空冷凝汽器的防冻措施

摘 要：直接空冷系统的技术较为成熟，在运行中的节水效能显著，适应我国西部大开发等电力行业的发展，但是从使用情况来看，其存在着冬季运行冻结的问题，本文就对其产生的原因及防冻措施进行分析。

关键词：直接空冷；冻结；防冻措施

中图分类号： TB494 文献标识码：A

1 直接空冷系统冰害原因

直接空冷系统的散热器绝大多数采用鼓风式机械通风，而且以高架式布置呈“A字型”暴露在大气环境中。散热器的冷却能力在一定热负荷与风量的条件下，取决于空气干球温度。如果空冷系统设计不合理，在冬季低温时，散热器诸翅片管内的饱和蒸汽等温冷凝段缩短，凝结水冷凝段增加，过冷度增大，若气温继续下降到零度或以下某一限度，翅片管内的凝结水可能过冷却甚至发生冻结现象。轻者会使传热性能大大降低，更严重者管束被冰块堵塞、真空下降，就会被迫停机，重者甚至会冻裂翅片管或使翅片管变形，造成永久性损害。发生冰冻的原因是蒸汽已在前段凝结完毕，在后段很快地被冷却到管壁及外界空气的温度而结冰。这些管段称为“死区”。这在国外或国内已投运的空冷系统上已经发生过，所以对在寒冷地区的直接空冷系统的防冻问题应引起足够的重视。

2　空冷系统冬季防冻措施

2.1 翅片管

翅片管的设计经历了多排管、两排管、单排管的发展过程，其主要目的就是为了防冻，因为空气冷凝器翅片管内饱和蒸汽冻结现象的其中一个主要原因是翅片管束冷却能力与饱和蒸汽热负荷的不平衡。比如早期的多排管布置，二排管布置，其前几排管容易产生死区。且第二、三排蒸汽会倒流至第一排管，导致第一排的下部存在死区，发生冰冻现象。一般认为单排管的防冻性能要优于多排管。

为避免这种冰冻现象，目前生产多排管、两排管的公司都采用各排管不同翅化比的方法。在与冷空气接触的第一排管采用翅化比较小的翅片管，后排管采用翅化比较大的翅片管。翅片管的间距变化，前排管蒸汽与空气温差大，采用较大的片距，后排管采用较小的片距。从防冻的角度看，也可减少排数，增大基管的横截面及基管的高度，使蒸汽有较大的流动空间，减少产生死区的可能。

2.2 空气冷凝器

根据汽流和凝结水的流动方向分类，空气冷凝器内部可分为顺流段和逆流段两部分。顺流段（德文Kondensor，简称K）：蒸汽由配汽管自上而下进入翅片管束，与凝结水流向相同而进入下联箱。逆流段（德文Dephlegmator，简称D）：将在顺流段中未被凝结的蒸汽和通过下集管由下而上的进入翅片管束，与凝结水流向相反。

上述可简称为K/D结构。空气冷凝器的这种组成方式有效地提高了冷凝器的防冻性能。设置逆流管束主要是为了能够比较顺畅地将系统内的空气和不凝结气体排出，避免运行中在空气冷凝器内的某些部位形成死区、冬季形成冻结的情况。

理论上说不凝结气体的含量百分比很小，D的冷却面积可较小，但工程中为了有效地防冻，将D的冷却面积增大，气候严寒地区可采用5：1或3：1。

不凝结的空气及其他气体通过逆流段的顶部由抽真空系统抽出，凝结水仍返回到下集管，由于蒸汽中含有不凝气体，如不及时将不凝气体抽出，容易造成气阻，而不凝气体的焓值较低，当气温下降到一定极限时，极易造成空气冷凝器管束内冻结现象的发生，因此，及时有效的抽出空气冷凝器管束内的不凝气体是防冻和提高管束传热性能的有效措施之一。

2.3 风机

对风量进行的合理控制是一种有效的防冻措施。对风量的控制有以下几种方法：

（1）采用单速风机，在冬季根据气温停止部分空冷风机运行，用运行风机数目控制风量，一般是风机台数较多采用这种方法较好。

（2）配备双速运行风机，即可以全速供应大风量，又可以半速供应小风量。

（3）采用变频调速控制风机，一方面可以根据气温的变化合理地调节风量，另一方面可以节能。另外，采用变频调速后，在冬季可控制逆流段的风机反转运行，以形成内部热风循环，提高或保持凝结水温，防止冻结。

（4）部分采用变频调速电机部分采用全速电机，可减少工程投资，但控制系统较复杂。

2.4 采用防冻的自动控制

随着控制水平的提高，对空冷系统的防冻保护控制是一种非常有效的手段。如对凝结水温的控制，由于冷却程度不同可能有很大差异，当空气冷凝器各个管束的凝结水的温度降到某一设定值时，则自动对这个管束的风机减速或停止运行，直至凝结水温度回升。空冷器逆流段上可能会结一层薄冰，可周期性的对有关风机调速或反转。但必须保持逆流风机的转速大于等于顺流风机的转速。严禁在冬季运行时，当顺流风机还在运行时，调低逆流风机转速或停运逆流风机，这将在控制程序设计中予以关注。

2.5 设置挡风墙

设置挡风墙，防止冬季外界自然风直接吹向散热器，引起两侧凝结水温相差较大。

2.6　设置隔离阀

当冬季环境温度较低时机组启动，以及冬季抽气工况下，由于热负荷较小而空冷换热面积较大，即使风机全停，也会由于自然通风的原因，而造成翅片管的冻结。关断部分列隔离阀可以进一步降低空冷系统冬季的冷却能力，冬季机组启动时应考虑隔离部分冷却单元列。

防冻措施

3.1　设计上空冷凝汽器采用220×20的椭圆基管；采用单排管，由于口径大，便于管内的疏水，使凝结水不产生过冷；采用顺逆流结构，大部分（本案约81％）蒸汽通过顺利管束冷凝，少部分通过逆流管束冷凝。该设计特点确保凝结水在逆流段不断地重新被加热，这样减少了凝结水的过冷以及可能的结冻。同时，这样也避免了溶氧而带来的腐蚀。

3.2　设置逆流空冷器，防止凝结水在空冷器下部出现过冷而冻结，另外可使空气和不凝结气体比较顺畅的排出，不致形成死区而冻裂翅片管。

3.3　系统设有冬季运行保护模式程序，即根据凝结水温度、抽真空温度、环境温度来自动进入保护模式，避免空冷系统发生冻结，因此系统运行必须为自动控制。在冬季运行中如出现异常，控制系统及时发出指令，同时发出警报，提请运行人员注意。

3.4　风机转速采用变频调速，逆流空气冷凝器配置的风机还可反转运行，可根据机组负荷和气温变化任意调整风机转速，温度较低时，可定时使逆流风机反转倒送热风，防止凝结水结冰。

3.5　设置挡风墙，防止冬季外界自然风直接吹向散热器，引起两侧凝结水温相差较大。

3.6　设置隔离阀，可以根据冬季负荷情况，有效减小空冷岛的换热面积，避免翅片管冻结。

参考文献

[1]　尚立新. 直接空冷系统冬季防冻措施研究[J].　应用能源技术.　2010（05）　.

[2]　程海涛，韩锋，周春山. 浅析国产300MW直接空冷机组防冻措施[J].　内蒙古电力技术.　2008（05）.

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