汽液两相流水位调节控制装置使用局限性的探讨

      通过对汽液两相流水位调节控制装置作为加热器疏水水位调节阀时,其安装位置、系统配置方式、调节特性、调节过程等方面的局限性的探析,认为在目前电动、气动疏水调节阈的质量和自动调节水平完全能够满足现场生产需要的情况下,不宜在诸如高压加热器等重要设备上推广使用汽液两相流自调节水位控制器。
      汽液两相流自调节水位控制器是一种基于汽液两相流原理,自动调节容器出口液体的流量,从而使容器内液位维持相对稳定的装置。由于其具有体积小、无机械运动部件、无电气元件等特点,在一定范围内的火力发电厂和热电厂的高、低压加热器的疏水系统上得到了推广应用。但是这种水位控制器在其安装位置、系统配置方式、调节特性及通流能力等方面均具有一定的局限性。
1、汽液两相流水位调节控制装置工作原理
装置的系统工作原理如图1所示。
      加热器筒体疏水经过调节闸阀4进人调节器6,调节汽通过传感信号筒3后进人调节器6,调节汽与疏水在调节器阀芯内混合后一起向阀腔喉部流动,由于喉部截面积不变,如果调节汽量增大时,则疏水的有效通流面积相应减少。当加热器简体内的疏水水位下降,传感信号筒内的水位随之下降。导致信号筒发送的调节汽量增加,因而流过调节器的疏水量减少,加热器简体内的疏水水位则相应升高;反之亦然。由此实现水位的自动控制。
图1汽液两相流自调节水位控制器系统图
      1、加热器2、标记线3、信号筒4、调节闸阀5、连接短管6、调节器7、旁路调节闸阀8、调节汽管
2、使用中存在的问题
2.1安装位置及其系统配置存在局限性
      疏水在流经疏水调节阀时有较大的压降,使相应压力下的饱和温度大幅度下降,因而容易造成疏水温度高于饱和温度而出现“闪蒸”,使得阀后形成汽水两相流动。为了减轻疏水管道的侵蚀和振动,疏水调节阀应安装在靠近接收疏水的容器处。
      汽液两相流水位调节控制装置的传感信号筒相当于一个平衡容器,其安装相对高度受加热器疏水水位限制,而且传感信号与加热器壳体及调节器(图1、件6)相连的连接管也不宜太长。
图2传感信号筒工作原理示意
      由于这些结构及其工作原理的特殊要求,汽液两相流自调节水位控制器的安装位置要尽量靠近接收疏水的容器。因而对于火电厂回热加热器,尤其是在加热器布置不集中,疏水管道长的情况下,如果采用这种水位控制器作为疏水调节阀,会由于安装位置的局限性而可能使疏水在阀后出现“闪蒸”,形成汽液两相流动,导致阀后整个疏水管道的侵蚀和振动。
      例如我公司国产50MW机组2号高压加热器即工作流程靠近除氧器的那一级高压加热器,其疏水逐级自流至除氧器。由于该高压加热器布置在汽机房零米高程.而高压除氧器布置在16米高程的除氧间,因而疏水管道较长,垂直距离大,当调节阀安装在高压加热器一侧,阀门后的整个管道易被侵蚀损坏,并且容易发生振动。所以应尽量将调节阀移到除氧器附近,阀门前的管道应尽量平直,减少弯头,管内流速不能太高,以免调节阀的闪蒸使调节阀丧失正常调节性能,引起水位波动。对于这级加热器的疏水调节阀采用汽液两相流自调节水位控制器的方式应慎重,应充分考虑阀后闪蒸对疏水管道的影响。
      另外,从汽液两相流自调节水位控制器系统图(图1)中,可以看出其系统配置相对于采用电动或气动疏水调节阀来说要复杂。管路弯头等附件较多,局部阻力相对较大,将会使得疏承压力降低较多,可能造成阔后疏水温度高于相应压力下对应的饱和温度而汽化。总之,这种水位控制器的系统配置不符合系统尽量简化的原则。
2.2水位调节性能存在局限性
      维持加热器疏水水位的正常和稳定对保证加热器以及疏水管道的安全经济运行非常重要,因而要求加热器的疏水调节阀应具有优良的调节特性。《高压加热器技术条件)(GB10865—89)对这一点作了定性的规定。从汽液两相流自调节水位控制器的调节原理上分析,当这种水位控制器用于火电厂回热加热器上其调节性能存在一定的局限性。
      汽液两相流自调节水位控制器传感信号筒的工作原理如图2所示,它是通过水位高度的变化来改变调节汽量的通流面积,从而控制调节汽量的大小但调节汽量的大小不但与通流面积有关,还与加热器侧压力等因素有关。在同样的通流面积情况下,亦即加热器汽侧水位相同的情况下,汽侧压力越小,通过传感信号筒发送的调节汽量越小。当机组滑压运行时,负荷减小,加热器汽侧压力相应降低,通过传感信号筒发送的调节汽量减小。由于调节汽与疏水在调节器阀芯内混合后一起向阀腔喉部流动,而喉部截面积不变,在调节汽量减小后,疏水的有效通流面积增大;又由于各加热器汽侧压力随机组负荷下降均相应降低,调节器前后压差基本不变,因而流过该调节器的疏水量增加,加热器简体内的疏水水位则相应降低。通过上述分析可以知道,当加热器的疏水调节阀采用汽液两相流自调节水位控制器时,在机组滑压运行时,随着负荷的逐渐降低,加热器内的疏水水位将越来越低,说明这种水位调节器受机组运行方式、负荷高低等外界因素影响。
      另外,从图1看出其系统配置中有两个调节闸阀。它们的设置,不但增加了系统的局部阻力损失,也从另一侧面反映出这种水位控制器调节性能的局限性。
2.3水位调节过程中不可避免造成负面影响
      从汽液两相流自调节水位控制器的工作原理知道,它是通过流入调节器的汽量的多少来进行疏水流量调节的。也就是说,调节汽不可避免地与疏水在调节器阀芯内进行了混合,那么,流经该控制器后的疏水温度肯定高于控制器前的疏水温度。这就意味着采用汽液两相流自调节水位控制器作为加热器疏水调节阀时,疏水更容易在疏水管路系统中发生汽化闪蒸现象。如果调节汽量较大或控制器前的疏水过冷度不够时,混合后的疏水本身可能就是汽水两相流。
      在火电厂,加热器中一般均设置有内置式疏水冷却段或外置式疏水冷却器。一方面通过疏水的温度加热进入该加热器的凝结水或给水;另一个更重要的方面是通过疏水冷却段降低疏水温度,使之具有一定的过冷度,以保证当疏水输出加热器后,不因疏水流经阀门、弯头等附件及管道时造成压力损失后由于相应饱和温度下降而出现汽液两相流动,对疏水管道系统造成侵蚀和振动。如果采用汽液两相流水位控制器作为疏水自动调节装置,则会使通过疏水冷却装置千方百计降低的疏水温度又一次升高。所以,若要在加热器疏水系统上使用这种水位控制器,必须考虑其调节过程的负面影响。尤其在老机组的改造上,更应该慎重考虑。
3、结束语
      汽液两相流自调节水位控制器近几年在火电厂加热器疏水系统上得到了一定程度的应用。但在应用中存在着局限性,它不是有效和好的疏水调节方式。在目前电动、气动疏水调节阀的质量和自动调节水平完全能够满足现场生产需要的情况下,不宜在诸如高压加热器等重要设备上推广使用汽液两相流自调节水位控制器。