汽液兩相流水位調節(jié)控制裝置使用局限性的探討

      通過對汽液兩相流水位調節(jié)控制裝置作為加熱器疏水水位調節(jié)閥時,其安裝位置、系統(tǒng)配置方式、調節(jié)特性、調節(jié)過程等方面的局限性的探析,認為在目前電動、氣動疏水調節(jié)閾的質量和自動調節(jié)水平完全能夠滿足現(xiàn)場生產需要的情況下,不宜在諸如高壓加熱器等重要設備上推廣使用汽液兩相流自調節(jié)水位控制器。
      汽液兩相流自調節(jié)水位控制器是一種基于汽液兩相流原理,自動調節(jié)容器出口液體的流量,從而使容器內液位維持相對穩(wěn)定的裝置。由于其具有體積小、無機械運動部件、無電氣元件等特點,在一定范圍內的火力發(fā)電廠和熱電廠的高、低壓加熱器的疏水系統(tǒng)上得到了推廣應用。但是這種水位控制器在其安裝位置、系統(tǒng)配置方式、調節(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。
      加熱器筒體疏水經過調節(jié)閘閥4進人調節(jié)器6,調節(jié)汽通過傳感信號筒3后進人調節(jié)器6,調節(jié)汽與疏水在調節(jié)器閥芯內混合后一起向閥腔喉部流動,由于喉部截面積不變,如果調節(jié)汽量增大時,則疏水的有效通流面積相應減少。當加熱器簡體內的疏水水位下降,傳感信號筒內的水位隨之下降。導致信號筒發(fā)送的調節(jié)汽量增加,因而流過調節(jié)器的疏水量減少,加熱器簡體內的疏水水位則相應升高;反之亦然。由此實現(xiàn)水位的自動控制。
圖1汽液兩相流自調節(jié)水位控制器系統(tǒng)圖
      1、加熱器2、標記線3、信號筒4、調節(jié)閘閥5、連接短管6、調節(jié)器7、旁路調節(jié)閘閥8、調節(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
      疏水在流經疏水調節(jié)閥時有較大的壓降,使相應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,疏水調節(jié)閥應安裝在靠近接收疏水的容器處。
      汽液兩相流水位調節(jié)控制裝置的傳感信號筒相當于一個平衡容器,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
      由于這些結構及其工作原理的特殊要求,汽液兩相流自調節(jié)水位控制器的安裝位置要盡量靠近接收疏水的容器。因而對于火電廠回熱加熱器,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,導致閥后整個疏水管道的侵蝕和振動。
      例如我公司國產50MW機組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,當調節(jié)閥安裝在高壓加熱器一側,閥門后的整個管道易被侵蝕損壞,并且容易發(fā)生振動。所以應盡量將調節(jié)閥移到除氧器附近,閥門前的管道應盡量平直,減少彎頭,管內流速不能太高,以免調節(jié)閥的閃蒸使調節(jié)閥喪失正常調節(jié)性能,引起水位波動。對于這級加熱器的疏水調節(jié)閥采用汽液兩相流自調節(jié)水位控制器的方式應慎重,應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節(jié)閥來說要復雜。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壓力下對應的飽和溫度而汽化。總之,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濟運行非常重要,因而要求加熱器的疏水調節(jié)閥應具有優(yōu)良的調節(jié)特性�！陡邏杭訜崞骷夹g條件)(GB10865—89)對這一點作了定性的規(guī)定。從汽液兩相流自調節(jié)水位控制器的調節(jié)原理上分析,當這種水位控制器用于火電廠回熱加熱器上其調節(jié)性能存在一定的局限性。
      汽液兩相流自調節(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節(jié)汽量的通流面積,從而控制調節(jié)汽量的大小但調節(jié)汽量的大小不但與通流面積有關,還與加熱器側壓力等因素有關。在同樣的通流面積情況下,亦即加熱器汽側水位相同的情況下,汽側壓力越小,通過傳感信號筒發(fā)送的調節(jié)汽量越小。當機組滑壓運行時,負荷減小,加熱器汽側壓力相應降低,通過傳感信號筒發(fā)送的調節(jié)汽量減小。由于調節(jié)汽與疏水在調節(jié)器閥芯內混合后一起向閥腔喉部流動,而喉部截面積不變,在調節(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壓力隨機組負荷下降均相應降低,調節(jié)器前后壓差基本不變,因而流過該調節(jié)器的疏水量增加,加熱器簡體內的疏水水位則相應降低。通過上述分析可以知道,當加熱器的疏水調節(jié)閥采用汽液兩相流自調節(jié)水位控制器時,在機組滑壓運行時,隨著負荷的逐漸降低,加熱器內的疏水水位將越來越低,說明這種水位調節(jié)器受機組運行方式、負荷高低等外界因素影響。
      另外,從圖1看出其系統(tǒng)配置中有兩個調節(jié)閘閥。它們的設置,不但增加了系統(tǒng)的局部阻力損失,也從另一側面反映出這種水位控制器調節(jié)性能的局限性。
2.3水位調節(jié)過程中不可避免造成負面影響
      從汽液兩相流自調節(jié)水位控制器的工作原理知道,它是通過流入調節(jié)器的汽量的多少來進行疏水流量調節(jié)的。也就是說,調節(jié)汽不可避免地與疏水在調節(jié)器閥芯內進行了混合,那么,流經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節(jié)水位控制器作為加熱器疏水調節(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,加熱器中一般均設置有內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入該加熱器的凝結水或給水;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,以保證當疏水輸出加熱器后,不因疏水流經閥門、彎頭等附件及管道時造成壓力損失后由于相應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節(jié)裝置,則會使通過疏水冷卻裝置千方百計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,必須考慮其調節(jié)過程的負面影響。尤其在老機組的改造上,更應該慎重考慮。
3、結束語
      汽液兩相流自調節(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用。但在應用中存在著局限性,它不是有效和好的疏水調節(jié)方式。在目前電動、氣動疏水調節(jié)閥的質量和自動調節(jié)水平完全能夠滿足現(xiàn)場生產需要的情況下,不宜在諸如高壓加熱器等重要設備上推廣使用汽液兩相流自調節(jié)水位控制器。