直接空冷系统发生冰冻的原因分析和对策

焦东新

（大同煤矿集团同达热电有限公司，山西 大同 037001）

摘要：直接空冷系统广泛应用于北方热电联产机组，冬季供热与空冷防冻矛盾突出，防冻措施不到位会直接影响机组安全运行和稳定供热。现阐述空冷发生冰冻的原因、防冻的具体措施及发生冰冻后的解决办法。

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关键词 ：直接空冷系统；冰冻；原因；措施；处理方法

1直接空冷系统冰冻的原因

1.1热源和冷源不匹配

空冷岛发生冰冻源于热源和冷源的较量，理论上讲，进入空冷岛的蒸汽携带的热量只要能使蒸汽和凝结水通过的金属管道壁温不低于0 ℃，蒸汽或凝结水就不会在金属表面结冰。如果进入空冷岛的热量不足，难以保证散热器管束和凝结水管道金属温度保持0 ℃以上，那么凝结水在此金属表面上就要结冰，从而严重损坏散热器管束、凝结水和进汽管道，产生裂纹变形。

空冷系统进汽携带热量的多少，与蒸汽流量和蒸汽温度有关。空冷系统散热器的冷源与环境温度、风速、风机转速有关，环境温度是影响冷源的主要因素。

发生冰冻主要是冷源和热源不匹配造成的。热电厂冬季空冷防冻主要矛盾是在用户需要逐渐增加供热量抽汽量的同时，空冷系统也需要一定的排汽量保证正常运行。在机组负荷稳定的情况下，对外供热量增大，空冷系统的进汽量就减少，将导致空冷系统防冻更加困难。

1.2设备缺陷

1.2.1进汽蝶阀不严是造成空冷系统结冰的主要原因

空冷系统正常运行中，其风机转速和各排进汽蝶阀开关全部自动控制，当进汽量偏低时，控制逻辑根据“真空设定值”和“实际真空值”偏差大小发出关闭某街区进汽蝶阀的指令，该进汽蝶阀关闭后，如果不严有漏量，由于漏入汽量小，但散热器冷却能力强，将导致冷源能量远远大于热源能量，发生结冰现象。所以，空冷系统阀门的严密性是空冷防冻关键所在。

1.2.2空冷系统不严漏入空气

当空冷系统有漏点时，由于漏入冷空气使该处温度下降，凝结水过冷度增加，易发生冻结。例如：同煤大唐热电#1机#1排左侧凝结水母管有3道焊口有裂纹，在汽缸排汽温度60 ℃时，左侧凝结水温度只有10 ℃，处理裂纹后，凝结水温度升至58 ℃。所以，空冷系统的严密性是空冷防冻的另一个重要因素。

2防止冰冻措施

2.1热源侧采取的措施

厂家最初防冻逻辑设计如下：

（1） 顺流保护动作过程：排汽温度与凝结水温差小于8 ℃，风机转速恢复正常逻辑控制。

工况一条件：此时逆流保护未动作，顺流达保护动作条件；逆流风机保持当时转速，顺流风机转速下降。

工况二条件：逆流保护已动作，顺流保护也动作；当15 ℃＜排汽温度与凝结水温差＜18 ℃时，逆流风机转速下降，顺流风机转速保持；当温差＞18 ℃时，逆流风机转速下降，顺流风机转速也下降。

（2） 逆流保护动作过程：排汽温度与空气管温差小于10 ℃，风机转速恢复正常逻辑控制。

工况一条件：顺流保护未动作，逆流保护动作；顺流风机保持当时转速，逆流风机转速下降。

工况二条件：顺流保护已动作，逆流保护也动作；当15 ℃＜排汽温度与空气管温差＜18 ℃时，顺流风机转速下降，逆流风机转速保持；当温差＞18 ℃时，顺流风机转速下降，逆流风机转速也下降。

（3） #1、#3街区进汽蝶阀、凝结水、抽空气管电动门联锁动作：1） 当进汽蝶阀关闭后，20 min后联关凝结水门；2） 当指令需要投备用街区时，先开凝结水门，后开进汽蝶阀；3） 空气管电动门无联锁功能，保持开位。

该设计思路是设备最完善、不存在缺陷情况下的逻辑控制。但在实际运行中，发现厂家原逻辑无法满足空冷系统有泄漏时的正常运行，通过观察发现，该逻辑控制过程存在许多问题。例如：排汽温度65 ℃时，如凝结水温45 ℃，防冻保护动作，直至风机停运。但凝结水45 ℃还不会产生冰冻，此时若防冻保护动作，会导致真空下降，影响机组负荷，热电厂负荷下降会直接影响对外供热。所以根据运行经验，对空冷冬季的防冻保护逻辑进行了修改，修改后逻辑保护如下：

（1） 顺流保护修改：1） 凝结水温度任一＜40 ℃时，报警；同时环境温度＜3 ℃，顺流保护动作。2） 环境温度＞5 ℃或凝结水温度＞45 ℃，顺流保护退出。3） 当凝结水温度之一＜40 ℃时，如果逆流风机已经保护（逆流风机正在降速），则顺流风机保持当前转速；温度再下降＜35 ℃时，顺流风机开始降速，而逆流风机则继续降速。

（2） 逆流保护修改：1） 空气管温度＜35 ℃，报警；同时环境温度＜3 ℃时，逆流保护动作。2） 环境温度＞5 ℃或空气管温度＞40 ℃，保护退出。3） 当空气管温度＜35 ℃时，如果顺流已经保护（顺流风机正在降速），则逆流风机维持当前转速；当空气管温度＜30 ℃时，逆流风机开始降速，而顺流风机继续降速。4） 凝结水电动门和空气管电动门取消联锁功能，备用状态也保持全开，防止进汽蝶阀不严，产生的凝结水无法回至凝结水箱，使凝结水在水管内发生冻结。

2.2冷源侧采取的措施

（1） 散热器外部盖保温被。散热器在冬季运行时，发现个别管束温度低，该管束可能是通流能力差、流量小或有漏空气的地方，这时需将该管束与其周围几根管束包盖保温被，用正常温度管束的热量加热温度偏低管束，保证温度偏低管束冬季不冻结。如是备用街区进汽蝶阀不严，出现漏汽情况，根据漏汽情况更要盖保温被，因为街区停用后进汽蝶阀不严空冷系统很容易发生冰冻。

（2） 凝结水管加装伴热装置。冬季散热器下联箱和凝结水回水管最易发生冰冻，尤其是凝结水回水管冻，化冰很困难，回水管冻可能导致散热器的全面损坏，所以保证下水管的畅通是冬季防冻的首要任务。首先，将凝结水电动门的联关功能取消，改为手动控制，并要求在机组运行中保持全开，各街区进汽蝶阀关闭后不联关相应凝结水门，保证散热器有凝结水时及时排至凝结水箱。运行中观察，冬季不关凝结水门，由于凝结水母管的热汽返入散热器下联箱，能使联箱保持一定温度。其次，对散热器下联箱和凝结水管加装伴热装置，临时解决可在凝结水管和下联箱外部包电热毯，防冻技改时可加装伴热带，这样冬季时就能保证散热器下联箱和凝结水管温度在0 ℃以上，有少量凝结水时不存在回水过程中结冰情况的发生。

2.3确保进汽蝶阀严密

空冷系统进汽蝶阀能关闭严密，空冷系统就不会发生冻结问题。当退出运行街区的进汽蝶阀不严时，漏汽所携带的热量很快就会被冷源带走，凝结水很容易发生结冰。所以，保证进汽蝶阀的严密性是关键。如要保证阀门的严密性，蝶阀开、关行程的调整必须严格把关，尤其是蝶阀关闭位置的调整必须合适和到位，最可靠的办法是，新安装机组或机组大小修后，检修人员通过系统人孔门进入排汽管道蝶阀门芯处，直接观察门芯的准确位置，进行蝶阀开、关位置行程的调整，只有这样才能确保每个进汽蝶阀关闭的严密性。

2.4查找空冷系统漏点

空冷系统有泄漏时，漏气量大小不同，会表现出不同的运行工况，下面介绍不同工况的各种现象。

冬季散热器管束泄漏时，如漏气量小，对凝结水温度和空气管温度影响不大，空冷散热器两侧凝结水温度偏差小，但从外部散热器可用手感觉到漏空气管束处的空气明显比其他管束处温度低。如果漏气量较大，两侧凝结水温度偏差大，漏空气一侧凝结水温度低。

冬季散热器下联箱泄漏时，首先表现为凝结水温度偏低，漏量大时可清楚地听到吸气声。空冷系统有防冻逻辑保护，当凝结水温度低至动作值时，风机转速下降直至停止运行，严重影响真空值，会引起低真空保护动作。

夏季工况时，空冷系统漏空气，可从凝结水温度和空气管温度变化判断出来，不管什么地方泄漏，凝结水过冷度都会增大，排汽温度和空气管温度偏差也大。启动备用真空泵后，真空值变化较大，凝结水温度和空气管温度会升高。出现这种现象，可以肯定空冷系统不严密，有泄漏。

3发生冰冻的处理方法

空冷系统运行中，当发现部分散热器管束冻结时，在专业技术人员的指导下，可以手动干预逻辑控制进行消冰。在实际运行中，有几种不同情况采用的不同消冰方法，效果非常好。

（1） 街区在投入状态，散热器下联箱和凝结水管温度正常，而散热器部分管束冻结变形。这种情况可采取以下办法：1） 降低真空，提高排汽温度；2） 降低冻结变形管束对应的风机转速或停止风机运行；3） 对变形管束外部包盖保温被；4） 对于供热机组，可减小本机供热量，增大邻机供热量，使空冷岛的蒸汽量增大。

（2） 街区在退出状态，由于进汽蝶阀不严导致部分散热器管束冻结变形，但散热器下联箱和凝结水管温度正常。这种情况可采取以下办法：1） 对变形管束外部包盖保温被；2） 冻结变形管发生在停用街区，可手动开启停用街区进汽蝶阀，根据真空值停用一列正常运行街区；3） 对于供热机组，可减小本机供热量，增大邻机供热量，使空冷岛的蒸汽量增大；4） 散热器管束消冰完毕，该段散热器退出运行后，联系检修共同手动校验该漏汽蝶阀，但注意关闭位置要合适，防止关过头。

（3） 街区在退出状态，由于进汽蝶阀不严，不仅导致部分散热器管束冻结变形，而且散热器下联箱和凝结水管也发生冻结。这种情况是最危险的冰冻工况，部分管束的损坏不可避免，此时处理步骤如下：首先，检查冰冻的管束是否有裂纹和漏空气声，发现有变形严重和裂纹的，必须先对有裂纹的部位进行消冰和焊接处理，保证系统严密性，防止漏空气导致低真空保护动作；其次，将散热器下联箱下水口至凝结水箱管段用火烤通，由下向上逐渐消冰，消冰至下联箱下水口后，以下水口为起点，逐渐向下水口两侧消冰，保证融化的冰水及时排走；然后，采取一切可以使散热器管束升温的办法，使散热器管束升温，但切记防止二次冰冻，二次冰冻是损坏设备的主要原因。散热器设计时考虑了结冰问题，管束横断面为椭圆结构，对冰冻危害有一定的缓冲，但若发生二次冻结会损坏管束。

如果蝶阀漏汽处也冻结，此时不可进行手动校门，因为门芯已冻结，强制手动会损坏阀门。判断蝶阀是否冰冻的最好办法就是测量蝶阀前后温度，蝶阀不严漏汽时，前后温度有偏差，蝶阀前温度很高，蝶阀后温度根据漏汽量大小有所不同，但都在0 ℃以上，如果蝶阀前温度较高，而蝶阀后温度基本和环境温度一样，可以肯定门芯已冻结，也不存在漏汽情况，此时进汽口全部冻死。出现这种情况后，只要保证把散热器内管束的结冰基本消除，蝶阀及进汽口处不需要消冰，但必须采取措施保证下联箱和凝结水回水管温度在0 ℃以上，蝶阀及进汽口处的结冰等来年自然消化。

4空冷系统技术改造

厂家在设计空冷系统时，没有充分考虑热电厂空冷系统的特点，冬季时当空冷系统需要保证一定量的热负荷时，大量的抽汽用于热网加热器，使进入空冷岛的热量大大减少，环境温度越低，热网加热器抽汽量越大，进入空冷岛的蒸汽量越少，空冷岛防冰冻的任务越艰巨。建议在风机的进风口处加装电动百叶窗，空冷系统某一街区停用后，可关闭百叶窗，有效地控制冷风量，将会对防冻工作起到积极作用。

5结语

通过工作实践中的不断摸索、总结经验，进入冬季按上述技术措施开展空冷防冻工作，收到了显著效果，2008年至今同煤大唐热电有限公司#1～#4机组未发生过空冷冰冻现象，且保证了空冷系统严密性，提高了机组经济效益。

收稿日期：2015-09-08

作者简介：焦东新（1970—），男，山西大同人，助理工程师，研究方向：电厂发电运行管理。