超临界 600MW机组低压加热器疏水改造

时间：2024-07-28

朱宝森

(华电潍坊发电有限公司,山东潍坊 261204)

1 #7、#8低压加热器疏水改造前的情况

某公司#3、#4机组从试运行到投产一直存在着#7、#8低压加热器(以下简称低加)正常疏水无法逐级自流的现象。机组在 THA工况下,#7、#8低加的疏水压差达不到设计压差 46.69 kPa,实际只有 31 kPa左右,且存在#6、#7低加抽汽温度超温现象,以上情况均造成疏水困难,无法实现低压加热器的正常疏水。

从现场情况来看,管线布置复杂、管径偏细,存在爬坡和 U形弯,造成管线沿程和局部阻力损失过大。疏水仅靠抽汽压差的作用无法克服系统阻力,造成疏水不畅。被迫开启#7低加危急疏水门来保持低加水位。由于#7、#8低加疏水不畅,造成机组热耗升高 10 kJ/(kW·h),回热循环效率降低。

2 #7、#8低加疏水现场布置情况

2.1 改造效果调查

通过调查发现,位于凝汽器喉部的#7、#8低加正常疏水不畅在已投产和近期投产的机组中带有一定的普遍性。国内亚临界 300MW机组疏水不畅最早出现在山东石横电厂,当机组负荷降至额定负荷的 70%时,由于#7、#8低加疏水压差只有 38.9 kPa,而#7低加正常疏水出口至#8低加进口高差提升约 2m后,疏水压差已经难以克服正常疏水调节阀与两侧隔离阀及疏水管道的阻力,致使#7低压加热器无法正常疏水,出现疏水不畅。

从现有的资料看,有的电厂更改了疏水口位置,将正常疏水管道重新布置后,该问题得到解决或部分解决。目前,设计单位在设计疏水口的位置时,设计成侧出上进形式,较石横电厂早期的疏水高差已经有所减少。因此,理论上#7、#8低加通过合理的管道布置和阀门改造,可以实现正常疏水。

2.1 现场管道实际布置情况

现场疏水口位置及管线走向如图 1所示。

图1 #7、#8低加疏水布置简图

从现场实际运行负荷来看,#7、#8低加疏水压差一般在 31kPa左右,管线现场测绘情况如图2所示。

图2 #7、#8低加实际疏水管线布置图

3 低压加热器疏水阻力论证

3.1 现场疏水管道及阀门情况

现场疏水调阀前管道管径为Ø194mm×5mm,调阀后疏水管径为 Ø219mm×9mm,调阀前截门公称直径为 DN175,阀后截门公称直径为 DN195。

管道走向为由#7低加的中部出来,经过 1个 T形三通,向上为正常疏水,向下为危急疏水,正常疏水向上后为方便调阀布置,管道向南走到 6.9m层基础之上,然后向下水平布置调阀,再向上进入#8低加顶部疏水口。

3.2 初步阻力计算

对系统阻力进行初步计算:查阅汽轮机热平衡图:在 VWO工况下,#7低加到#8低加的疏水量为232t/h,疏水温度为 60℃,运动粘度为 0.469×10-6m2/s;现场管线长度为 19850mm,90°弯头数量有 6个弯头、弯头数量为 1个,一个阻力较大的 T形三通,2个闸阀。

经计算系统阻力(沿程和局部阻力损失)为17.61 kPa,加上#7低加疏水冷却段压损 10 kPa,疏水管道爬坡静压头 15 kPa。

去除调节阀阻力后整个系统阻力为 17.61+10+15=42.61(kPa),实际的最大抽汽压差为 31 kPa,再加上调阀的阻力,抽汽压差已无法克服系统阻力。因此,无法实现#7低加正常疏水要求。

4 低加疏水改造方案论证

4.1 改变疏水口位置方案

针对存在的问题,考虑降低疏水口的位置,减少疏水位差,即将#8低加疏水口改到加热器的下部或更改到加热器的侧面。

(1)疏水口位置更改到#8低加的下部,会面临2个问题,一是由于#7低加的疏水温度较高,在进入#8低加时由于压力骤降造成汽化,影响加热器水位的稳定,严重造成加热器危急疏水门的误开。二是如更改到加热器的下方,为避免疏水对换热管造成损伤,需要将低压加热器芯子托出 7～8m,在加热器的底部开孔加装防冲蚀板。该方案现场施工困难,且更改后现场空间无法布置调阀,改造难度大。

(2)疏水口位置更改到#8低加侧下方。这种方案对于加热器危急疏水和正常疏水分别布置在加热器两端的方式比较有效,即加热器正常疏水和危急疏水分两侧布置,正常疏水布置在加热器椭圆封头处。这样,就可以在#8低加的椭圆封头处开孔,安装 1个接管座,再另做 1个扩容减压管件,扩容减压管件底部封住,周侧开小孔。然后,将管件装入管座后焊接,这种方法简单易行且便于操作。但从现场布置来看,正常疏水和危急疏水应在加热器前水室。如果按此方案实施,将增加现场管线长度和弯头数量,最后可能导致改造后的位差收益被管线长度抵消而达不到改造效果。

2个方案在现场均实施不了,考虑对现有的阻力构成情况进行分析并查看还可以做哪些工作来降低系统阻力。

4.2 管线改造方案

(1)#7低加的疏水端差设计为 5.6℃,造成的疏水阻力为 10 kPa左右。此问题属于加热器设计原因,不能进行更改。

(2)查看管线布置现场,发现疏水高度可以进行微改,因为在进行疏水设计时,要求接管座的高度为 15～20cm,安装公司施工时为了安装方便将高度加高了 200mm左右。因此,如果将此短节割去加上变径弯头,可以降低疏水高差到 1300mm。

(3)#7低加出口应用了局部阻力系数较大的 T形三通,查阅资料发现,该三通的阻力因数 §=1.3,而如果改造成水平三通后 §=0.1,将大大降低局部阻力损失[1]。

(4)将#7低加疏水调阀布置在#7、#8低加前方,以减少管道长度和弯头数量;加大管径,将疏水速度降低,进一步减少沿程和局部阻力损失。通过计算,将阀前管道改造为 Ø273mm×11mm,阀后管径进行了如下的计算:

查阅#7段抽汽温度为 110℃,#7低加疏水温度为 71℃(对应饱和压力 32.57kPa)、抽汽压力为52.96kPa、抽汽压损考虑 5%。

当前大气压 101.2kPa,#7低加疏水绝对压力为 101.2-52.96=48.24(kPa),实际疏水口压力为48.24×0.95-10=35.83(kPa)。

因此,要求管线压降不能大于 35.83-32.57=3.26(kPa)。考虑到调阀的阻力,阀后流体可能出现汽化,需要采用比阀前大一个规格的管道 Ø325 mm×8mm。同时,弯头数量减少为 5个,1个 45°弯头,则管道总的阻力降低为 2.58kPa[1]。

(5)将疏水阻力较大的疏水调阀改造成为疏水球阀,现场应用 FISHER公司生产的直径 20 cm调阀,行程为 7.62 cm,如果取消直通式的调节阀更换成通流能力大一倍的疏水球阀,可降低阻力 2～3 kPa,但该项目实施费用较高,且无法满足工期要求。因此,考虑将疏水闸阀去除,经计算可以降低阻力0.3kPa[1]。

如果现场实施 5个项目改造,整个系统阻力在2.28+10+13=25.28(kPa),该阻力已经低于#7、#8低加实际抽汽压差,可以实现#7低加疏水逐级自流工作。