高、低压加热器疏水不畅问题浅析

陈 晨，廖小军

(1.上海电气电站设备有限公司上海电站辅机厂，上海 200090;2.湖北能源集团襄阳宜城发电有限公司， 湖北 襄阳 441400)

0 概述

高、低压加热器是汽轮机的重要辅助设备之一。高、低压加热器有效利用汽轮机部分抽汽，加热给水后输送到锅炉，进而减少进入锅炉的给水和炉膛的温差，降低温差换热损失，提高机组效率。当高、低压加热器疏水不畅时，可能导致机组强制降负荷及跳机等重大安全问题。本文就高、低压加热器疏水不畅问题进行分别论述，对有效避免和解决加热器疏水不畅问题以及整个机组的稳定、高效、安全运行都具有重要意义。

1 高压加热器疏水不畅

表1为常规高压加热器设计参数：

表1 常规高压加热器设计参数

高压加热器的疏水原理是采用逐级疏水的方式，利用高加设备之间的级间压差，实现正常疏水[1]。

根据热平衡图的设计方案，各级高压加热器的级间压差较大，一般相差约1～3 Mpa。因此，高压加热器疏水不畅基本都是由于设备操作不当或者阀门等配套件选型不合理造成[2]。

高压加热器疏水不畅可能由以下几点构成：

(1)运行水位过低

液位变送器等附件一般是随设备独立包装运到现场。现场安装时经常由于零位未校准、安装过程管道脏污堵塞、安装错误等原因造成液位变送器零位和原设计正常水位有一定偏差，从而造成疏水不畅。此时可适当抬高运行水位及报警值(200 mm左右)，同时应密切关注高压加热器的端差及液位变化情况，保障运行安全。

(2)疏水调节阀选型时通流量不够

在实际的疏水调节阀选型过程中，须针对高压加热器的具体参数(温度、阀前阀后压力、流量、管径等)选择合适的调阀，并保有一定的阀门调整余量供现场调整。若阀门选型较小、通流量或现场实际工况变化导致实际阀门通流量不够，会阻碍高压加热器的正常疏水。

(3)阀门或者管道内有异物

调节阀前、后的截止阀是否全开或堵塞；管道中是否有清洗用钢丝球、积碳等杂物残留在管道内；疏水调阀阀芯及阀笼是否有积碳或者异物堵塞。这些情况都会使整个高压加热器疏水的通流面积减少，造成疏水不畅。

(4)疏冷段泄漏

在排除计量表计测量不准的前提下，疏水不畅很可能是由于疏冷段泄漏造成的，造成此问题的可能原因有：

a)换热管泄漏。高压加热器水侧与汽侧压差较大，换热管泄漏后直接冲刷在疏冷段的钢板上，导致冲坏焊缝造成泄漏。

b)升负荷时，没有控制好高压加热器温升速率或者疏水温度过高，引起焊缝断裂，造成泄漏。

对于以上情况，常规的解决办法有以下几点：

(1)根据设计图纸和现场安装情况重新标定水位设定值。当高压加热器疏水情况仍不能满足要求，通过水位抬升调整试验加以改善。

(2)根据现场实际运行参数(抽汽疏水温度压力，给水流量等)计算高压加热器疏水流量，核实疏水调阀通流量能否满足现场实际工况的调节要求。

(3)对疏水阀门及管道进行检查。

(4)对高压加热器进行查漏并修补，后续运行中严格按照说明书操作。

2 带外置式疏水冷却器的低压加热器疏水不畅

外置低压加热器的疏水原理同高压加热器。

带外置式疏水冷却器的末级低压加热器的疏水原理：将外置式疏水冷却器外置并布置在整个机组底部，通过高位差来实现正常疏水。

在国内新建大型发电机组中，末级低压加热器大都配有外置式疏水冷却器。随着机组容量的提升，传统的内置式低压加热器在大型发电机组中管道布置的空间越来越小，加上末级低压加热器抽汽压力非常低，甚至是负压，因此极易引起疏水不畅。为解决此问题，外置式疏水冷却器的低压加热器方案应运而生。

2.1 将低压加热器疏冷段外置并布置在整个机组底部，通过高位差来疏水，理论上可以有效避免传统内置式低压加热器发生的疏水不畅问题，但是在实际投运后，近两年末级低压加热器疏水不畅的现象仍时有发生。

2.2 下文将列举两个典型的带外置式疏水冷却器的低压加热器疏水不畅情况、原因分析及解决方案。

(1)电厂A现场情况：

该机组9号低压加热器疏水曾出现多次满水情况，主要出现在高负荷阶段。最后一次在2017年7月，工况：机组负荷1 000 MW，主蒸汽压力27.53 MPa，主蒸汽温度597 ℃，再热蒸汽压力5.51 MPa，再热蒸汽温度618 ℃，凝结水流量2 783 t/h。在满水期间现场测量9号低压加热器筒体下部温度高，上部温度低。

机组8、9号低压加热器在高负荷情况下振动剧烈，均曾出现振断支吊架吊杆，振动间歇情况。机组停机检修期间，现场检查发现振动触发点疑似在8、9号低压加热器疏水汇合处的9号低压加热器疏水管侧。机组容量核定试验期间，尝试调节凝结水至低温省煤器凝结水流量，将流量从790 t/h降至500 t/h后振动幅度无明显变化，但振动间隔有所延长，其振动出现时间间隔无固定规律可循。

(2) 电厂B现场情况：

在基本满负荷下8号低压加热器水位短时间内从-100 mm突然涨至200 mm，随后匀速上升至测量上限820 mm且继续上涨。疏水冷却器出口温度亦快速上升至约75 ℃并趋于稳定。次日凌晨，负荷降至80%左右时，水位突然从高位下降至-100 mm的正常水位，且可以确定是通过疏水立管排走的。随后8号低压加热器水位再次开始上升。隔离7、8号低压加热器后，水位并未下降。现场8号低压加热器疏水出口处可以听到间断的不规律间断冲击声。在此期间7号低压加热器水位一直正常，疏水温度无异常。

2.3 原因分析

(1)末级两台低压加热器疏水存在温差、压差，在疏水汇合处出现串流，较高温度、压力的低压加热器疏水挤压进入较低温度、压力的低压加热器疏水管路。

(2)末级两台低压加热器疏水管内，疏水在疏水管路汇合点后很可能存在汽化现象，导致后段管道管损增加堵塞管道。

(3)末级两台低压加热器实际运行参数偏离原设计，导致管道中的原设计水封被破坏。

3 解决方案

根据上述原因分析，要解决带外置式疏水冷却器低压加热器系统的疏水不畅问题，关键点在于如何避免疏水管道内部产生气液两相流。下面提供两种解决方案供参考。

方案一：

由于末级低压加热器疏水是靠抽汽压力以及布置高度差完成疏水，因此只要布置时保证疏水管内部建立足够的水封高度(包括抽汽压力变动的部分)，使得两台低压加热器汇合点后疏水管内部为纯水状态，最大限度地降低管内气液两相流，即可解决带外置式疏水冷却器低压加热器系统的疏水不畅问题。

具体布置要求如下所述：

a)抬高疏水立管进口高度。需核算各工况下运行液位高度。原则上理论水位要高于疏水冷却器疏水出口高度，再加约1 m的余量。同时要保证另一台低压加热器液位不能过高，以免进入低压加热器设备本体。

b)两台末级低压加热器的汇合点要尽量放低，整体疏水管路采用U型布置。若条件允许可考虑深挖，保证U型水封的建立。

c)在设计时，考虑将末级低压加热器布置位置尽量抬高，方便后续疏水冷却器管道布置。后续改造时，考虑将疏水冷却器深埋，以满足水封核算要求。

低压加热器疏水管内理论液位计算公式如下

式中：

P疏——疏水冷却器压降；

P管——管道总压损；

P凝——凝汽器喉部压力；

P低——低压加热器抽汽压力；

V疏——疏水冷却器出口比容；

V低——低压加热器疏水出口比容；

H——假定疏水冷却器疏水至凝汽器的疏水立管进口高度；

h——由H计算得出的低压加热器疏水管内理论液位；

通过变化量H，在各工况下计算得出h。当h满足上述所有布置要求后，即可得到实际布置的疏水冷却器疏水至凝汽器的疏水立管进口高度。整体布置如图1所示。

图1 疏水管道布置示意图

方案二：

方案一虽然能够在源头上解决疏水不畅问题，但是有时受限于现场布置条件可能无法采用这种布置，因此提供另一种解决思路。

(1)将疏水冷却器入口管管径放大，保持汇合后的疏水流速基本不变。

(2)疏水冷却器入口采取Y型汇合三通，分别引入8、9号低压加热器疏水。

(3)Y型汇合三通斜向下布置。

(4)原有管路进行适当移动，以适应Y型汇合三通的连接。

(5)8号低压加热器疏水引入Y型汇合三通前布置一个水平段，并加装一道手动蝶阀，用以调整8号低压加热器疏水与9号低压加热器疏水间的压力平衡。

(6)复测疏水管水平段安装坡度。确保安装坡度顺介质流向向下。

(7)设计院根据现场布置情况，优化管道支吊架，在适当位置增加限位。

4 结 论

4.1 高压加热器疏水不畅，常规解决方案如下：

(1)根据设计图纸和现场安装情况重新标定现场运行水位。当高压加热器疏水情况仍不能满足要求，通过水位抬升调整加以改善。

(2)根据现场实际运行参数(抽汽疏水温度压力，给水流量等)计算疏水流量，核实调阀实际通流量能否满足现场实际工况的调节要求。

(3)对阀门及管道进行检查。

(4)对高压加热器内部进行查漏并修补。后续运行时应严格按照系统说明书操作。

4.2 低压加热器疏水不畅，常规解决方案如下：

根据现场末级低压加热器实际运行参数，优化管道布置，避免在管道中产生气液两相流。