈钢，设备抗腐蚀性能好，密封性能好，安全可靠，设备采用分体式撬装组合结构，自成体系，制造、运输、检修均较方便。经过对存在问题的改造，我公司板式蒸发空冷器凝汽系统投用以来，运行平稳，操作调整方便且机械维修率低，工艺性能均达到甚至超过了设计要求，具有较好的综合经济性能。该系统的成功投用，