汽液兩相流水位調(diào)節(jié)控制裝置使用局限性的探討

      通過對汽液兩相流水位調(diào)節(jié)控制裝置作為加熱器疏水水位調(diào)節(jié)閥時,其安裝位置、系統(tǒng)配置方式、調(diào)節(jié)特性、調(diào)節(jié)過程等方面的局限性的探析,認(rèn)為在目前電動、氣動疏水調(diào)節(jié)閾的質(zhì)量和自動調(diào)節(jié)水平完全能夠滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要的情況下,不宜在諸如高壓加熱器等重要設(shè)備上推廣使用汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器。
      汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器是一種基于汽液兩相流原理,自動調(diào)節(jié)容器出口液體的流量,從而使容器內(nèi)液位維持相對穩(wěn)定的裝置。由于其具有體積小、無機(jī)械運(yùn)動部件、無電氣元件等特點(diǎn),在一定范圍內(nèi)的火力發(fā)電廠和熱電廠的高、低壓加熱器的疏水系統(tǒng)上得到了推廣應(yīng)用。但是這種水位控制器在其安裝位置、系統(tǒng)配置方式、調(diào)節(jié)特性及通流能力等方面均具有一定的局限性。
1、汽液兩相流水位調(diào)節(jié)控制裝置工作原理
裝置的系統(tǒng)工作原理如圖1所示。
      加熱器筒體疏水經(jīng)過調(diào)節(jié)閘閥4進(jìn)人調(diào)節(jié)器6,調(diào)節(jié)汽通過傳感信號筒3后進(jìn)人調(diào)節(jié)器6,調(diào)節(jié)汽與疏水在調(diào)節(jié)器閥芯內(nèi)混合后一起向閥腔喉部流動,由于喉部截面積不變,如果調(diào)節(jié)汽量增大時,則疏水的有效通流面積相應(yīng)減少。當(dāng)加熱器簡體內(nèi)的疏水水位下降,傳感信號筒內(nèi)的水位隨之下降。導(dǎo)致信號筒發(fā)送的調(diào)節(jié)汽量增加,因而流過調(diào)節(jié)器的疏水量減少,加熱器簡體內(nèi)的疏水水位則相應(yīng)升高;反之亦然。由此實(shí)現(xiàn)水位的自動控制。
圖1汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器系統(tǒng)圖
      1、加熱器2、標(biāo)記線3、信號筒4、調(diào)節(jié)閘閥5、連接短管6、調(diào)節(jié)器7、旁路調(diào)節(jié)閘閥8、調(diào)節(jié)汽管
2、使用中存在的問題
2.1安裝位置及其系統(tǒng)配置存在局限性
      疏水在流經(jīng)疏水調(diào)節(jié)閥時有較大的壓降,使相應(yīng)壓力下的飽和溫度大幅度下降,因而容易造成疏水溫度高于飽和溫度而出現(xiàn)“閃蒸”,使得閥后形成汽水兩相流動。為了減輕疏水管道的侵蝕和振動,疏水調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在靠近接收疏水的容器處。
      汽液兩相流水位調(diào)節(jié)控制裝置的傳感信號筒相當(dāng)于一個平衡容器,其安裝相對高度受加熱器疏水水位限制,而且傳感信號與加熱器殼體及調(diào)節(jié)器(圖1、件6)相連的連接管也不宜太長。
圖2傳感信號筒工作原理示意
      由于這些結(jié)構(gòu)及其工作原理的特殊要求,汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器的安裝位置要盡量靠近接收疏水的容器。因而對于火電廠回?zé)峒訜崞?尤其是在加熱器布置不集中,疏水管道長的情況下,如果采用這種水位控制器作為疏水調(diào)節(jié)閥,會由于安裝位置的局限性而可能使疏水在閥后出現(xiàn)“閃蒸”,形成汽液兩相流動,導(dǎo)致閥后整個疏水管道的侵蝕和振動。
      例如我公司國產(chǎn)50MW機(jī)組2號高壓加熱器即工作流程靠近除氧器的那一級高壓加熱器,其疏水逐級自流至除氧器。由于該高壓加熱器布置在汽機(jī)房零米高程.而高壓除氧器布置在16米高程的除氧間,因而疏水管道較長,垂直距離大,當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在高壓加熱器一側(cè),閥門后的整個管道易被侵蝕損壞,并且容易發(fā)生振動。所以應(yīng)盡量將調(diào)節(jié)閥移到除氧器附近,閥門前的管道應(yīng)盡量平直,減少彎頭,管內(nèi)流速不能太高,以免調(diào)節(jié)閥的閃蒸使調(diào)節(jié)閥喪失正常調(diào)節(jié)性能,引起水位波動。對于這級加熱器的疏水調(diào)節(jié)閥采用汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器的方式應(yīng)慎重,應(yīng)充分考慮閥后閃蒸對疏水管道的影響。
      另外,從汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器系統(tǒng)圖(圖1)中,可以看出其系統(tǒng)配置相對于采用電動或氣動疏水調(diào)節(jié)閥來說要復(fù)雜。管路彎頭等附件較多,局部阻力相對較大,將會使得疏承壓力降低較多,可能造成闊后疏水溫度高于相應(yīng)壓力下對應(yīng)的飽和溫度而汽化�？傊�,這種水位控制器的系統(tǒng)配置不符合系統(tǒng)盡量簡化的原則。
2.2水位調(diào)節(jié)性能存在局限性
      維持加熱器疏水水位的正常和穩(wěn)定對保證加熱器以及疏水管道的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要,因而要求加熱器的疏水調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有優(yōu)良的調(diào)節(jié)特性。《高壓加熱器技術(shù)條件)(GB10865—89)對這一點(diǎn)作了定性的規(guī)定。從汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器的調(diào)節(jié)原理上分析,當(dāng)這種水位控制器用于火電廠回?zé)峒訜崞魃掀湔{(diào)節(jié)性能存在一定的局限性。
      汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器傳感信號筒的工作原理如圖2所示,它是通過水位高度的變化來改變調(diào)節(jié)汽量的通流面積,從而控制調(diào)節(jié)汽量的大小但調(diào)節(jié)汽量的大小不但與通流面積有關(guān),還與加熱器側(cè)壓力等因素有關(guān)。在同樣的通流面積情況下,亦即加熱器汽側(cè)水位相同的情況下,汽側(cè)壓力越小,通過傳感信號筒發(fā)送的調(diào)節(jié)汽量越小。當(dāng)機(jī)組滑壓運(yùn)行時,負(fù)荷減小,加熱器汽側(cè)壓力相應(yīng)降低,通過傳感信號筒發(fā)送的調(diào)節(jié)汽量減小。由于調(diào)節(jié)汽與疏水在調(diào)節(jié)器閥芯內(nèi)混合后一起向閥腔喉部流動,而喉部截面積不變,在調(diào)節(jié)汽量減小后,疏水的有效通流面積增大;又由于各加熱器汽側(cè)壓力隨機(jī)組負(fù)荷下降均相應(yīng)降低,調(diào)節(jié)器前后壓差基本不變,因而流過該調(diào)節(jié)器的疏水量增加,加熱器簡體內(nèi)的疏水水位則相應(yīng)降低。通過上述分析可以知道,當(dāng)加熱器的疏水調(diào)節(jié)閥采用汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器時,在機(jī)組滑壓運(yùn)行時,隨著負(fù)荷的逐漸降低,加熱器內(nèi)的疏水水位將越來越低,說明這種水位調(diào)節(jié)器受機(jī)組運(yùn)行方式、負(fù)荷高低等外界因素影響。
      另外,從圖1看出其系統(tǒng)配置中有兩個調(diào)節(jié)閘閥。它們的設(shè)置,不但增加了系統(tǒng)的局部阻力損失,也從另一側(cè)面反映出這種水位控制器調(diào)節(jié)性能的局限性。
2.3水位調(diào)節(jié)過程中不可避免造成負(fù)面影響
      從汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器的工作原理知道,它是通過流入調(diào)節(jié)器的汽量的多少來進(jìn)行疏水流量調(diào)節(jié)的。也就是說,調(diào)節(jié)汽不可避免地與疏水在調(diào)節(jié)器閥芯內(nèi)進(jìn)行了混合,那么,流經(jīng)該控制器后的疏水溫度肯定高于控制器前的疏水溫度。這就意味著采用汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器作為加熱器疏水調(diào)節(jié)閥時,疏水更容易在疏水管路系統(tǒng)中發(fā)生汽化閃蒸現(xiàn)象。如果調(diào)節(jié)汽量較大或控制器前的疏水過冷度不夠時,混合后的疏水本身可能就是汽水兩相流。
      在火電廠,加熱器中一般均設(shè)置有內(nèi)置式疏水冷卻段或外置式疏水冷卻器。一方面通過疏水的溫度加熱進(jìn)入該加熱器的凝結(jié)水或給水;另一個更重要的方面是通過疏水冷卻段降低疏水溫度,使之具有一定的過冷度,以保證當(dāng)疏水輸出加熱器后,不因疏水流經(jīng)閥門、彎頭等附件及管道時造成壓力損失后由于相應(yīng)飽和溫度下降而出現(xiàn)汽液兩相流動,對疏水管道系統(tǒng)造成侵蝕和振動。如果采用汽液兩相流水位控制器作為疏水自動調(diào)節(jié)裝置,則會使通過疏水冷卻裝置千方百計(jì)降低的疏水溫度又一次升高。所以,若要在加熱器疏水系統(tǒng)上使用這種水位控制器,必須考慮其調(diào)節(jié)過程的負(fù)面影響。尤其在老機(jī)組的改造上,更應(yīng)該慎重考慮。
3、結(jié)束語
      汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器近幾年在火電廠加熱器疏水系統(tǒng)上得到了一定程度的應(yīng)用。但在應(yīng)用中存在著局限性,它不是有效和好的疏水調(diào)節(jié)方式。在目前電動、氣動疏水調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量和自動調(diào)節(jié)水平完全能夠滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要的情況下,不宜在諸如高壓加熱器等重要設(shè)備上推廣使用汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器。