大型混流式水轮发电机空冷器凝露消除措施的应用

羊亚波

一、引言

某电厂位于红水河中游广西大化瑶族自治县境内。由于其所处地理位置的气候原因，每一年都会有雨季和梅雨季节，空气潮湿，湿度大。该电厂水轮发电机的冷却方式采用无风扇的全封闭双路自循环空气冷却系统，水源直取红水河河水，水温较低。近年来，由于梅雨季节、雨季、回南天等气候湿度大，发电机空冷器结露严重，影响发电机机组运行时冷热风温度、发电机定转子温度以及各导轴承温度，给发电机安全运行带来极大的隐患。

二、发生凝露原因分析

（一）空冷器凝露的基本理论

大气是由水蒸气和干空气构成。通常情况下，大气中含有的水蒸气特别少，故该水蒸气的分压力很低，与其对应的饱和温度自然也很低。当水蒸气分压力等于当时空气温度的饱和压力，水蒸气属于在饱和状态了。如果这时再降低温度，大气中水蒸气就冷凝成“ 露珠 ”从空气中落下。故空冷器凝露的直接原因是空冷器供水水源管路表面温度与风洞内空气环境温度存在一定的温差，当天气潮湿、梅雨天气等情况时，水蒸气达到饱和状态，碰到温度低的空冷器管路就会出现空冷器凝露现象，且温差越大凝露现象越严重，物理上把这种现象称为液化。

（二）空冷器水压过高

近年来该电厂为了防止水压低导致冷却效果不佳和机组各轴承温度上升，始终不愿意把水压降低运行。通过研究发现，水压过高将导致空冷器及管路水温较低或空冷器管路容易磨损，再加之红水河水温较低，平日机组冷却用水量较大，水压设置较高，虽然按照设计水压投运，但长年累月在充满泥沙的红水河里运行，铜管耐压能力已变小，运行过程中经常出现漏水故障或者凝露事件。

（三）风洞内空气潮湿

空冷器在梅雨季节等外界湿度大的情况下经常发生凝露现象。通过对比风洞内空气湿度与空冷器进出口表面湿度，发现变化趋势基本一样，但风洞内空气湿度在梅雨季节等情况下高于空冷器进出口表面湿度，这将导致凝露的发生。本文对两种方法进行分析比较实践，得出较好解决大型空冷器凝露的方法。

三、大型空冷器凝露的解决办法

（一）降压运行

空冷器水压降压运行后，冷却水流量减少，流速降低，有可能会影响机组运行时冷热风温度、发电机定转子温度以及各导轴承温度。加之由于红水河泥沙量大、贝壳多，水压减少、流速降低，可能出现空冷器管路堵塞现象。虽然降压运行可能会造成以上影响，但为了解决空冷器凝露的问题，决定采用4 号机执行冷却水降压运行。该电厂4 号机技术供水系统各部阀门按降压要求调整到位，空气冷却器、推力冷却器正向、反向供水阀从全开位置回关11 圈，水导冷却器、上导冷却器、下导冷却器正向反向供水阀从全开位置回关6 圈，正向水源阀压力均为0.3 兆帕左右。同时4206 阀开度调整为50%。调整前，技术供水全压运行，所有阀门全开，水压0.45 兆帕。

经过2018 年一个季度区间数据的对比，该电厂4 号机降压前后各部件最高温度对比见表1。

从表1 中可以看出，降压运行对各轴承温度影响较少，压力调整合适。经过一个季度的观察，认为其他机组可以参照4 号机调整压力运行。

降压运行后是否会引起管路堵塞？检查4 号机空冷器活动情况记录如图1—图3。

图1 4 号机19 号空冷器底部端盖

图2 4 号机19 号空冷器底部

图3 4 号机5 号空冷器底部

在降压运行一个季度后，将4 号机19 号空冷器拆开检查，下部水箱盖有少量贝壳，铜管未见堵塞。为验证其他空冷器有无同样问题存在，选择拆开4 号机5 号空冷器检查，发现5 号空冷器没有贝壳存在。通过对4 号机5 号、19 号空冷器进行检查，初步判断降压运行未必会出现空冷器管路堵塞的现象。

从图1、2、3 中可以看出，5 号空冷器没有贝壳，铜管未见堵塞；以往检修5 号空冷器也未见有贝壳，19 号空冷器出现少量贝壳，是否与降压运行有关，还待后续运行观察。为防止出现贝壳类可能引起堵塞的情况，需做好相关运行措施。

经查询年度记录，该电厂4 号机降压前后空冷器凝露次数对比见表2。

表2 4 号机空冷器降压前后凝露对比

降压运行后经2 年观察跟踪，空冷器凝露滴水次数明显减少，且多次观察相同负荷下监视机组各轴承及空冷冷风、热风温度跟降压前对比无明显变化，说明降压后水流量满足冷却要求。虽然降压运行后发现空冷器水箱出现贝壳，但是降压运行后机组温度无明显变化，冷却器凝露滴水现象明显减少。此方法达到了预期目的，取得了较好的效果，但依旧无法根除空冷器凝露的情况，特别是梅雨天气，气候变化较大时，空冷器凝露滴水现象较多。

（二）采用防爆除湿机

防爆除湿机主要由防爆型风机、隔爆型电气控制箱、浇封型防爆压缩机、本安型控制面板组成。除湿机有除湿、化霜、定时运行、保护等功能。除湿是指开机状态下，如果设定湿度小于当前湿度，而且差值等于3%，机器进入除湿控制。化霜是指机器不运行，不进入化霜；压缩机运行30 分钟后判断蒸发温度，当蒸发温度下降到小于等于-2 摄氏度时，机器进入化霜模式。定时运行是指机器在开机状态设置定时，程序进入定时关机模式；机器在关机状态设置定时，程序进入定时开机模式。保护是指机器上电3 秒后即检测相序和缺相，如有相序错误和缺相情况，微电脑将立即关闭压缩机和风机电源并同时显示故障，遇到这种情况时需请专业人员断电排除故障后方能正常工作。本机装有压力保护装置，当本机冷媒少于0.5 千克时，压力保护器将切断压缩机电源，这时需请专业人员查找漏点并修补．然后按铭牌上要求的加液量进行加液。

除湿机工作原理是通过设定湿度与检查空气湿度的比较，从而启动或者停止，维持空气湿度在正常范围内。防爆除湿机不仅有自动设置启动和手动启动功能，还具有远程控制启动功能。

以该电厂2 号机为例，在2 号机风洞内安装防爆除湿机。当空气湿度大于70%时，防爆除湿机自动运行；当空气湿度低于50%时，防爆除湿机自动停止。采集2019 年未安装防爆除湿机的空冷器凝露次数与2020 年安装防爆除湿机后空冷器凝露次数进行对比，数据见表3。

表3 采用防爆除湿机前后空冷器凝露对比

从表3 数据对比发现，采用防爆除湿机后，空冷器凝露滴水次数基本消失。

综合上述两种凝露方法对比，建议采用防爆除湿机作为消除大型空冷器凝露的推广应用，防爆除湿机具有很好的应对梅雨等异常天气变化时空冷器凝露现象。

四、结语

本文对某电厂风洞内空冷器凝露滴水现象通过采用降压运行和防爆除湿机除湿应用对比，得出采用防爆除湿机能更好地解决空冷器凝露问题的结论。自从采用防爆除湿机除湿后某电厂近年来风洞内空冷器凝露现象基本消除，避免了凝露水溅定子导致接地等情况的发生，为机组稳定运行提供了可靠保障，夯实安全生产基石，也为其他水轮发电机组空冷器防凝露措施提供了可行性参考。