1 改造前设备运行状况
韶关发电厂9号机组是哈尔滨汽轮机厂生产的N200-130-535/535型200 MW汽轮机组,机组回热循环配3台高压加热器、4台低压加热器、1台除氧器。高、低压加热器所用疏水器为电动式水位调节器,其工作原理是把加热器中疏水水位变化的信号输入调节系统,进行综合后控制执行器动作,通过阀通道窗口的开大或关小调节疏水流量,达到控制加热器水位的目的。
与目前所用传统的浮子式疏水器及气动式水位调节器相似,电动式水位调节器运行1~2 a后,由于机械传动部件、执行机构动作频繁,经常造成卡涩、泄漏、无水位运行、疏水管道冲蚀严重等问题。因而故障率高,可靠性差,不但检修维护工作量大,而且降低了汽轮机效率,影响机组经济性。
加热器疏水器不能正常运行,导致加热器长期低水位甚至无水位运行,给设备带来一系列安全、经济性的问题。
在经济性方面,当加热器水位调节器故障,本级加热器疏水逐级自流到下一级加热器,与此同时大量的蒸汽串入下一级加热器汽化放热,对该加热器的回热抽汽具有“排挤”作用,从而减少了低一级加热器的抽汽量,而多耗了高一级加热器品质较高的回热抽汽,使得蒸汽焓值未能得到充分利用,造成机组回热循环的整体热经济性大幅度降低。而且,大量的汽水混合物进入除氧器,使得除氧器的温度、压力难以调整控制。
在安全性方面,水位调节器故障,导致加热器长期处于低水位运行状态,蒸汽进入疏水管道,形成蒸汽和疏水的两相流动(在水位过低的情况下,疏水在流动过程中也很容易因压损而造成疏水在管道内“闪蒸”,同样形成汽水两相流),容积流量增大,流速也增大,造成疏水管道带汽振动。我厂200 MW机组靠除氧器的一级高压加热器,由于其疏水引入除氧器的管路很长,在疏水器改造以前,一直存在管道振动大的问题,虽然多次进行管路、阀门和支吊架的改造也不能解决,威胁着设备的安全。
同时加热器无水位或低水位运行还造成加热器的疏水管道及弯头的严重冲刷,管壁很快就变薄,以致在运行中,发生爆破,造成事故。1995年初,某台200 MW汽轮机高压加热器的疏水管弯头由于汽水的冲刷,管壁减薄,在运行中突发爆漏事故,压力疏水喷至几十米开外,幸无人员伤亡。
2 新型汽液两相流自调节疏水器原理及特点概述
汽液两相流自调节疏水器是基于流体力学理论,利用汽液两相流的流动特性设计的一种新型疏水器。它无需外力驱动,执行机构的动力源来自本级加热器的蒸汽,所需蒸汽量约为加热器疏水量的1%~2%。
自调节疏水器主要由传感变送器和主调节器2部分组成如图1所示。传感变送器的作用是发送水位信号和变送调节用汽量,完成常规自控制装置中的测量、变送、给定值设定、偏差比较、放大运算功能。主调节器的作用是控制出口水量,相当于常规自动控制装置的执行机构。其调节原理是:当加热器的水位上升时,传感变送器内的水位随之上升,导致发送的调节汽量减少,因而流过主调节器中两相流的汽量减少、水量增加,加热器的水位随之下降。反之亦然。由此实现了加热器水位的自动控制。