1、板式換熱器工作原理及特點(diǎn)
板式換熱器主要由固定壓板、活動(dòng)壓板、上下導(dǎo)桿、后支柱、板片、夾緊螺栓、夾緊螺母等零部件組成(如圖1所示)。板片用墊片密封后懸掛在固定壓板與換熱板之間，通過(guò)夾緊螺栓夾緊，根據(jù)需要選用防護(hù)罩。
板式換熱器工作原理:兩種工作流體在兩板片間形成窄小而曲折的通道中流過(guò)，冷、熱流體依次通過(guò)通道，中間有一層板片將流體分開(kāi)，并通過(guò)此板片進(jìn)行熱交換。板式換熱器2種介質(zhì)的平均溫差可以小至1℃，換熱效率可達(dá)99%以上。在相同壓力損失情況下，板式換熱器的傳熱效果是列管式換熱器的3～5倍，占地面積為其1/3，金屬耗量只有其2/3。在應(yīng)用中可根據(jù)需要將板式換熱器若干流道并聯(lián)組成一組，也可將并聯(lián)的組串聯(lián)在一起，形成冷、熱介質(zhì)通道，這就是板式換熱器的“流程組合”，并根據(jù)工藝條件計(jì)算結(jié)果選擇板式換熱器流程組合，板式換熱器流程分為單流程和多流程。
板式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱效率高、操作靈活、應(yīng)用范圍廣、換熱損失小、安裝和清洗方便等特點(diǎn)。在新建電廠的低溫?fù)Q熱系統(tǒng)中，舊式管式換熱器已逐步被板式換熱器替代。
2、板式換熱器微變形異常分析
2.1系統(tǒng)設(shè)備
某發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電B廠共安裝2臺(tái)1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組(3號(hào)、4號(hào)機(jī))，每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)給水泵，無(wú)電動(dòng)給水泵。
每臺(tái)給水泵汽輪機(jī)都配備獨(dú)立的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，包括2組小型板式換熱器，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，采用閉式冷卻水作為冷卻水源。換熱器換熱板片厚度為0.5 mm，每塊板片都配有密封墊片。板片裝有框架，相鄰板片間旋轉(zhuǎn)角度為180°，板束形成一系列的平行通道，換熱板兩側(cè)油、水兩種介質(zhì)分別進(jìn)入適當(dāng)通道，靠換熱板傳遞溫差達(dá)到冷卻油溫的作用。
2.2事故經(jīng)過(guò)
閉式冷卻水泵定期輪換，啟動(dòng)2號(hào)閉式冷卻水泵，運(yùn)行正常后，11:07停1號(hào)閉式冷卻水泵，1號(hào)、2號(hào)給水泵汽輪機(jī)相繼跳閘，相隔為85 ms，MEH跳閘首出均為“潤(rùn)滑油壓低”(定值0.07 MPa)。查閱歷史曲線發(fā)現(xiàn)，給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓低、定子冷卻水流量低報(bào)警，發(fā)出時(shí)間與閉式冷卻水泵切換為同一時(shí)間。11:07:08停1號(hào)閉式冷卻水泵;11:07:11閉式冷卻水母管壓力從0.78 MPa突然下降至0.56 MPa(Z低)，水壓波動(dòng)范圍達(dá)0.22 MPa;11:07:11 2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力低Ⅱ開(kāi)關(guān)均達(dá)到動(dòng)作值(0.07 MPa)，給水泵汽輪機(jī)跳閘;11:07:11定子冷卻水流量低保護(hù)達(dá)到動(dòng)作值，由于該保護(hù)存在30 s延時(shí)，保護(hù)未觸發(fā)機(jī)組跳閘邏輯(定子冷卻水冷卻器為板式換熱器)。
2.3原因分析
由圖1可以看出潤(rùn)滑油中熱量通過(guò)板式換熱器向閉式冷卻水系統(tǒng)釋放。板式換熱器核心元件換熱板為不銹鋼材質(zhì)，厚度約0.5 mm。通常用模具將板片壓制成各種槽型或波紋形(有水平平直波紋、人字形波紋、斜波紋等)，既可以增大板片的剛度，又可防止波紋板受壓變形，增強(qiáng)了流體的湍流程度及換熱面積，同時(shí)又能承受兩側(cè)的壓差。因此，板片結(jié)構(gòu)形式是保證板式換熱器高效換熱的管件。由于板式換熱器的板片較薄，當(dāng)換熱器兩側(cè)壓差變化時(shí)，將影響板片形狀，換熱器兩側(cè)內(nèi)的容積會(huì)隨之發(fā)生輕微的變化，該特性易被忽視。
在閉式冷卻水壓快速波動(dòng)過(guò)程中，板式冷卻器換熱板片受兩側(cè)壓差影響發(fā)生微變形，水側(cè)空間快速收縮，油側(cè)空間膨脹，系統(tǒng)中的潤(rùn)滑油膨脹，填充換熱器油側(cè)增加的空間，導(dǎo)致給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力瞬間波動(dòng)至0.07 MPa以下，達(dá)到潤(rùn)滑油壓力低Ⅱ開(kāi)關(guān)動(dòng)作值，2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)相繼跳閘。
機(jī)組跳閘后為驗(yàn)證閉式冷卻水系統(tǒng)壓力波動(dòng)與給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)壓力的關(guān)系，重新進(jìn)行閉式冷卻水泵切換試驗(yàn)，就地監(jiān)視2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力表。啟動(dòng)2號(hào)閉式冷卻水泵，啟動(dòng)正常后，停1號(hào)閉式冷卻水泵，給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力瞬時(shí)快速下降，閉式冷卻水母管壓力在3 s內(nèi)由0.81 MPa降至0.65 MPa，2號(hào)給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力低Ⅰ開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并對(duì)定子冷卻水系統(tǒng)流量產(chǎn)生明顯影響。
3、處理措施
a．在給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓低Ⅰ聯(lián)啟備用潤(rùn)滑油泵保護(hù)邏輯中，附加了延時(shí)3 s條件，油壓瞬間波動(dòng)＜3 s時(shí)，備用油泵來(lái)不及聯(lián)啟，為保證汽機(jī)不發(fā)生燒瓦事故，通常潤(rùn)滑油壓低Ⅱ值在聯(lián)啟事故潤(rùn)滑油泵同時(shí)觸發(fā)給水泵汽輪機(jī)跳閘保護(hù)。為避免給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力波動(dòng)造成?跳閘，可取消備用泵聯(lián)啟延時(shí)3 s條件，但要求油壓低Ⅰ開(kāi)關(guān)動(dòng)作安全可靠，否則容易造成備用油泵頻繁誤啟動(dòng)。潤(rùn)滑油壓力低Ⅱ觸發(fā)給水泵汽輪機(jī)跳閘保護(hù)，可增加0.5～1 s延時(shí)，但增加了軸瓦燒損風(fēng)險(xiǎn)。
b．由于板式換熱器微變形導(dǎo)致潤(rùn)滑油壓力低，僅為瞬間波動(dòng)，系統(tǒng)油壓短時(shí)間可恢復(fù)，因此，在潤(rùn)滑油系統(tǒng)供油管道(特別是在測(cè)壓管取油點(diǎn)附近)安裝蓄能器，在潤(rùn)滑油壓短時(shí)間降低時(shí)，蓄能器中儲(chǔ)存的潤(rùn)滑油釋放，補(bǔ)償系統(tǒng)壓力，可有效緩解潤(rùn)滑油壓瞬間波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。
4、結(jié)束語(yǔ)
目前板式換熱器在新安裝機(jī)組中被廣泛采用，在實(shí)際應(yīng)用中換熱板片微變形特性往往被忽視，而此特性對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行存在較大隱患。因此，在使用板式換熱器系統(tǒng)，特別是較重要的油系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意該問(wèn)題，建議加裝足夠容量的蓄能器。
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