汽液兩相流調(diào)節(jié)器在回熱系統(tǒng)中的應用研究

石麗娜

南京寧眾人力資源服務(wù)有限公司

引言

給水加熱器是給水回熱循環(huán)中加熱給水的主要設(shè)備，它利用在汽輪機中已作功的蒸汽來逐級加熱給水。按抽汽口在系統(tǒng)中的位置，在除氧器之前的稱為高壓加熱器，在除氧器之后的稱為低壓加熱器。高壓加熱器的疏水逐級自流進入除氧器，低壓加熱器的疏水逐級自流進入凝汽器。疏水裝置的作用是可靠地將加熱器中的凝結(jié)水及時排出，同時又不讓蒸汽隨同疏水一起流出，以維持加熱器汽側(cè)壓力和凝結(jié)水的水位穩(wěn)定。

發(fā)電廠中常用的疏水調(diào)節(jié)閥門按其助力方式分為氣動和電動兩種驅(qū)動方式。

氣動式調(diào)節(jié)裝置執(zhí)行機構(gòu)復雜，動作頻繁，易發(fā)生卡澀、泄露、無水位運行和疏水管路沖蝕嚴重等故障，維護工作量大，且影響汽輪機的效率。

電動式調(diào)節(jié)裝置是電動機械傳動，線性度較差，調(diào)節(jié)系統(tǒng)滯后，不能更好地實現(xiàn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，加熱器疏水的水位不易被控制。

由于水位不穩(wěn)定，調(diào)整門頻繁動作，對高加內(nèi)部及其疏水系統(tǒng)的管道沖蝕將會增大,，甚至會產(chǎn)生系統(tǒng)管道等振動；調(diào)節(jié)閥也易被沖蝕磨損，經(jīng)常出現(xiàn)故障，以至造成高加水位調(diào)節(jié)失靈，引起高加保護動作，或高加無水位運行，尤其是汽輪機變工況運行時高加水位更難以控制。

為了防止加熱器汽側(cè)滿水，運行人員需常開旁路門，致使加熱器處于無水位狀態(tài)。加熱器長期處于低水位甚至無水位運行時，蒸汽進入疏水管道和下級加熱器，形成蒸汽和疏水兩相流動，使容積流量增加，流速增大，造成管道振動并降低了回熱循環(huán)的經(jīng)濟性。水位過高則會淹沒鋼管，減少蒸汽和鋼管的接觸面積，不僅會影響熱效率，并且會造成汽輪機進水而引起葉片斷裂、大軸彎曲等事故。

為了解決上述問題，目前電廠多采用汽液兩相流調(diào)節(jié)器。該裝置工作原理簡單，自調(diào)節(jié)能力強，液位控制穩(wěn)定。此調(diào)節(jié)器的體積小，部件少、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)簡單。無機械運動部件，無電氣元件，因而其可靠性、安全性尤為突出。

1 工作原理

汽液兩相流調(diào)節(jié)器利用“汽液兩相流”原理，連續(xù)自動調(diào)節(jié)水位，摒棄了傳統(tǒng)水位控制器的機械運動部件和電氣控制元件。其本身無任何運動部件，執(zhí)行機構(gòu)的動力來自本級加熱器的蒸汽，所需的調(diào)節(jié)汽用量約為疏水容積流量的千分之三。該裝置很好地克服了傳統(tǒng)水位控制器的常發(fā)故障，使水位控制的難題得到了較好的解決。

汽液兩相流調(diào)節(jié)器的基本原理：疏水由閥體入口進入閥腔，相變管（信號管）根據(jù)液位高低采集汽相、液相信號直接進入閥腔，與疏水混合后流經(jīng)特定設(shè)計的喉部。當液位上升時，汽相信號減少，因而疏水流量增加；當液位下降時，汽相信號增加，減少喉部有效通流面積，疏水流量降低，達到有效阻礙疏水的目的（見圖1）。

圖1 汽液兩相流調(diào)節(jié)器水位控制系統(tǒng)圖

汽液兩相流調(diào)節(jié)器與常規(guī)控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥不同，它沒有機械或人為的開關(guān)動作，自動實現(xiàn)了一般閥門的功能，閥門調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)原理見圖2。

圖2 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理圖

汽液兩相流調(diào)節(jié)器是靠汽液兩相流的特性來改變疏水流量的大小。所以，汽液兩相流調(diào)節(jié)器不需要運動部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個漸縮漸擴噴嘴，外形類似于三通，上端與傳感器頂部聯(lián)絡(luò)管相連，接受傳感器輸送來的蒸汽，左右兩端分別為疏水的進出口。傳感器送來的蒸汽與加熱器來的疏水在漸縮漸擴噴嘴內(nèi)強烈混合，形成汽液兩相流并通過噴嘴的喉部。由于汽液兩相流調(diào)節(jié)器內(nèi)的漸縮漸擴噴嘴喉部是一個固定截面（根據(jù)嚴格的理論計算所得），當汽液兩相流通過這一固定截面時，若蒸汽量減少，則流過的疏水量必然增加；若蒸汽量增加，則流過的疏水量必然減少。由此實現(xiàn)了沒有開與關(guān)的機械動作，也能達到改變出水量的目的。

2 汽液兩相流調(diào)節(jié)器安裝注意事項

為了更好地實現(xiàn)汽液兩相自調(diào)節(jié)裝置的功能，其安裝是及其關(guān)鍵的，需要注意的事項如下：

（1）汽液兩相流調(diào)節(jié)器本體上所標式的“→”箭頭方向需與疏水流動方向保持一致，汽液兩相流調(diào)節(jié)器水平或垂直安裝均可。汽液兩相流調(diào)節(jié)器安裝時應盡量靠近加熱器本體，使信號管和疏水管路盡可能的短。安裝入口閥前應有100mm以上直管段，入口閥的出口可直接與調(diào)節(jié)器法蘭相連，也可有≤250mm的直管段連接；所用入口閥應使用閘板閥。隔斷閥門必須保證嚴密，以免影響汽液兩相自調(diào)節(jié)裝置的自調(diào)節(jié)性能，造成加熱器運行水位的不穩(wěn)定。安裝汽液兩相流調(diào)節(jié)器前后不應有其它設(shè)備（如泵閥、疏冷器等）；在整個安裝過程中，應清除加熱器及管道內(nèi)的焊渣、雜物。

（2）信號管的安裝需在容器開孔，孔徑應略大于信號管，使信號管能順利插入以便焊接。信號管的長度應盡可能短，彎頭盡量少，避免壓力損失過大；開孔高度一般以正常水位高度線為中心。

（3）加熱器的正常運行水位必須標定準確無誤，然后按汽液兩相流調(diào)節(jié)器給定的信號管至加熱器運行液面間隙調(diào)整好信號管安裝高度，否則加熱器將偏離正常水位運行。旁路管上加裝相應的閘板閥，要求閘閥必須嚴密無內(nèi)漏。

（4）汽液兩相流調(diào)節(jié)器內(nèi)喉部尺寸在設(shè)計時，應對安裝調(diào)節(jié)器的加熱器及下級加熱器的正常運行疏水量進行準確測定，避免在疏水系統(tǒng)實際運行中，汽液兩相流調(diào)節(jié)器疏水量達不到實際要求，造成加熱器水位不易控制。汽液兩相流調(diào)節(jié)器對加熱器疏水量非常敏感，如加熱器泄漏或其他原因造成的疏水量增大，則汽液兩相流調(diào)節(jié)器會出現(xiàn)調(diào)節(jié)性能差及水位控制不穩(wěn)的情況。

3 汽液兩相流調(diào)節(jié)器后的調(diào)試

汽液兩相流調(diào)節(jié)器需在最大負荷條件下進行調(diào)試。調(diào)試前將入口閥及信號管路上的汽閥全開，旁路閥全關(guān)。正常運行時水位緩慢上升到信號管與加熱器的接口處，若水位穩(wěn)定，則說明符合運行參數(shù)；若水位較低，則需緩慢關(guān)閉入口閥門，使水位上升到正常水位時，停止操作；若水位較高，則逐漸打開旁路閥，當水位慢慢下降至正常水位位置時，停止操作。

逐漸降低負荷到機組投加熱器的經(jīng)濟運行最低點為止，觀察水位保持情況：如果長時間無水，適量關(guān)閉旁路閥（或入口閘閥）至有水位出現(xiàn)，漸升至最高負荷時，水位上升不超過報警上限值即試驗通過，否則需做適當調(diào)整（開旁路閥或入口閥，找出平衡點）。

4 汽液兩相流調(diào)節(jié)器在電廠中的應用

某電廠對高加疏水系統(tǒng)未改造前采用的是電動調(diào)節(jié)裝置，其執(zhí)行機構(gòu)機械元件多，延遲率大,，很容易產(chǎn)生過調(diào)現(xiàn)象。當高加水位偏高需增大調(diào)整門開度時，由于執(zhí)行機構(gòu)的過調(diào)現(xiàn)象，會使水位降低過多；當高加水位偏低需減小調(diào)整門開度時，往往會使水位又上升過多。由于水位的不穩(wěn)定，調(diào)整門頻繁動作，對高加內(nèi)部及其疏水系統(tǒng)的管道沖蝕增大，甚至會產(chǎn)生振動；調(diào)節(jié)閥也易沖蝕磨損,經(jīng)常出現(xiàn)故障，以至造成高加水位調(diào)整失靈，引起高加保護動作，或高加無水位運行，特別是汽輪機變工況運行時,，高加水位就更難以控制。

為解決上述問題，將電動調(diào)節(jié)裝置改為汽液兩相流調(diào)節(jié)器。改造后，#1號機的3臺高加在機組運行中都能全部投入。由于采用了汽液兩相流調(diào)節(jié)器，自調(diào)節(jié)能力強，適應負荷變化范圍廣，在機組負荷40%～100%范圍內(nèi)都能實現(xiàn)穩(wěn)定控制，保持高加水位在規(guī)定范圍內(nèi)運行，增強了機組變工況運行時回熱系統(tǒng)的適應性。高加穩(wěn)定性及投入率大大提高，機組熱效率也相應增加，提高了機組的安全性；同時，由于汽液兩相流調(diào)節(jié)器無機械電氣元件，不需要熱工信號的支持，減少了運行人員的工作量。汽液兩相流調(diào)節(jié)器與電動調(diào)節(jié)裝置的對比分析結(jié)果見表1。

表1 汽液兩相流調(diào)節(jié)器與電動調(diào)節(jié)裝置的對比分析

5 結(jié)束語

汽液兩相流調(diào)節(jié)器能夠自動連續(xù)調(diào)節(jié)，自調(diào)節(jié)能力強，液位相對穩(wěn)定。由于其沒有氣動和電動熱工控制系統(tǒng)及復雜的熱工附屬設(shè)備，從而減少了維護人員，大大提高了設(shè)備的運行管理水平?，F(xiàn)場檢修和運行維護工作量大幅度下降，節(jié)省檢修費用，降低了勞動強度。

火電廠加熱器的常規(guī)水位控制器故障頻繁，現(xiàn)場使用汽液兩相流調(diào)節(jié)器后上述問題得到很好的解決，在節(jié)約能源的同時，其社會效益和經(jīng)濟效益顯著。