极度寒冷地区直接空冷机组空冷岛防冻措施研究

石 磊

(晋控电力塔山发电山西有限公司，大同 037000)

0 引 言

以往在冷却系统中，常使用冷却水介质。考虑到我国面临繁重的水资源短缺负担，故此在直接空冷机组空冷岛运行阶段，为了供应充足的冷却蒸汽，需要加强防冻设计，以期在保证空冷岛顺利运行前提下，增加冷却空气介质储量，为汽轮机排汽冷却系统的良性运行给予保障，满足新时代节能发展需求。

1 直接空冷机组空冷岛常见防冻问题

直接空冷机组主要是以空气作为冷却介质的机组，而空冷岛作为具备高温蒸汽降温作用的风机装置，在其运行期间，常因下述多则原因而遭受冰冻问题。第一，散热管温差大。直接空冷机组冷空岛在运行期间，常需要利用散热管达到降温目的，如若受流量不均以及热力不均等因素的干扰形成温差，或者本身产品质量存在隐患，均会削弱降温效用，增加冰冻风险。以600 MW直接空冷机组为例，多形成10 ℃，甚至15 ℃的温差后果；第二，排气口压降大，在利用空气充当冷却介质期间，若凝汽器本身具有饱和压力，且入口压力与汽轮机排气口压力存在0.55 kPa左右压力差，很容易形成2 kPa压降。特别是在极寒地区，温差更大，若不及时展开防冻操作，易破坏运行质量；第三，气密性薄弱，冷空岛是以56台风机组合而成的降温装置，若自身存在气密性差隐患，将无法保持温度指标的均衡控制，且易受外界环境指标的干扰；第四，防冻不到位，依据不同工况模式需要编制对应的防冻方案。显然当前在执行防冻措施时，缺乏可靠性，未能做好工况分类设计工作，导致原定的防冻方案未能满足冷空岛所有工况条件。鉴于此，面对常见防冻问题，应当提出针对性对策，借此改善冷空岛效力差等不良风险现状，增强冷空岛防冻能力[1]。

2 极度寒冷地区直接空冷机组空冷岛防冻措施

2.1 加强真空系统密封设计

在对冷空岛实施防冻设计时，应当从密封设计层面上，保证真空系统具备完善的密封条件。一方面，由于密封性多影响温度分布均衡性，故此若能加强密封改造设计，即可削弱环境因素对散热管表面温度产生的负面影响。另一方面，要求冷空岛安装人员，务必按照标准且规范的安装流程安装好各个风机。通常需要遵照安装手册与技术指导书，促使风机、空冷凝器等装置安装环节获取优良质量。与此同时，监理方在建设冷空岛系统安装项目时，也要统筹管理建设流程，尤其是在主排气管道等相关部件焊接作业中，需要对焊接质量进行全面检测。一旦出现焊接异常现象，需要立即组织焊接人员予以修复。从以往研究中不难发现，在下联箱部位焊接问题出现可能性更高，监理人员需要针对不同焊接部位以及安装区域实施大力度监管举措，直到达到焊接质量验收标准后，方可进入冷空岛竣工环节。因冷空岛质量不达标，很容易引发冰冻后果，故此在整个安装过程，既要关注汽轮机、管道安装质量，又要对仪表、阀门安装效果加以深度检测，就此提高防冻水平，消除任何冰冻隐患。

2.2 注重排汽装置漏点查找

在直接空冷机组空冷岛运行阶段，因其处于极寒地区，极易受外界冷空气的侵袭，致使在对高温蒸汽进行降温时遭受冻害，从而影响机组运行效果。而在防冻设计中，还要注重排汽装置漏点的精准查找。漏点的产生，不但会增加安全风险性，而且还会导致冷空岛安装作业后，自漏点处降低降温作用。对此，及早检漏是可行性较强的一项防冻措施。在实际查漏中，相关人员可以利用灌水方式，想排汽装置负压区实施灌水处理。若不存在漏点，其水位高度将持续一段时间不发生变化。若有漏点，随着时间后延，水位逐渐下降。此时，可以通过筛查方式找到漏点，填充修复后再度实施查漏实验，直到水位持续不变，方可验证排汽装置安装到位。从相关研究中，于查漏范围上，也要密切关注仪表以及阀门等多区域漏点分布情况，扩大查漏范围的基础上，有效消除冷空岛冰冻风险。

2.3 实现空冷岛气密性检测

为了给冷空岛创造有利的防冻条件，还应当对冷空岛积极展开气密性检测工作，以此结合气密性检测结果，判定当前冷空岛遭受冰冻侵害的可能性，而后提出对应的修复措施，增强气密性。在气密性检测阶段，需要将检测范围拓展至换热器管束以及空气冷凝器部分，由此增加气密性检测数据可靠性。

首先，检测人员需要先行确定好气密性检测范围，包括冷凝管道、配汽管道、疏水箱等；其次，以0.8 MPa压强对冷空岛汽轮机系统实施加压操作，而后持续一刻钟后，需要分析压力指标变化规律。若气密性良好，则不会引起压强波动后果。由于极寒地区温差明显，且冷空气储量丰富，为了促使冷空岛表现出显著优势，还要掌握外界环境温度变化规律。若从压力波动指标上，每日压力降低幅度在0.1 kPa以内，则表示气密性检测达标；最后，还要对真空系统气密性予以检测，在10 kPa条件下断开真空泵，从中对压力负荷变化情况进行分析，如若每分钟压力负荷变化值在0.15 kPa以内，则表示真空系统气密性优良。经气密性检测操作后，能够及早发现气密性不强问题。随着气密性的降低，冷空岛很难在降温过程中，保持优良动态。同时，在气密性检测阶段，也可以使用专用空冷岛检漏仪，以专用设备辅助检测人员快速准确获取检测结果，自此提升防冻设计时效性[2]。

2.4 结合工况确定防冻方案

2.4.1 静态调试工况

冷空岛要想保持稳定运行，需要依据不同工况模式，为其制定对应的防冻方案。其中主要包括静态调试工况。于极寒地区条件下，关于冷空岛的安全运行，在处于静态调试工况时，可以利用下述措施优化防冻效果：

其一，保温设计，在冷空岛防冻设计阶段，需要对易受冰冻的薄弱部位进行保温设计，可以加装散热翅片盖帘保温，继而防止形成冻层。经调查：低温易冻部位多以抽真空管道为主，可在逆流区风机增加封堵装置，以改善冰冻现状。

其二，在防冻设计中需要加大防冻监测力度，也可以借助智能监测手段，增加空冷温度场，预判冰冻参数，而后发出预警信息，供运行人员提前完成防冻调整。随着在静态调试工况条件下防冻有效性的提升，即可为冷空岛的良性运作奠定基础，促使在极寒地区建成的电厂拥有优质的供电服务质量[3]。

2.4.2 机组启动运行期工况

由于启动阶段空冷岛进汽量特别少，很容易结冻，在极寒地区控制好机组启动阶段的防冻调整尤为重要，故可以采用提高再热器压力至1 MPa左右再打开低压旁路的方法，增加空冷岛进汽流量的方法避免空冷岛结冻。再根据温度指标的变化情况，观察冷空岛负荷变化规律，更要关注逆流回暖控制现象，需要间隔一段时间再启动风机，否则在多次反复操作下，更易引发冻害。依据某电厂实际防冻成果，在处于低温-30 ℃的极寒地区里的电厂，关于冷空岛防冻措施的应用，可参考上述内容，与往年空冷岛发生冻害风险的频率比较，显然得到了显著降低，表明此次研究结果具备推广价值。

3 结束语

综上所述，在极寒地区直接空冷机组冷空岛一旦遭遇冰冻事故，威胁机组安全运行。考虑到极寒地区空冷岛安全运行，应当从真空系统密封设计、漏点查找、真空严密性试验、防冻方案、运行方式调整等方面着手，促使改进后的空冷岛始终具备可靠的防冻能力。