汽轮机高压加热器疏水系统优化

周奇龙

摘要：某化工厂热电中心汽轮机高压加热器原有疏水系统运行可靠性差，加热器水位调整困难，长期处于无水位运行，浪费高品质热源;同时由于疏水管中汽液两相流动的存在，造成的管道振动、冲刷、管壁减薄等问题则带来较大安全隐患。上述问题对机组的安全稳定生产及经济运行带来诸多不利影响。通过应用新型汽液两相流疏水调节器，有效解决了高压加热器疏水系统可靠性差问题，改造实践证明，新型汽液两相流疏水调节器工作可靠，维护方便，经济效益显著。

关键词：加热器;波动;汽液两相流;改造

某化工厂热电生产中心两台机组，汽轮机选用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的型号为 CZK50-9.3/4.2高压单缸、单抽冷凝式、直接空冷汽轮发电机组。由于设计原因，电动调节阀是电动机械传动，线性度不好，调节系统滞后，调节品质差，不能实现系统准确自动调节，其运行的稳定性、可靠性没有保障，造成高加疏水水位不易控制。为了防止加热器汽侧满水，运行有时需开旁路门，致使加热器处于无水位状态，造成#2高压加热器抽汽进入#1高压加热器，排挤了#1高压加热器的抽汽量，增加了高品质蒸汽的消耗，大大降低了回热循环的经济性。由于高压加热器处于低水位甚至无水位运行，蒸汽进入疏水管道和下一级加热器，形成蒸汽和疏水两相流动，容积流量增加，流速增大，造成管道振动。同时，两相流动造成疏水管道、弯头和加热器钢管冲蚀减薄，多次导致管道、加热器泄漏事故，影响加热器的安全运行，影响下一级加热效率。

1 有关汽液两相流自调节技术的可行性

对高加疏水系统进行了认真地分析，明确了由于高加疏水水位波动大、自调节能力差是最终造成高加疏水水位调整困难，长期处于无水位运行，系统管道振动、冲刷、管壁减薄等问题的主要原因。通过对高加疏水系统地综合分析认为，该系统必须能够将高压加热器汽侧的疏水顺利的导出，保证高压加热器的安全、经济运行，同时又需运行中的高压加热器汽侧保持一定的水位，防止高品质汽源进入下一级加热器从而造成能源浪费。这就要求该系统要有进行水位自调节的设备， 且该设备具有良好的自调节能力，可根据低压加热器水位的高低实现自动调节。

1.1 调节原理

由于传统的浮球式、汽动式、电动式调节阀自调节能力差，灵敏度低。不能保证高压加热器水位在一个稳定的范围内自动调节，因此不适用于高压加热器疏水调节，通过对“汽液两相流自调节液位控制阀”工作原理的分析我们发现，汽液两相流疏水调节器是基于流体力学理论，采用汽液两相流自平衡原理，利用汽液变化的自调节特性控制容器出口液体而设计的一种新型水位控制器。该控制阀采用“汽液两相流”原理，忽需外力驱动，其执行机构的动力源来自所需控制对象的汽体，对于高热加热器它的动力源就是本级的蒸汽。由于汽液的比容相差很大，所以动力源所需蒸汽量很小，其调节过程是汽液两相在流动过程中，汽相比容迅速增大而液相的基本不变，这使得液相的有效流通面积减少。液相流量随之减少，汽相对液相起到了调节作用， 从而使加热器达到相对稳定的液位。（如图 1 所示）。

当加热器液位较低时，疏水由疏水阀入口进入，调节汽由进汽口进入阀体，在阀体内部疏水與调节汽混合，一同流向阀体的喉部，由于阀体喉部的截面积不变，疏水的有效通流面积将相应减少， 使疏水水量降低，从而达到阻碍疏水的作用。而当加热器水位较高时，调节汽入口管充满疏水，不能阻碍疏水的正常导出，使加热器水位迅速降低，保证了加热器在规定的范围内自动调节。（如图 2 所示）。

如 图 2 所示，信号管的作用是采集、发送加热器水位信号（液相）和调节用汽量信号（汽相）， 进入控制阀，完成常规自动控制中测量、变送、给定值设定、偏差比较、放大运算等功能。 控制阀由壳体、喷嘴、扩压段组成（见图 3），喷嘴和扩压段组成缩放型通道。

疏水进入控制阀后，先在喷嘴中收缩加速，来自信号管的一定量的调节汽体由喉部缝隙进入，与疏水相互作用后流出控制阀。控制阀的作用是控制出口水量，相当于常规自动控制机构的执行机构。整个疏水系统调节原理过程：当加热器水位上升时，传感器（信号管）内水位也随之上升，导致发送的调节汽量减少，因而通过控制阀中的两相流中的汽量减少，喉部有效通流面积增加，疏水量增加，加热器水位随之下降。反之亦然。在整个系统内存在汽液两相自调节的优点就是利用加热器本身的水位信号作为反馈信号，实现对疏水量的自动调节，从而保证加热器水位在设定的范围内变化， 同时该控制阀不需要电力驱动，在保证安全生产经济运行的同时，节约了大量的人力、物力和电能。

1.2 调节系统的稳定性分析

调节系统的稳定性是指液位自调节装置在调节过程中所能达到的稳定状态即自动调节装置能使加热器内液位维持在某一位置不变的状态。当调节汽入口端管开口全部浸没在水中时，自动调节装置内没有调节汽，此时，系统不存在调节作用;当水位有变化时，入口端管口的开口端部分或全部露出时，说明加热器内水位下降，调节汽进入调节装置，发挥其调节作用。

2 对高加疏水系统的改造、运行

2.1 对高加疏水系统汽液两相流自调节的改造

利用某化工厂热电中心大检修机会，应用“汽液两相流自调节液位控制阀”对#1、#2汽轮机组高加疏水系统进行改造。对原有的高压加热器疏水系统进行完善，以满足“汽液两相流自调节液位控制阀”的工作需要，同时使高加疏水系统更趋合理。拆除了高加疏水系统原有的系统管线、疏水调整门，加装高加水位信号管、汽液两相流自调节液位控制阀，新装管线全部采用不锈钢材质，提高管线抗冲刷能力，保证系统的平稳运行。见系统安装图（如图 4 所示）。

系统现场安装的要求：

⑴液位自调节装置无互换性需对号安装，应保证壳体上箭头方向与疏水流向相同。

⑵液位自调节装置在安装时应尽量靠近容器本体，水平、垂直安装均可、不影响使用效果。

⑶入口阀与液位自调节装置可以直接连接，也可以有≤250 ㎜的短管连接，但入口阀前、液位自调节装置后应有≥200mm 的直管段。

⑷信号管中心高度为正常工作水位点，与疏水管安装走向同一侧。

2.2 改造后的运行情况

2.2.1 加热器水位稳定

现场运行实践表明，该疏水调节器投运后，当机组负荷在 20%-100%范围内变动时加热器水位在180—300mm 范围内波动，并能全自动调节。而且， 在一次调整到位后不再需要调整，即可随机启停， 大大减轻了运行人员的操作调整工作。

2.2.2 减少了检修维护量

由于汽液两相流自调节装置无机械运动部件和电气元件，采用全封闭结构，装置密封性好。高加疏水系统故障率大幅降低，减轻了现场检修人员的维修工作量。

2.2.3 高加可靠性明显提高

汽液两相流自调节装置投运后，解决了加热器水位调整困难的问题，减少了高加泄漏次数，提高了高加投入率，同时还降低了疏水管道两相流冲蚀爆破的危险。

2.2.4 提高了給水温度，具有明显的节能效果

加热器疏水水位的合理调整与维持，有效地提高了加热器热效率，同时还提高了高加投入率，使机组年平均给水温度提高了约 3.5°C，机组的回热效率有了很大提高。

3 结论

经改造后，该汽液两相流疏水调节器运行良好，调节性能优良，很好地解决了加热器水位不易维持的问题;水位 能够稳定在一定范围内，即使机组负荷有较大的变化，仍然 能够自动调整疏水至正常水位。高加疏水系统改造后故障率降低，投入率大大提高，回热效率得到提升，为进一步降低热电厂发电标煤耗提供了帮助。疏水调节器具有显著的节能效益。

4 结束语

循环水冷却水系统因供水装置的生产工艺、换热设备、换热介质、水质要求、补水水质情况、自身设计情况、气候及周边环境影响，每套循环水系统的腐蚀结垢极微生物生长规律都有其各自特点， 掌握这些规律与各自特点，结合参考加药量细化管理采取有针对性的措施适时适当调整加药操作，是保证水质稳定，降低药剂费用的有效途径。

参考文献：

[1]李慧君.汽液两相自调节水位控制器的理论研究. 西安交通大学能源与动力工程学院.1993.

[2]西安东冠节能环保公司《DG-K9 型液位自调节装置》.

[3]仪化热电生产中心.《汽轮机运行技术规程》.

[4]王政宽.关于工厂管道流速的选用 [J].医药工程设计，1985（06）：32-36.

[5]汉景新.高加水位不稳的原因及解决方法 [J].科技资讯，2007（20）：93-94.

[6]薛朝霞.高加水位运行不稳定的原因分析及改进措施 [J].河北电力技术，2004，02：39-40.

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头  014010）