电站空冷技术交流

2013年10月
空冷（直冷、间冷）机组专业技术交流材料
薛海君
(双良节能系统股份有限公司)
目录:
1. 空冷系统冬季运行设备故障诊断问题分析
2. 空冷系统夏季运行故障诊断分析
3. 空冷系统设备故障、日常维护及防大风措施
1. 空冷系统冬季运行设备故障诊断问题分析
空冷系统普遍应用在我国北方寒冷地区，冬季的环境温度长时间处在0℃以下，直冷项目的极端最低气温达到-47℃，间冷项目极端最低气温也达-37℃。

所以，凝汽器或散热器和管道的冻结损坏事故发生得较多，防冻已成为空冷系统冬季运行的主要问题，.
1.1直接空冷系统
1.1.1冻结原因（机理）
直接空冷凝汽器：凝汽器管内流动的流体是水蒸汽、水和不凝性气体的混合物，随着水蒸汽的凝结，水蒸汽组分不断减少，不凝性气体（主要是漏入负压系统内的空气）所占组分不断增加，同时，管内流体温度也逐渐降低。

水蒸汽组分减少就意味着水蒸汽的分压降低，当水蒸气的组分降低至蒸汽分压为0.6KPa时，管内流体温度达到0℃，水就会结冰，尽管此时管内流体中蒸汽与不凝性气体的混合气体
全压（或者背压）可能还比较高。

我们知道，管内流体中的气体是水蒸汽和不凝性气体的混合气体，其温度与水蒸汽组分的分压相关，水蒸汽分压又与水蒸汽组分所占混合气体的比例大小相关；
当水蒸汽的比例小时，水蒸汽分压就低，管内气体的温度就低。

因此，凝汽器管内的不凝性气体的组分增加，水蒸气组分减少，是冬季凝汽器发生冻结的必要条件。

凝结水和疏水管道：环境温度低，管道内水的显热向低温环境散发较快，当水温降低到0℃时就发生冻结。

1.1.2不凝性气体在凝汽器管束内聚集和管束局部低温现象
以下照片是红外线成像仪拍摄的凝汽器表面温度场的照片，从图片可以清楚地看到，凝汽器表面的温度场是不均匀的，甚至相差很大。

照片中暗色部分是温度较低的区域，在这些区域的传热管内部，聚集了较多的不凝性气体，蒸汽的分压较
低。

1.1.3以上照片显示的管束表面温度低的区域，在此区域的传热管内形成了不凝性气体
聚集
造成不凝性气体聚集的主要原因：
1）进入该区域的蒸汽流量相对少。

➢蒸汽流量分配不均匀
常出现在每列凝汽器管束蒸汽入口处边管区域、蒸汽分配管变径处管束等部
位（蒸汽分配管流速高）；
➢冷却单元内凝汽器部分区域风速太高，换热能力强，蒸汽凝结量大，进入此区域的蒸汽量相对不足，管内气体压力偏低，不凝性气体容易聚集，形成气体
不流动的“死区”，导致局部冷管出现
2）不凝性气体排出不畅；或不凝性气体漏入量太大，来不及排出
➢在抽气口（逆流管束上部）区域温度低，抽气管温度低,
可能是抽气管道堵塞（如管内存较多凝结水）
背压低，抽气量大幅度减少
➢管束泄漏处或在泄漏处附近出现冷管现象
1.1.4直接空冷系统防冻措施
1）应用较多的有效措施
➢设置蒸汽隔离阀
用于机组在冬季启动过程中，没有设置蒸汽旁路或旁路蒸汽量少
冬季长时间低负荷运行时（如供热机组）。

➢凝结水管道、抽真空管道和疏水管道的保温，疏水管道伴热
➢凝汽器表面遮盖毡布或风机入风口封堵
➢提高背压
2）应重视的措施
➢提高系统的真空严密性
减少不凝性气体的漏入量
➢风机控制，尽可能在均匀低速模式运行
避免部分风机高速运转
➢巡视检查工作
1.2间接空冷系统
一般认为，间接空冷系统采用的是自然通风方式，其防冻手段不如直接空冷多，防冻难度更大。

1.2.1冻结的主要原因
部分散热器管束循环水流动不畅或流速过低，导致水温降低到0℃。

对于一些冻结事故分析，发现原因大多数是排气管或排汽环管冻结，引起散热器排气不畅或堵塞，气体滞留在散热器顶部没有排除，导致散热器管内循环水流动受阻。

1.2.2 系统设计考虑的防冻措施
1）紧急泄水阀
当循环水泵失电后，能够把散热器内的水及时排空。

2）各扇区水温传感器、进出水阀和泄水阀
循环水低温报警和阀门故障保护，必要时可打开泄水阀排水至地下水箱。

3）百叶窗调节散热器的进风量和进行水温控制
4）排气管道、阀门伴热和保温
1.2.3 散热器防冻应注意事项
➢严格按照安装要求进行施工，做好排气管立管的伴热和保温工作，防止结冰。

➢冷却三角（散热器）顶部的排气软管、环管内不能存水。

2. 空冷系统夏季运行故障诊断分析
不论是直接空冷系统还是间接空冷系统，电厂夏季运行中遇到的最大问题还是空冷系统出力不够，机组不能满发。

在系统设计时，环境设计气温取值并不是按照当地极端最高气温取值的，而是按200小时不满发的原则取值的。

从理论上讲，每年环境温度最高的若干小时是不保证满发的，允许不满发小时数不大于200小时。

但是，不少机组在投运数年后，实际上不满发小时数远远大于上述值。

2.1 机组不满发的原因
2.1.1 直接空冷凝汽器或间接空冷散热器翅片表面老化
以单排管为例，铝制翅片受大气腐蚀的影响，表面变得粗糙，空气侧风阻力会增大，空冷凝汽器的通风量减少，影响空冷出力。

间接空冷散热器也存在同样的问题。

往往出现的情况是，机组在刚投运性能考核时，是合格的(通过性能验收)。

但是，经过几年运行后，换热性能变差。

2.1.2 系统的真空严密性
目前，直接空冷系统的真空严密性指标确定为200Pa/min，如果超过此值就判为不合格。

凝汽器内部的不凝性气体对换热效率影响较大，超标很多的空冷系统换热能力会大幅度下降。

2.1.3 凝汽器表面脏污的影响
凝汽器表面的胀污，（1）增加空气侧的阻力，使凝汽器的通风量大大减少，换热能力减弱；（2）当脏污较严重时，会形成热阻，影响换热。

（1）杨絮
春季的杨絮对凝汽器或散热器影响很大，而且这些絮状物很容易钻进翅片中，难以清除干净。

由于清洗的压力不够，用空冷设备配置的清洗装置很难将杨絮清洗干净，往往还需要专门的高压人工清洗。

（2）沙尘和其它污物
附着在翅片表面，加大空气流动阻力，减少了凝汽器的通风量。

可以用空冷系统配置的清洗装置清洗。

2.1.4凝汽器的换热面积配置不足
早期（08年以前）投运的空冷系统，系统投资额较高，煤价较低，为了降低初投资，ITD（初始温差）一般取值较大，设计气温低或设计背压高，换热面积偏小。

在国内，不少项目采用的低价中标的招标方式，空冷供应商为降低成本普遍减少凝汽器或散热器换热面积的余量，也形成了面积配置不足的情况。

2.1.5空冷系统风通道的密封
对安装质量重视不够，冷却单元的密封往往被忽视，漏风处多，漏风量大。

实际上，这些对满发也有较大影响。

2.1.6环境风的影响
对机组的满发影响较大，下一节专门论述。

2.2 机组不满发的解决办法
2.2.1 空冷凝汽器表面的清洗
人工高压清洗
这种清洗方式工作量大，每年可以清洗一次，由专业公司完成，主要是去除镶嵌在翅片中的杨絮等难以用清洗装置去除的脏污。

高压人工清洗的效果很好，清洗前后对比，排汽背压相差10kPa左右。

清洗装置清洗
夏季运行中，应经常清洗。

现在有改进的清洗装置，采用气水混合式的清洗方式，可以减少清洗水的消耗，清洗效果更好。

2.2.2 间冷散热器表面的清洗
从应用的情况看，以前使用的塔外清洗方法，因百叶窗的阻隔，清洗效果不好。

现在应用塔内清洗的方式，清洗的效果更好。

2.2.3 增设喷雾冷却装置
在直接空冷凝汽器冷却单元内，增加喷水雾降温的装置，可降低凝汽器入口空气的温度，强化换热，能起到一定的降低背压作用（3-5kPa）。

但是，需要消耗较多的除盐水。

2.2.4 对空冷系统改造
（1）直接空冷系统
增设蒸发冷却系统
在空冷系统中并联增设了一套蒸发冷却系统。

蒸发冷却系统的换热主要是通过水的蒸发把热量带走，属于水冷的方式，这种改造实际上是把空冷系统改造为空冷与水冷组合的系统，降低机组背压效果明显，但是耗水量很大。

从节水角度考虑，是不推荐的。

对于缺水地区，水价较高时经济性也还需要认真评估。

增加换热单元
主要是增加空冷凝汽器的排或列的数量，增加风机单元数和换热面积。

对于场地等条件具备的发电项目，我认为值得推荐。

多排管更换为单排管
以前项目有采用双排管或三排管的。

从翅化比、传热效率和风机功率消耗来看，单排管有明显的优势，此外，单排管的防冻性能更好。

更换后，空冷系统的换热能力可以大幅度地增加，运行经济性提高
（2）间接空冷系统
增设尖峰冷却装置。

尖峰冷却装置是一种机力通风的空气冷却系统，可以在环境气温较高时承担部分循环水的热负荷，实现满发的目标。

2.2.5新扩建项目应注意加大空冷系统的面积裕量
建议留3-5kPa的背压裕量。

3. 空冷系统设备故障、日常维护及防大风措施
3.1设备故障
凝结水管道振动
这种情况比较常见，主要与凝结水管道设计相关。

产生的原因：（1）凝结水从空冷平台流下时具有较大动能，对下部管道形成较强的冲击，造成振动。

（2）排汽装置内设置有预除氧的喷嘴，需要一定的压头，凝结水管道不能提供较为稳定的凝结水压力。

解决措施：依靠空冷厂家，对凝结水管道进行改造，采用增设节流装置，改变管道的走向等的办法。

风机振动
原因较为复杂，与风机桥设计、结构件的安装质量、风机选型、变频器设置等因素相关。

经常遇到的现象：风机电机晃动、风机桥共振等、减速机异响。

解决措施：（1）改变风机桥的固有频率，比如，增加风机桥刚度，加斜向支撑等。

（2）解决钢结构件的安装质量问题。

（3）更改变频器设置。

3.2日常维护
空冷系统的设备，如风机、减速机、电机等动设备，其日常维护见维护保养手册，不再做介绍。

建议重视以下工作。

3.2.1真空严密性
真空严密性直接影响机组背压、凝结水过冷度和含氧量，对机组运行的经济性影响较大，对满发和防冻也有较大影响。

当出现真空严密性不合格时，应积极检漏堵漏。

空冷系统的各部件的温度变化或差异较大，造成一些构件承受较大的热应力，有时发生变形，严重的甚至造成焊缝开裂，导致泄漏。

特别是对管道、凝汽器的焊缝应经常检查，开裂处能够及时发现和焊补。

3.2.2凝汽器清洗
夏季清洗凝汽器或散热器表面是很重要的维护工作。

只有做好清洗工作，保持凝汽器或散热器表面清洁，空冷系统性能才能达到设计指标和要求。

3.2.3减少风系统漏风量
对各单元门的正常关启进行检查，对各风机单元漏风处进行封堵
3.3防大风措施
3.3.1环境大风对空冷系统影响
根据数模计算结果，当环境风速超过6m/s时，风对直接空冷系统的作用主要是在风机入口处附加了较大的静压值，造成风机风量下降，也就是风机“吸不上风”，有时我们也称这种大风作用为横切风的影响。

此外，大风也能够在空冷单元内部造成涡流，使通过凝汽器的空气流量更进一步减少。

由于大风作用使通过凝汽器的空气流量减少很多，凝汽器换热量少，机组背压升高，影响了机组夏季满发。

3.3.2 采取解决措施
1）选用静压裕度更大的风机
由于风的作用，风机入口处静压增高，风机的运行点将偏离设计点。

为了使风机在静压升高后仍保持在工作区运行，必须在风机选型时留有足够的静压裕度。

2）增设防风网
在空冷平台四周，风机入口高度以下，增设防风网。

防风网的特性：当风速较高时，能够大大降低通过的风速，比如可以把20m/s的来风降低到6m/s左右通过；但在低风速时，防风网的阻力较小，不会额外增加风机的功率消耗。

➢数模计算，增设防风网前后的各风机风量对比（600MW机组）：
装防风网前
装防风网后
➢安装防风网工程实例
装设防风网机组实际运行情况（满发）：
10月9日，8:30-9:30时，平均风速7.3m/s，背压 -90.℃
10月22日，10:00-11:00时，平均风速24.7m/s时，背压 -℃
.37.。