闭式水系统夏季水温高分析与综合整治

廖世伟

（国能蚌埠发电有限公司，安徽蚌埠 233000）

0 引言

闭式水系统是电站重要的换热系统，对于一般火电机组来说，70%以上的辅机轴承都是靠闭式水系统来冷却的，因此闭式水系统的安全稳定运行，对机组非常重要。在夏季发生闭式水温度高影响用户设备运行，特别是进行过许多辅机冷却改造的电厂较为常见。针对某电厂1#机组闭式水系统夏季水温高异常问题，提出了一系列综合整治措施，以期为同类机组提供借鉴。

1 系统设备及故障问题

1.1 系统概况

某电厂1#机组为630 MW 超临界单轴中间再热凝汽式汽轮机组，配套的闭式水系统采用带板式换热器的闭式循环供水系统，机组配2 台闭式水泵（2×100%）、2 台闭式冷却器（2×100%）、1 台闭式水箱。用户主要分汽机侧水用户和锅炉侧水用户（图1、图2）。

图1 汽机侧闭式水用户系统图

图2 锅炉侧闭式水用户系统图

1.2 闭式水温度高问题

机组自2008 年底投产以来，随着历次技改，闭式水系统增加了很多用户，冷却用户的增加，导致闭式水温度增加（表1）。由图3 可以看出，1#机闭式水温度逐年呈逐年增加的趋势，夏季最高温度和平均温度较投产时明显升高。由于闭式水夏季温度高，造成许多重要用户，如小机油系统、捞渣机、引风机、空压机、前置泵等重要设备超温运行，许多用户设备因为超温，不得不把冷却水调门全开，造成闭式水系统压力下降，进一步降低闭式水系统的稳定性。

图3 1#机闭式冷却系统夏季水温度各年度变化趋势

表1 闭式水用户增加清单

2 闭式水温度高原因排查和分析

由于闭式水用户增加造成闭式水温度高是一个既定事实，把这个客观因素视作不可抗拒因素，根据“人机料法环”分析出其他因素，主要有：换热用户调整方式不合理、闭冷器换热效果差、开式泵运行方式不合理、冷却塔填料堵塞、阀门内漏等原因，下面分别对这些因素进行分析。

2.1 换热用户调整方式不合理

由于闭式水系统没有流量测点，为了解各闭式水用户设备用水情况，联合电科院到厂进行用户流量测量，测量结果见表2。由表2 可以看出，热负荷较高的有空压机、氢冷器等，前置泵电机冷却水用户流量偏高。对现场用户的投运调整方式进行排查，发现有采用1 用1 备的用户，冷却水两侧都投运，实际被冷却介质，如润滑油等，只通过运行的换热器，大量闭式水没有发挥冷却作用，该方式存在不合理项。

表2 涉及闭式水系统主要管道、用户流量测量值

由于运行调整需要，一般会把备用冷却水投上，如小机润滑油板式换热器、密封油空氢侧管式换热器等，目的是保证紧急情况下能及时切换冷油器，保障机组安全。因此，造成闭式水系统用户流量增加，导致闭式水夏季压力低，影响其他用户的换热效果。

2.2 闭冷器换热效果差

1#机组闭冷器随着历次检修，因一些板式换热器损坏、变形，被陆续抽出，导致换热面积减少较多。通过查询发现，两台闭冷器原设计为458 片，经过多次检修后，A、B 换热器只剩下345 片和356 片，同时由于热负荷的增加，原设计的换热面积已经不能满足现场实际需求。

2.3 开式水泵投用方式不合理

原设计有开式水泵，用于增加开式水侧流量，加强换热从而降低闭式水温度。但是为了节能考虑，开式泵全年未投运，这样的方式在闭式水温度不高能满足现场需要时可行，但是在夏季温度高时，依然强调节能而不投运开式泵，显得有些不合理。

2.4 冷却塔填料堵塞

闭式水需要靠开式水来冷却，如果开式水温度高，闭式水则不能降低太多温度。从图4 可以看出，冷却塔填料有淤泥堵塞，除雾器也有许多泥垢，最终导致空气在冷却塔内上升流动不畅，影响了换热，导致开式水温度高，闭式水也随之升高。

图4 冷却塔填料堵塞情况

2.5 阀门内漏

阀门内漏导致系统压力下降，系统为了弥补缺失的流量会加强泵出力，而用户侧则会加大调门开度，从而影响闭式水温。现场检查闭冷器旁路电动门内漏严重，这部分流量水未经过闭冷器降温，导致闭式水温偏高。

3 闭冷器换热分析及热力计算

3.1 闭冷器换热分析

由于闭冷器换热片减少了100 张，且闭式水用户较投产时增加了许多，因此当前的闭冷器不能满足现场实际需求，应重新进行选型。选型不仅要考虑换热效果，还应考虑现场安装条件和后期维护等。

3.2 闭冷器换热部分计算

板式换热器是一种高效紧凑型热交换设备，具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、拆装方便、操作灵活等优点。目前板式换热器的选型计算如下：

式中 F——换热面积，m2

Wq——换热量，W

K——传热系数，W/（m2·℃）

ΔT——平均对数温差，℃

根据选定换热系统的有关参数，计算换热量、平均对数温差，设定传热系数，求出换热面积。选定热器型式，计算板间流速，通过传热特性曲线及流阻特性曲线，查出实际传热系数及压降。若实际传热系数小于设定传热系数，则应降低设定传热系数，重新计算。若实际传热系数大于设定传热系数，而实际压降大于设定压降，则应进一步降低设定传热系数，增大换热面积，重新计算。经过反复校核，直到计算结果满足换热系统的要求，最终确定换热器型号及换热面积大小。

3.3 闭冷器换热计算结果

通过计算及综合选择得到所需闭冷器参数，见表3。

表3 板式换热器计算结果

4 综合整治

4.1 换热用户调整方式不合理整治

综合考虑设备安全与现场实际，提出改进方案。对于A、B小机4 台冷油器、空侧密封油2 台冷油器、氢侧密封油2 台冷油器，采用备用冷油器的前隔离门保持开、出口隔离门关闭的方式运行，这样既保证了较少的阀门操作，避免紧急情况切换不及时，同时又避免了备用冷却器泄压造成的闭式水压力损耗。因为切换冷油器时运行人员必须就地手动切换，因此只多1 个手动阀门的打开时间对应急切换影响不大。

对于A、B 前置泵电机水冷却器，其阀门均为手动门，水流量偏大，采用节流方式运行，既要保证电机有足够水冷却，又要避免其流量过大造成浪费，最后对阀门进行节流至70%，并根据实际运行做适当调整。

4.2 闭冷器换热效果差整治

根据换热器相关数值计算，算出所需的换热面积为1150 m2，通过物资采购流程，采购到型号为BR500-1.0-1150-E 的板式换热器。为了节约资金，只更换1 台板式换热器，即1A 闭冷器，然后1B 闭冷器作为原闭冷器备用。

从图5 可以看出，因为换热面积增加，新闭冷器尺寸比原闭冷器明显要大，不仅长度增加，高度也增加了。新换闭冷器在不变更主要部件的条件下，板式换热器的寿命可以保证安全运行30年，换热面积留有20%余量，且污染系数为0.9。

图5 1A 闭冷器改造现场

对于1B 闭冷器，则进行板片清洗，利用1A 换下的板片作为备件对1B 进行补充。

4.3 开式水泵投用方式不合理整治

开式水泵因为节能考虑，选择全年不投运，这样的投运方式存在不合理。可以根据闭式水系统实际运行状态来考虑投用开式水泵（表4）。

表4 开式水泵投运方式

4.4 冷却塔填料堵塞整治

冷却塔填料堵塞，可以通过填料倒翻和更换堵塞严重的填料来解决，以提高冷却塔填料空气的通透性，降低水温。利用C 修机会，对冷却水塔内区旧的4250 m3填料全部倒翻，倒翻后对能继续使用的填料按要求重新布放到原来区域，剔除破损的旧填料，并运出水塔。拆除需更换的旧填料5000 m2×1.25 m（高），合计6250 m3；安装布置全新的新型淋水填料合计6250 m3（图6）。

图6 冷却塔填料更换现场

现场安装防絮网，防止季节性柳絮、杨絮等进入循环水系统造成填料堵塞，保证冷却塔的换热效果（图7）。

图7 冷却塔前池铺设防絮网

4.5 阀门内漏整治

利用检修机会对查出的内漏阀门进行检修整治，降低闭冷器出口水温，同时减少不必要的流量损耗。主要检修消漏的阀门有：闭冷器旁路电动门、闭式水母管放空气门、闭式水母管放水阀、定冷水减温器旁路门、闭式水泵放空气门等。

5 效果检查

5.1 各整治项目的效果情况

（1）通过调整闭式水用户调整方式，许多备用冷却器不再通冷却水，在调门全开的情况下，在高负荷、高温天气下，经过计算，可以减少流量损耗150 余吨水，占总流量的10%。

（2）闭冷器换热效果差整治后，闭冷器端差由2.3 ℃下降到了1.1 ℃，减温效果明显。

（3）开式水泵投用方式不合理整治，通过灵活变通调整，启动开式水保障了闭式水降温效果，在高温天气下开式投运，闭式水温度能降低1.5～3.0 ℃，有效控制闭式水系统温度。

（4）冷却塔填料堵塞整治后，冷却塔对循环水的降温效果明显，温差由之前6.5 ℃提高到了7.6 ℃，比2#机冷却塔出口温度低1 ℃左右（图8）。

图8 1#、2#机冷却塔出口水温对比

（5）检修和处理阀门内漏问题后，经过计算，可以减少约35 t/h 的流量损失。

5.2 闭式水温高问题整治最终效果

经过一系列的问题排查、分析及整治，从截至到目前的运行数据来看，综合整治后的闭式水系统水温明显下降，系统稳定性得到加强，效果明显（图9）。

图9 1#机历年6 月份闭式水温度变化趋势

6 结论

闭式水用户增加而导致水温高，应重新校验闭冷器的换热量，偏差较大时应进行技改调整。改善冷却塔的冷却条件，是降低闭式水温的有效方法，也是根本方法。优化冷水用户运行方式减少不必要的流量损失，保证闭式水系统压力稳定，是非常重要的调整手段。及时消除闭式水系统缺陷，是闭式水温度保持正常稳定的有力保障。