空冷器防冻培训

空冷器防冻培训第1页/共24页直接空冷–传统K/D系统的问题由于冷空气是自下而上流动，第一排直接接触冷空气，而第二排接触的是较热的空气，第三排接触的是更热的空气，管束的上下排管子因冷凝量不同使蒸汽压力降不平衡从而在末端产生压差，引起第二、第三排的蒸汽倒流回第一排管子的末端、从而造成不凝结气体（主要是空气）被堵塞在最底下一排管束中、形成气泡。（第三排的蒸汽也可能倒流回第二排管子的末端）由于不凝结气体形成的气泡中的蒸汽成分非常少（冷凝散发的热量也极少），被气泡堵塞的那一段金属管束在环境空气（冷空气）吹过后就变得温度极低（在冬季就低于水的冰点），当翅片管入口端的凝结水依靠自重流经那一小段管束时就会产生冻结。流经的凝结水随着时间的延续而不断结冰，直至第一排翅片管完全冻结，严重时会冻坏翅片管。在环境温度高于0oC时，空气也有机会在凝汽器迎风侧的第一排管中聚积，附着在翅片管内表面形成一层隔离层，从而降低第一排翅片管的换热能力。第2页/共24页直接空冷–传统K/D系统的问题如图所示，传统的多排管K/D系统在设计上不能完全消除蒸汽回流的问题。蒸汽回流问题在多排冷凝管束的末端、以及在抽真空（逆流）管束的末端仍旧存在。尤其是逆流管束蒸汽量小、又因为布置在冷空气区域，工况最差。这是传统的多排管K/D系统在设计上的固有缺陷。第3页/共24页2002年8月，国电电力股份有限公司同GEA签约，为大同二电厂二期2X600MW项目空冷岛提供全部设计方案和直接空冷系统成套设备这是在中国也是全球首次将单排管技术应用在大型火力发电厂GEA的ALEX单排管系统

GEA的直接空冷技术-单排K/D系统第4页/共24页GEA的直接空冷技术-K/D系统GEA的ALEX单排管翅片管钢制镀铝扁形芯管连续波浪型铝制翅片钎焊工艺连接Alex单排管最大的特点——蒸汽侧压损较小、提高了机组发电效率、自身具有一定的抗冻能力、整个设备重量较轻适合大型火力发电厂第5页/共24页直接空冷–单排管K/D系统的问题但是：每一片管束只有一排翅片管，系统占地面积过大相应的用户的土建成本较高仍是K/D系统的设计，逆流管束独立布置在冷空气区域。因逆流管束内的蒸汽分压力较低、热量少，防冻性能较差。实际运行中需依靠风机倒转、人为产生热风回流的方式来防冻。条件：ACC要有一定的热负荷。“Thereisnoneedtobalancesteampressuredropsbecausethereisonlyonerow,andeachtubeintherowexperiencesthesameairtemperature.”单排管K/D系统没有上下翅片管之间的蒸汽压力降不平衡使蒸汽回流和气泡聚积问题第6页/共24页直接空冷技术-K/D系统K/D系统单排管的优缺点及适用领域总结如下：蒸汽流量均衡，无蒸汽回流，管型身有一定的抗冻能力，主要应用于大型火力发电厂对于翅片与基管间钎焊质量要求严格，如果制造质量控制不严，间隙热阻增大使传热迅速恶化。仍是K/D系统的设计，逆流管束独立布置在冷空气区域。因逆流管束内的蒸汽分压力较低、热量少，小机组上防冻性能较差。第7页/共24页“在过程工业中真正基于API661设计的ACC”抽真空单元蒸汽进口汇流管冷凝管排冷凝回收管焊接管箱逆流管排MASH系统第8页/共24页冻结的机理空冷凝汽器管内蒸汽通过换热管及翅片把热量传给管外空气，使蒸汽凝结。当管内蒸汽量过小或管外冷却空气量过大时，蒸汽在管束中沿管长大部分提前凝结为水，并沿管壁向下流动，且在流动过程中继续被冷却。凝结水在翅片管内流动时，中心区为紊流区，管壁附近为层流区。从理论角度分析，紊流区流体放热以对流为主，层流区流体放热以传导为主，流体在翅片管内层流区的厚度与流体的流速有关，流速越小，层流区越厚。当流速减小到一定程度时，翅片管内流体完全转变为层流，流体宏观上接近于静止状态。这时流体放热以传导为主。流体对管壁放热过程中，其温度不断下降。当温度下降至0℃以下时，流体开始冻结，随着流体不断向管壁放热，冻结程度不断加剧，最后液体变成固体，凝结为冰。冻结现象发生以后，蒸汽流道变窄，空冷翅片管内流体出现流动速度慢、流动中止或断流等现象，产生恶性循环，进一步加剧空冷翅片管内流体冻结现象的发生，严重时会冻坏冷却管束。第9页/共24页不凝气体集聚导致的冻管热负荷过小（低于GEA的建议值）、冷却空气流量过大操作不当冻结的原因第10页/共24页冻结的现象凝结水温度越来越低、热井水位不正常偏低、抽空气温度不断下降、排汽压力升高。随着时间加长，背压迅速升高，环境温度与风机转速等参数不对应。就地检查部分翅片管有结冰现象，多根翅片管出现冻裂的情况。第11页/共24页设计上采取的防冻措施GEA于80年代末期又专门针对其早期开发的传统多排管“K/D”系统的固有缺陷以及单排管K/D系统仍未解决的问题，基于（HUDSON提出的）理想的单排管系统的设计思想以及其提出的单排叠加方式（以实现工程上的经济可行性），设计出顺、逆流管束叠加布置、采用轧制铝翅片圆管技术的“MASH”系统逆流管束独立布置在冷凝管束的上方、即热空气区域。第12页/共24页设计上采取的防冻措施三排顺流管束的管径根据精确的热工计算、沿冷却空气的流动方向（即空气温升梯度的方向）依次减小，保证设计工况下三排顺流管束的冷凝量完全一致、蒸汽压力降平衡从而消除顺流管束端部间的压差；即使工况扰动，也保证最上面的逆流管束、即抽真空管束的端部压力是最小的。在设计上彻底消除了各排管子间蒸汽倒流和空气聚积现象，从而消除了冬季冻管和夏季换热效率低的根源。各排冷却管的冷却能力相同，不易形成过冷区。第13页/共24页设计上采取的防冻措施顺流管束和逆流管束叠加布置，即每一片管束中既有抽真空管束、也有顺流管束，这样顺流管束散发的热量可以使其最上面一排的逆流管束在冬季低温时管内的介质不会冻结，从设计上提高防冻性能。吸收了单排管的设计概念、使多个这样的单排管系统叠加，同时又克服了单排管的系统占地较大，逆流管束独立K/D布置在较低温度区域的不足。对于中小流量的蒸汽冷凝，具有更好的经济性、更节省的占地面积、更好的冬季防冻性能。第14页/共24页施工、调试阶段采取的防冻措施严格把关施工质量，尤其是焊接质量。确保ACC具有良好的严密性。在施工完成后气密性试验必须合格。除非BTT另有规定，通常试验压力为0.4barg，稳压4个小时不得泄漏。在施工调试阶段确认蒸汽隔离阀能关闭严密（塞尺测量、透光检查等方法）。严格验收各测点，确保温度、压力等测点显示准确，确保正确反映测点温度、压力等。第15页/共24页冬季启动及运行时的防冻措施运行人员需要仔细阅读ACC启动手册及运行维护手册以避免不当操作。在过冬前最好进行一次冲洗，有利于各换热面的换热效果均匀，减少由于换热不均出现的局部过冷。启动前确认ACC的联锁保护均已投入。严格验收各测点，确保温度、压力等测点显示准确，确保正确反映测点温度、压力等。一般而言，禁止在外界温度低于-30℃时启动机组，启动无特殊情况尽量安排在白天进行。每次启动汽轮机前，在真空建立之后，需做系统真空严密性试验，关闭抽真空装置的抽气阀，记录系统的升压速率，每分钟记录一次，试验时间为15分钟，系统的升压速率不能超过1mbar/min。第16页/共24页冬季启动及运行时的防冻措施当环境温度低于2℃时，空冷凝汽系统在启动前必须先投入旁路蒸汽。在系统没有达到要求的真空度前，绝不允许向系统进汽，否则会造成冻管的风险。打开旁路系统蒸汽减压阀，输入35%的开度，2分钟内根据凝结水温度和抽气温度，快速开大减压阀。旁路减温阀根据旁路系统的出口温度进行自动调节，设定值是100℃.旁路出口温度达到110℃，报警快速关闭减压阀。在凝结水温度和抽气温度都达到35℃以后，才允许汽轮机进汽。在开机阶段手动操作屋顶的百叶窗开关及电机的转速，密切监视冷凝水的温度变化，控制冷凝液的过冷度在5℃左右。当该屋顶风机的转速达到约50%，同时汽轮机的负荷达到60%时，可适当降低该屋顶的风机转速抬高ACC的排汽压力0.05bara，随后可打开另一侧屋顶的蒸汽隔离阀,调节风机转速并密切监视冷凝水温度，控制冷凝液的过冷度在5℃左右。待系统稳定运行后，压力控制切换成自动模式。必须注意的是在过冷度（汽轮机排汽蒸汽温度与冷凝水温度的差值）大于5℃情况下，加大风量只会降低冷凝水的温度，从而造成过冷度进一步加大，空冷器的运行压力不会降低，在冬季情况下反而会造成空冷器冻管。这一点必须牢记，在过冷度大于5

℃的情况下千万不要通过加大风量来降低空冷器的运行压力。第17页/共24页冬季启动及运行时的防冻措施

开启风机的顺序是从前到后依次开启，通常情况下抽气阀是前开后关。在开风机前必须确保百叶窗或电动隔离阀是处于开启状态。冬季（环境温度小于2℃）运行时，应密切监测空冷器现场冷凝水的实际温度，加强现场巡检力度，需安排运行人员至空冷器现场用红外线测温仪测量每台管束的迎风面及逆流管束的翅片管的表面温度。需控制冷凝水的过冷度在5℃左右。若发现翅片管的温度小于15℃，相应的风机应停止运行。根据现场实际情况，合理地调节百叶窗的开关。忽略管道压损，空冷器压力即指机组背压。机组背压和排汽饱和温度是对应的，机组背压越低，对应于排汽压力下的饱和温度就越低。同时，在额定进汽压力下汽轮机带相同负荷时所消耗的蒸汽量也越少，进入空冷器的热量就越少，空冷器发生冻结的可能性就越大。因此，在低负荷时在汽轮机运行允许的条件下适当提高空冷器背压也可防止冻管的发生。在启动阶段手动控制风机转速时，同一屋顶下的风机应该是同开同关（具体顺序见控制逻辑说明），运行时的转速也应该一致。两个或三个屋顶同时运行时，所有屋顶下的风机也应该保持相同的转速，从而尽量避免偏流。第18页/共24页冬季启动及运行时的防冻措施在系统运行的过程中，运行人员需密切监视空冷器凝结水的温度和抽气温度，控制程序中分别有与排汽温度的差值大于15℃和16℃的报警提示，操作人员应该按照控制逻辑说明采取相应的措施。运行人员加强现场的巡查，大气安全阀水封水出口及抽气器的疏水、轴封冷却器的疏水、齿轮箱电加热器、电动真空蝶阀后的疏水管道伴热作为巡查内容。冬季运行期间运行人员需要每30分钟上空冷岛巡检，监测每片管束的温度及每根翅片管的温度，尤其是每片管束最边上的翅片管的温度。（现场每片管束靠近管束框架的翅片管与管束框架之间的间隙，要用保温棉填上，带百叶窗的屋顶的这个间隙也要填上）。每个间隔之间房门也要关闭，避免窜风。冬季运行期间需密切监视空冷器的偏流现象，可通过测量管束的温度及冷凝液的温度来发现偏流的现象，一旦发现温度偏差超标。可通过风机转速的微调及百叶窗的启闭来控制每片管束的进汽量。当出现偏流现象时也可以适当投入旁路蒸汽，抬高空冷器的运行压力。第19页/共24页冬季启动及运行时的防冻措施冬季运行时需要避免外部蒸汽被空冷器的风扇吸入，造成风机结冰。外部蒸汽的吸入，会降低空气的干球温度，从而造成风机进风温度的降低。若出现蒸汽被风机吸入的现象，必须想办法避免蒸汽被风机吸入。运行人员记录好运行时各测点的参数，以便研究总结。