汽液两相流调节器在回热系统中的应用研究

石丽娜

南京宁众人力资源服务有限公司

引言

给水加热器是给水回热循环中加热给水的主要设备，它利用在汽轮机中已作功的蒸汽来逐级加热给水。按抽汽口在系统中的位置，在除氧器之前的称为高压加热器，在除氧器之后的称为低压加热器。高压加热器的疏水逐级自流进入除氧器，低压加热器的疏水逐级自流进入凝汽器。疏水装置的作用是可靠地将加热器中的凝结水及时排出，同时又不让蒸汽随同疏水一起流出，以维持加热器汽侧压力和凝结水的水位稳定。

发电厂中常用的疏水调节阀门按其助力方式分为气动和电动两种驱动方式。

气动式调节装置执行机构复杂，动作频繁，易发生卡涩、泄露、无水位运行和疏水管路冲蚀严重等故障，维护工作量大，且影响汽轮机的效率。

电动式调节装置是电动机械传动，线性度较差，调节系统滞后，不能更好地实现系统自动调节，加热器疏水的水位不易被控制。

由于水位不稳定，调整门频繁动作，对高加内部及其疏水系统的管道冲蚀将会增大,，甚至会产生系统管道等振动；调节阀也易被冲蚀磨损，经常出现故障，以至造成高加水位调节失灵，引起高加保护动作，或高加无水位运行，尤其是汽轮机变工况运行时高加水位更难以控制。

为了防止加热器汽侧满水，运行人员需常开旁路门，致使加热器处于无水位状态。加热器长期处于低水位甚至无水位运行时，蒸汽进入疏水管道和下级加热器，形成蒸汽和疏水两相流动，使容积流量增加，流速增大，造成管道振动并降低了回热循环的经济性。水位过高则会淹没钢管，减少蒸汽和钢管的接触面积，不仅会影响热效率，并且会造成汽轮机进水而引起叶片断裂、大轴弯曲等事故。

为了解决上述问题，目前电厂多采用汽液两相流调节器。该装置工作原理简单，自调节能力强，液位控制稳定。此调节器的体积小，部件少、结构和系统简单。无机械运动部件，无电气元件，因而其可靠性、安全性尤为突出。

1 工作原理

汽液两相流调节器利用“汽液两相流”原理，连续自动调节水位，摒弃了传统水位控制器的机械运动部件和电气控制元件。其本身无任何运动部件，执行机构的动力来自本级加热器的蒸汽，所需的调节汽用量约为疏水容积流量的千分之三。该装置很好地克服了传统水位控制器的常发故障，使水位控制的难题得到了较好的解决。

汽液两相流调节器的基本原理：疏水由阀体入口进入阀腔，相变管（信号管）根据液位高低采集汽相、液相信号直接进入阀腔，与疏水混合后流经特定设计的喉部。当液位上升时，汽相信号减少，因而疏水流量增加；当液位下降时，汽相信号增加，减少喉部有效通流面积，疏水流量降低，达到有效阻碍疏水的目的（见图1）。

图1 汽液两相流调节器水位控制系统图

汽液两相流调节器与常规控制系统中的调节阀不同，它没有机械或人为的开关动作，自动实现了一般阀门的功能，阀门调节器的结构原理见图2。

图2 调节器结构原理图

汽液两相流调节器是靠汽液两相流的特性来改变疏水流量的大小。所以，汽液两相流调节器不需要运动部件，其内部结构是一个渐缩渐扩喷嘴，外形类似于三通，上端与传感器顶部联络管相连，接受传感器输送来的蒸汽，左右两端分别为疏水的进出口。传感器送来的蒸汽与加热器来的疏水在渐缩渐扩喷嘴内强烈混合，形成汽液两相流并通过喷嘴的喉部。由于汽液两相流调节器内的渐缩渐扩喷嘴喉部是一个固定截面（根据严格的理论计算所得），当汽液两相流通过这一固定截面时，若蒸汽量减少，则流过的疏水量必然增加；若蒸汽量增加，则流过的疏水量必然减少。由此实现了没有开与关的机械动作，也能达到改变出水量的目的。

2 汽液两相流调节器安装注意事项

为了更好地实现汽液两相自调节装置的功能，其安装是及其关键的，需要注意的事项如下：

（1）汽液两相流调节器本体上所标式的“→”箭头方向需与疏水流动方向保持一致，汽液两相流调节器水平或垂直安装均可。汽液两相流调节器安装时应尽量靠近加热器本体，使信号管和疏水管路尽可能的短。安装入口阀前应有100mm以上直管段，入口阀的出口可直接与调节器法兰相连，也可有≤250mm的直管段连接；所用入口阀应使用闸板阀。隔断阀门必须保证严密，以免影响汽液两相自调节装置的自调节性能，造成加热器运行水位的不稳定。安装汽液两相流调节器前后不应有其它设备（如泵阀、疏冷器等）；在整个安装过程中，应清除加热器及管道内的焊渣、杂物。

（2）信号管的安装需在容器开孔，孔径应略大于信号管，使信号管能顺利插入以便焊接。信号管的长度应尽可能短，弯头尽量少，避免压力损失过大；开孔高度一般以正常水位高度线为中心。

（3）加热器的正常运行水位必须标定准确无误，然后按汽液两相流调节器给定的信号管至加热器运行液面间隙调整好信号管安装高度，否则加热器将偏离正常水位运行。旁路管上加装相应的闸板阀，要求闸阀必须严密无内漏。

（4）汽液两相流调节器内喉部尺寸在设计时，应对安装调节器的加热器及下级加热器的正常运行疏水量进行准确测定，避免在疏水系统实际运行中，汽液两相流调节器疏水量达不到实际要求，造成加热器水位不易控制。汽液两相流调节器对加热器疏水量非常敏感，如加热器泄漏或其他原因造成的疏水量增大，则汽液两相流调节器会出现调节性能差及水位控制不稳的情况。

3 汽液两相流调节器后的调试

汽液两相流调节器需在最大负荷条件下进行调试。调试前将入口阀及信号管路上的汽阀全开，旁路阀全关。正常运行时水位缓慢上升到信号管与加热器的接口处，若水位稳定，则说明符合运行参数；若水位较低，则需缓慢关闭入口阀门，使水位上升到正常水位时，停止操作；若水位较高，则逐渐打开旁路阀，当水位慢慢下降至正常水位位置时，停止操作。

逐渐降低负荷到机组投加热器的经济运行最低点为止，观察水位保持情况：如果长时间无水，适量关闭旁路阀（或入口闸阀）至有水位出现，渐升至最高负荷时，水位上升不超过报警上限值即试验通过，否则需做适当调整（开旁路阀或入口阀，找出平衡点）。

4 汽液两相流调节器在电厂中的应用

某电厂对高加疏水系统未改造前采用的是电动调节装置，其执行机构机械元件多，延迟率大,，很容易产生过调现象。当高加水位偏高需增大调整门开度时，由于执行机构的过调现象，会使水位降低过多；当高加水位偏低需减小调整门开度时，往往会使水位又上升过多。由于水位的不稳定，调整门频繁动作，对高加内部及其疏水系统的管道冲蚀增大，甚至会产生振动；调节阀也易冲蚀磨损,经常出现故障，以至造成高加水位调整失灵，引起高加保护动作，或高加无水位运行，特别是汽轮机变工况运行时,，高加水位就更难以控制。

为解决上述问题，将电动调节装置改为汽液两相流调节器。改造后，#1号机的3台高加在机组运行中都能全部投入。由于采用了汽液两相流调节器，自调节能力强，适应负荷变化范围广，在机组负荷40%～100%范围内都能实现稳定控制，保持高加水位在规定范围内运行，增强了机组变工况运行时回热系统的适应性。高加稳定性及投入率大大提高，机组热效率也相应增加，提高了机组的安全性；同时，由于汽液两相流调节器无机械电气元件，不需要热工信号的支持，减少了运行人员的工作量。汽液两相流调节器与电动调节装置的对比分析结果见表1。

表1 汽液两相流调节器与电动调节装置的对比分析

5 结束语

汽液两相流调节器能够自动连续调节，自调节能力强，液位相对稳定。由于其没有气动和电动热工控制系统及复杂的热工附属设备，从而减少了维护人员，大大提高了设备的运行管理水平。现场检修和运行维护工作量大幅度下降，节省检修费用，降低了劳动强度。

火电厂加热器的常规水位控制器故障频繁，现场使用汽液两相流调节器后上述问题得到很好的解决，在节约能源的同时，其社会效益和经济效益显著。