水汽取样装置应用分析与改进

水汽取样装置应用分析与改进

梁晓东

（徐州华润电力有限公司江苏徐州221000）

摘要：针对原有汽水集中取样系统存在的问题进行研究分析，设计改造方案，使用效果良好。为同类型汽水集中取样系统提供参考。

关键词：汽水集中取样系统；热力系统；冷却器；高压截止门；预冷器

1前言

水和蒸汽是热电生产的传导介质，水和蒸汽品质监督是火力发电厂生产中的重要环节。水、汽品质影响着热力系统运行的经济性和安全性。水和蒸汽品质监督是指对给水、炉水、饱和蒸汽、过热蒸汽、再热蒸汽的品质监控。给水、炉水品质不合格，会在省煤器、水冷壁管、过热器和汽包内产生结垢或腐蚀，甚至发生爆管，影响锅炉的经济性和安全性。进而造成蒸汽品质不合格而引起的过热器、蒸汽管道和汽轮机通流部分积盐。因此，在热力系统中加强对水汽品质监控意义重大。火力发电厂的水汽集中取样装置，是为了便于对运行水质取样进行化学分析，将每台机组的取样管路集中在一处进行集中取样。水汽取样管的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢，规格为Φ12*2mm，用于输送高温水及蒸汽，水温235℃、蒸汽温度540℃，工作压力15.4MPa。化学取样分析需将管内的水汽降温降压至压力＜0.6MPa，温度＜30℃。

2现状

我厂经两次扩建，现有装机容量：4×320MW+2×1000MW凝汽式汽轮发电机组，超临界、超超临界两种汽水集中取样系统都存在不同程度的弊端。下面就超临界机组汽水集中取样系统都存在的问题谈谈我的体会：

1.高压一、二次、排污门内漏；

2.由于高压门内漏造成冷却器盘管流量过大水样超温。甚至冷却盘管过热而发生泄漏，以致于汽水取样系统无法正常运行。

3原因分析

3.1由于汽水取样系统是在恶劣工况下运行，起初我们试图改用不锈钢高温高压苛刻环境下使用、更高品质的美国Swagelok高压门解决高压门内漏的顽疾，但是收效不佳。

高品质美国Swagelok高压门的特点：（1）球形静压密封方式：阀杆阀尖部位安装硬质合金球（WCrCo），硬质合金球可三维方向360°任意旋转。阀门关闭时，硬质合金球与阀体之间采用球形静压密封。（2）阀杆采用两节式结构，阀杆密封部位在阀门操作时沿轴向平移，操作时手感轻松。（3）阀门主要材质均采用进口（3016Cr17Ni12Mo2Ti）材料精密加工。密封部位采用磨削加工，阀门热变形小，手感轻。

3.2冷却器盘管经过连续运行后发生泄漏，泄漏部位不固定，每一处均有数条与管子垂直的横向裂纹，裂纹开口宽度＜0.1mm，开裂部位的管壁无宏观塑性变形及胀粗现象，裂纹的性质为宏观脆性的横向开裂。曾对泄漏处进行补焊，效果不佳。

3.3由于汽水取样系统是在高温和高压双重恶劣工况下运行，从图3可以看出，在现有的技术条件下，只有在高温低压或低温高压的情况下，汽水取样系统运行的恶劣工况才能得以改善。

（1）冷却器的冷却盘管的外径在12-14mm，高温高压样水在冷却器入口处热交换强度高，长期运行导致该处冷却盘管破裂，缩短该级冷却器的使用寿命。

（2）在取样流量为1500ml/min情况下，样水在通道内的流速100m/s以上，（见范宁公式）对通道冲刷磨损，尤其是对阀杆阀尖部位的硬质合金球（WCrCo），和与阀体之间采用球形密封尤为严重。

流体力学中的范宁公式：

△P=2fLV²ρ×（1+3.74Di）

GDiDc

f--摩擦系数；

V--流体在管道内平均速度；

L--管长度；

Di--管内径；

Dc--冷却筒的外径；

ρ--流体密度。

3.4冷却器冷却盘管内的高温高压样水流速过快，在冷却器中不能充分进行热交换，致使样水水温过高，不能及时有效进行化学水汽品质监督。

4.对策与改进

4.1在原汽水集中取样系统前加装一组（8只）高效降温冷却器（预冷器）。同时，利用减压阀将汽水取样管内样水的流速降低。使得高温高压样水在高效降温冷却器得到初步的冷却。当样水在冷却盘管内由汽相变为液相时，这种相变引起压力急剧下降。样水在管内呈深度湍流流动状态，极大提高了热交换效率，可节约冷却水，而且样水流速约为8m/s时在冷却器的热交换强度不会太高，不会导致冷却器盘管损坏。通过初步冷却的样水在经过高压一、二次门、排污门时，对高压门的损伤得到了很大的缓解。进而，汽水集中取样系统的一二级冷却、排污也得到了有效地控制，为低温盘在线仪表的投入和手工取样提供了保证。（见图5）

5结论

通过对原汽水集中取样系统的改造，在线仪表的投入率由不足30%提高至90%以上。水汽质量监督的准确性、及时性得到了很大的改善。为指导炉内水处理工作（锅炉排污、加药）提供了准确、科学的依据。保证了机组热力系统的安全稳定运行。同时，降低了维护成本和工作强度。

参考文献：

[1]肖纪美编著，应力作用下的金属腐蚀.北京：化学工业出版社，1990.131

[2]陆世英编著.不锈钢应力腐蚀事故分析与耐应力腐蚀不锈钢.北京：原子能出版社，1985，56

[3]周柏青，陈志和，热力发电厂水处理[M].北京：中国电力出版社，2010.

[4]山东工学院东北电力学院.工程流体力学热力.北京：电力工业出版社，1980.

[5]国电太原第一热电厂.化学水处理系统和设备[M].北京：中国电力出版社，2009.