高寒地区超临界600?MW直接空冷机组防冻及解冻实践

范景利

摘 要：保证机组严密性是防寒防冻的关键，尤其是在高寒地区的空冷系统是机组防寒防冻的主体，较好的严密性才能保证空冷机组运行的经济性、安全性。该文针对国华呼伦贝尔发电有限公司一期工程2×600 MW超临界燃褐煤机组，结合机组实际的防冻及解冻案例进行进行阐述，并给出了后续进一步完善治理措施。实践证明：该机组采取的防冻及解冻措施达到了预期效果。这对提高高寒地区超临界600 MW直接空冷防冻及解冻问题提供了一定的借鉴意义。

关键词：高寒地区 空冷机组 严密性 防冻解冻 实践研究

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（c）-0112-03

内蒙古国华呼伦贝尔厂发电有限公司一期为2×600 MW超临界燃褐煤机组，锅炉采用变压直流锅炉、П型布置，由哈尔滨锅炉厂制造；汽轮机为一次中间再热、两缸两排汽、直接空冷，汽轮机、发电机是上海制造。工程主体设计由西北电力设计院承担，包括空冷部分。直接空冷系统在国内起步较晚，在设计和运行上均缺乏经验，电厂关注的不仅是空冷系统设计优化的经济性，更关心的是空冷系统的安全性，安全性主要表现在空冷系统冬季防冻能力上。对于600 MW级别空冷机组的防冻解冻问题国内已有相关研究：耿胜民等通过试验研究的手段给出了空冷凝汽器实现自动防冻控制的条件、空冷凝汽器实现自动防冻的技术关键、空冷凝汽器自动防冻控制过程[1]；安国梁从设计上和运行上结合国电大同二电厂机组介绍了直接空冷机组的防冻措施[2]；尹侠根据达拉特电厂四期直接空冷机组的特点，提出了机组在运行中、低负荷，启、停机时的具体的防冻措施[3]；王忠等通过对大同二电厂空冷岛试运过程中冻结事例的分析，给出了直接空冷系统空冷岛的防冻措施[4]。

地处全国最寒冷地区的内蒙古国华呼伦贝尔厂发电有限公司直接空冷机组，历经2010年和2011年两个冬季-46 ℃（极端气温-50 ℃）的严峻考验。#1机“1.20非停”的主要原因就是空冷系统的真空度差。下面就该机组空冷系统严密性、防冻管理及解冻方面的经验教训阐述一下自己的一些见解。

1 空冷系统严密性

汽轮机排汽端压力越低，发电效率越高。但在排汽端凝汽器处形成的真空的同时面临带来空气的漏入問题，空气的漏入则反过来降低真空，并造成凝汽器换热性能降低、凝结水含氧量增加等一系列问题。因此，保证空冷汽轮机组的真空严密性十分重要。

空冷岛和其他负压系统运行一段时间，都会不同程度地产生大量漏点，真空严密性影响空冷机组安全稳定运行，尤其影响经济运行和冬季空冷岛防冻。真空区域面积大，机组正常运行过程中，一旦系统漏入空气，真空泄漏部位很难查找。因此，设计选型、制造安装、调试及运行的每个阶段、每个部位都应严格控制质量验收工艺标准，必须予以重视，确保真空严密性指标始终处于动态控制的优秀值。

（1）空冷厂家制作管束时对单管束进行0.05 MPa气压试验的抽查及整套散热器水下气密性试验。

（2）加强焊接工艺及焊接质量的管理，确保焊口100%检验合格。

（3）由于空冷系统较大，为避免机组受热膨胀产生较大的应力，空冷系统管道应保证无应力焊接。

（4）空冷部分进行打压试验：试验压力为0.03 MPa、时间保持24 h，最大压降不得超过为0.005 MPa/24 h。所有参加气压试验的排汽管道、分配管道、换热器管束、凝结水回水管道、抽真空管道等系统需派专人反复检查、核查无误，确保无泄漏点。维持机组真空，除了空冷系统严密不漏，还包括汽机本体设备、排汽装置、加热器疏水、本体疏水及部分有压放水系统等无泄漏。

（5）空冷岛风压需满足的试验要求。

试验要求如下几方面。

①排汽管道和相关系统安装完毕后，在低压缸排汽管道水平管道上封上一块盲板。在盲板处配有试验压力0.3 bar的卸载安全阀。

②主排汽管道上的爆破膜应将膜片更换为堵板，以免打压过程中损坏。

③风压试验使用压力表两块，量程0～0.6 bar，精度0.25级。

④风压试验压力0.3 bar，每隔2 h，读取压力表读数，记录压力变化。保持24 h，进行全面检查，核算最后的压降小于50 mbar/24h，即认为合格。

（6）考虑影响真空严密性试验的主要因素，主要有以下几个方面。

①环境温度即风机的出口风温；②ACC的冷却风量即风机的转速；③机组负荷即进入ACC的空气量；④真空系统的严密性；⑤自然风速和风向。

2 空冷系统冬季防冻

呼伦贝尔全年平均气温低，冬季存在管束极易冻结或结冰现象，影响换热，严重会影响机组安全运行。下面根据电厂实际情况从设计、现场应用两方面对空冷系统冬季防冻进行分析，从而提出预控措施。

2.1 设计方面防冻措施

（1）单排翅片管的设计：单从管型来看，单排管由于采用大直径的基管，蒸汽侧通流面积增大，蒸汽侧压降低（一般低于2 kPa），有利于汽液的分离和防冻，防冻性能较好。

（2）空气冷凝器的设计：空气冷凝器内部分为顺流段和逆流段两部分。空气冷凝器的这种组成方式有效地提高了冷凝器的防冻性能。设置逆流管束主要是为了能够比较顺畅地将系统内的空气和不凝结气体排出，避免运行中在空气冷凝器内的某些部位形成死区、冬季形成冻结的情况；设置逆流冷却段，在此冷却段的凝结水流动方向与蒸汽流向相反，利用蒸汽加热最末端凝结水。

（3）设置挡风墙。防止冬季外界自然风直接吹向散热器，引起两侧凝结水温相差较大。

（4）设置电动真空防冻隔离阀。在冬季启动时采取关断某几列空气冷凝器，提高凝结水温度，防止凝结水在空冷器下部出现过冷而冻结。该工程单机组共8列空气冷凝器，对称装设6只电动真空隔离阀。

（5）冬季运行要注意防冻，在进入冬季运行前，应定期检查抽真空等辅助系统，保证其严密性动态处于合格值（150 Pa/min）以内。

2.2 现场增加空冷防寒防冻预控措施

（1）空冷真空管道。为防止抽真空管道过冷，造成管道内结冰，堵塞管道，最终影响排汽装置背压，因此在抽真空管道上加装伴热带，每根管并列加装6根伴热电缆，根据运行情况，调节伴热电缆投入率。为防止气温过低，电动装置内润滑脂凝固，降低润滑效果，导致电动装置内齿轮磨损，因此在电动门的电动装置上加装伴热并加装保温箱。

（2）在第1和8列外侧散热器下联箱加装保温及铝皮。为防止空冷岛1、8列下联箱及排气管道水平段疏水管道疏水过冷。将每台机组第1列和第8列外侧散热器下联箱加装保温及铝皮进行防冻。

（3）空冷岛中间位置设库房及值班室。在空冷岛上两台机组中间空闲位置设立库房及值班室，便于存储空冷岛防寒防冻物资，为空冷岛出现异常情况时争取抢修时间，同时为空冷岛作业人员提供一个临时取暖及休息场所。冬季运行期间，维护部每值两人、运行部每值一人，每小时监测记录一次空冷岛温度变化情况，如发现异常及时通知运行人员回暖防冻，并通知专业主管现场检查确认。

（4）根据设备情况，准备好合适的苫布和麻绳，并准备一定量的炭火炉子，以备某些冷却单元回暖时急需。

（5）进入冬季，空冷靠外侧第1、8列部分将要停运，临时将每台机第1列和第8列管束外侧加装苫布，风筒下部加装苫布防风。

（6）在每台机组1、2、7、8列的每个单元及第3、4、5、6列的第6、7、8单元散热管束上部蒸汽分配联箱两侧（靠近管束处）加装滑轮，滑轮间距2.3 m；在每列两侧管束下部凝结水收集联箱处焊接挂钩、间距2.3 m，当管束过冷时为在管束上挂棉被或苫布创造条件。

3 空冷系统冻结及解冻案例分析

3.1 空冷系统冻结原因

以电厂#1机组为例，2011年10月份发现真空系统气密性相对较差，最大泄露达到1 340 Pa/min，经专业治理减小到1 070 Pa/min，但距合格值相差甚远。公司先后委托空冷厂家、内蒙古电科院专业查漏队伍利用氦普检漏仪、微波仪经过近2个月的找漏工作，真空达到770 Pa/min，真空系统泄露未得到彻底治理。12月极度寒冷天气，给室外真空查漏带来困难，12月下旬停机停止查漏工作。2012年1月1日启动至1月5日调停，运行期间3台真空泵运，维持背压。2012年1月19日冷态启动，机组负荷330 MW左右，空冷系统运行正常。1月20日10：15负荷至600 MW，期间空冷第2、3、4、5、6列投入运行。10：46网调令减负荷至400 MW，减负荷过程中，空冷第6列#6抽真空介质温度开始下降，11：06降至7 ℃，提高机组背压至21 kPa，投入回暖，抽真空介质温度上涨至26 ℃后又持续下降。11：36空冷第5列凝结水温度开始下降。11：42负荷降至400 MW，空冷第6列、第5列抽真空介質温度低，申请加负荷至420 MW后，提高机组背压至35 kPa，空冷第5列、第6列凝结水温度仍持续下降。期间采取调整空冷风机转速、启停空冷风机、回暖、加盖苫布等方式进行调整均无效，抽空气温度、凝结水温度持续下降，且背压升高，一度上升到50 kPa，同时凝结水温度、抽气温度急剧下降。为了防止空冷管束出现大面积冻结，19：20申请调度同意后机组降负荷至242 MW手动打闸停机。

机组停运后，公司组织专业人员召开分析会，初步判断系统泄漏是造成机组背压升高的直接原因，决定投轴封、抽真空，对真空系统进行查漏。真空建立后运行及检修人员开始现场检查，21日07：46运行人员发现机组空冷高压缸侧排汽管路底部疏水管第二弯头地面结冰并有吸气声，扒保温检查，发现疏水管弯头存在40 cm左右裂纹，21日10：05检修人员对裂纹进行补焊处理完成，系统恢复正常。停运期间，打开第4.5.6.7列蒸汽分配管入孔门及凝结水下联箱开孔对空冷管束进行检查，发现管束不同程度冻结。

分析泄露原因，1月5日停机过程中温度很低，1月19日启动机组时，排汽管道疏水管已经冻裂，此时疏水管内已经完全结冻并将弯头冻裂，冻裂口被冰冻封堵，未造成的泄露，随着温度提高逐渐化冻，漏点暴漏真空保持不住而突降，真空泄露冷空气进入是导致空冷管束发生冻结的主要原因。

3.2 空冷管束解冻

（1）在冻结管束的下联箱凝结水下降管处割开，检查下联箱及凝结水管道是否冻结，如果冻结需要加伴热电缆化冻，保证空冷凝结水管路畅通。

（2）解除翅片管束内的冻结：①保证入孔为打开状态。②用帆布将冻结单元管束及风筒遮盖，用保温棉封闭，保证严密性。根据环境温度在单元内四角生火（不要用燃烧油脂的方法），用碳或木材在铁桶中生火，适度依靠烟气流动加热单元内空气，解除管束中的结冻现象实效明显。

（3）管束化冻过程中，需将凝结水管道在下联箱处断开，确保溶解出来的水能够及时可靠排出，避免在凝结水管道内发生二次冻结。

（4）解冻过程中，进入蒸汽分配管检查会有蒸汽从管束中冒出，待该列所有单元冻结现象解除后，恢复入孔。

（5）正常开机前期，苫布不要拆除，待各单元温度恢复正常，启动风机前，组织人员拆除苫布，保证管束全部解冻。

（6）管束化冻过程中，炭炉子火焰切记不能接触管束，避免管束铝管碳化，影响防腐能力。

4 空冷系统防冻后续治理措施

后续治理措施如下。

（1）凝结水管道加装伴热：针对冬季现场环境温度极低的情况，在凝结水管路上加伴热，提高冬季冻结事件处理能力。每根管道弯头处并列加装6根伴热，启停机过程投入运行。

（2）排汽管道疏水管：针对疏水管路冻裂现象，在疏水管路上增加伴热防冻。

（3）空冷蝶阀：请厂家配合治理空冷第2、7列蝶阀内漏，利于冬季投停该列，确保解列后不冻结。

（4）空冷抽真空管道：空冷抽真空管伴热普查并及时消缺；抽真空阀定位准确，开关正常。

（5）真空严密性：治理两台机真空严密性小于100 Pa/min，力争实现优秀值小于50 Pa/min。

（6）冬季每次启停机，必须检查空冷系统疏水、空冷凝结水管道及抽真空阀处伴热电缆投运情况，确保无冻结现象。

总之，空冷机组冬季防寒防冻能力主要体现在真空度越高，系统的抗冻能力越强。冬季机组运行需要高度关注真空气密性的定期检查，一旦发现真空严密性下降，必须及时查漏、堵漏。为了保证空冷系统高效、稳定、可靠运行，做到时时真空达标绝不放松、空冷系统小缺陷也不放过，同时吸取借鉴同地域机组的防冻经验，确保高寒地区空冷系统冬季长周期安全稳定运行。

5 结语

文章结合国华呼伦贝尔厂发电有限公司直接空冷机组，从设计和现场方面分别总结并提出相应的防冻措施。并通过对空冷系统冻结与解冻的案例分析，得到导致空冷管束发生冻结的主要原因，即真空泄露冷空气进入。最后给出了空冷系统防冻的后续治理措施。

参考文献

[1] 耿胜民，吕雪霞，张勇，等.高寒地区直接空冷机组空冷凝汽器自动防冻控制[J].吉林电力，2011，39（3）：11-13.

[2] 安国梁.浅谈600MW直接空冷机组的防冻措施[J].内蒙古石油化工，2014（10）：47-48.

[3] 尹侠.600MW直接空冷机组防冻措施[J].内蒙古石油化工，2014（5）：47-48.

[4] 王忠，赵雁，冯润富，等.内蒙古上都电厂2×600MW空冷机组防冻措施[J].内蒙古电力技术，2005（4）：1-3.