汽液兩相流水位調節控制裝置使用局限性的探討
通過對汽液兩相流水位調節控制裝置作為加熱器疏水水位調節閥時,其安裝位置、系統配置方式、調節特性、調節過程等方面的局限性的探析,認為在目前電動、氣動疏水調節閾的質量和自動調節水平完全能夠滿足現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水位控制器。
汽液兩相流自調節水位控制器是一種基于汽液兩相流原理,自動調節容器出口液體的流量,從而使容器內液位維持相對穩定的裝置。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電廠和熱電廠的高、低壓加熱器的疏水系統上得到了推廣應用。但是這種水位控制器在其安裝位置、系統配置方式、調節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控制裝置工作原理
裝置的系統工作原理如圖1所示。
加熱器筒體疏水經過調節閘閥4進人調節器6,調節汽通過傳感信號筒3后進人調節器6,調節汽與疏水在調節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。導致信號筒發送的調節汽量增加,因而流過調節器的疏水量減少,加熱器簡體內的疏水水位則相應升高;反之亦然。由此實現水位的自動控制。
圖1汽液兩相流自調節水位控制器系統圖
1、加熱器2、標記線3、信號筒4、調節閘閥5、連接短管6、調節器7、旁路調節閘閥8、調節汽管
2、使用中存在的問題
2.1安裝位置及其系統配置存在局限性
疏水在流經疏水調節閥時有較大的壓降,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“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,疏水調節閥應安裝在靠近接收疏水的容器處。
汽液兩相流水位調節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閥,會由于安裝位置的局限性而可能使疏水在閥后出現“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,并且容易發生振動。所以應盡量將調節閥移到除氧器附近,閥門前的管道應盡量平直,減少彎頭,管內流速不能太高,以免調節閥的閃蒸使調節閥喪失正常調節性能,引起水位波動。對于這級加熱器的疏水調節閥采用汽液兩相流自調節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水位控制器系統圖(圖1)中,可以看出其系統配置相對于采用電動或氣動疏水調節閥來說要復雜。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�？傊�,這種水位控制器的系統配置不符合系統盡量簡化的原則。
2.2水位調節性能存在局限性
維持加熱器疏水水位的正常和穩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閥應具有優良的調節特性。《高壓加熱器技術條件)(GB10865—89)對這一點作了定性的規定。從汽液兩相流自調節水位控制器的調節原理上分析,當這種水位控制器用于火電廠回熱加熱器上其調節性能存在一定的局限性。
汽液兩相流自調節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汽量的通流面積,從而控制調節汽量的大小但調節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,通過傳感信號筒發送的調節汽量越小。當機組滑壓運行時,負荷減小,加熱器汽側壓力相應降低,通過傳感信號筒發送的調節汽量減小。由于調節汽與疏水在調節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,調節器前后壓差基本不變,因而流過該調節器的疏水量增加,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閥采用汽液兩相流自調節水位控制器時,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看出其系統配置中有兩個調節閘閥。它們的設置,不但增加了系統的局部阻力損失,也從另一側面反映出這種水位控制器調節性能的局限性。
2.3水位調節過程中不可避免造成負面影響
從汽液兩相流自調節水位控制器的工作原理知道,它是通過流入調節器的汽量的多少來進行疏水流量調節的。也就是說,調節汽不可避免地與疏水在調節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水位控制器作為加熱器疏水調節閥時,疏水更容易在疏水管路系統中發生汽化閃蒸現象。如果調節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汽液兩相流動,對疏水管道系統造成侵蝕和振動。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上使用這種水位控制器,必須考慮其調節過程的負面影響。尤其在老機組的改造上,更應該慎重考慮。
3、結束語
汽液兩相流自調節水位控制器近幾年在火電廠加熱器疏水系統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方式。在目前電動、氣動疏水調節閥的質量和自動調節水平完全能夠滿足現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水位控制器。
