建設(shè)期的π型鍋爐水壓試驗(yàn)后，三大屏中的液態(tài)水無(wú)法完全排出。如果處于高寒地區(qū)，冬季來(lái)臨前無(wú)法投產(chǎn)，那么寒冷天氣來(lái)臨前需要采取必要措施，避免殘余水分在低溫條件下結(jié)冰膨脹對(duì)三大屏管材造成破壞。

  一、目前采取的措施一般為保溫法或烘干法。

1、保溫法

1.1  燃料保溫法：用煤炭等燃料在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒。

這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性差。遇到惡劣天氣，操作人員一旦不夠盡職盡責(zé)，容易前功盡棄，造成結(jié)冰破壞。另外爐膛內(nèi)長(zhǎng)期集聚有毒氣體，容易造成人身傷害事故。

1.2  電熱保溫法：在鍋爐爐膛內(nèi)設(shè)置電熱帶加熱保溫。

電熱設(shè)備功率較小，極寒天氣時(shí)難以提供足夠的保溫?zé)崃?。一旦電熱帶損壞或者因故停電較長(zhǎng)時(shí)間，極易造成結(jié)冰破壞。

1.3  如果項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)具備蒸汽供應(yīng)條件，利用蒸汽保溫是比較理想的選擇。

2、烘干法

以柴油、液化氣等為燃料，在爐膛內(nèi)架設(shè)臨時(shí)燒嘴，將爐膛加熱到合適的溫度，讓三大屏殘余液態(tài)水轉(zhuǎn)化為水蒸汽排出。

這種方法可以一勞永逸地解決冬季結(jié)冰膨脹破壞問(wèn)題，比較可靠，但也存在一些顯著的缺點(diǎn)。

2.1 臨時(shí)燒嘴正上方的屏過(guò)組件，會(huì)一直承受800～1100℃的熱煙氣烘烤，容易造成潛在的損害。

烘烤起始階段，屏過(guò)U型管內(nèi)部有液態(tài)水，產(chǎn)生水蒸汽持續(xù)流動(dòng)，管道溫度不會(huì)過(guò)高。但燒嘴正上方的U型管道內(nèi)部的液態(tài)水最先蒸發(fā)完畢，然后會(huì)持續(xù)干燒8～15小時(shí)，溫度達(dá)到800～1100℃。這種狀況對(duì)屏過(guò)造成的損害應(yīng)當(dāng)引起注意。

 2.2  低溫環(huán)境下烘干，會(huì)在水冷壁下部集聚較多冷凝水。這些冷凝水因?yàn)槌隹诒码y以排出，快速結(jié)冰后可能對(duì)水冷壁造成破壞。

由于受工程進(jìn)度及其他因素的影響，有時(shí)需要在環(huán)境溫度較低的情況下烘干。烘干過(guò)程初始階段的水蒸汽流量較小，形成的冷凝水在水冷壁下部極易結(jié)冰，堵塞管道。后續(xù)產(chǎn)生的冷凝水不斷集聚，持續(xù)結(jié)冰。這種情況不易發(fā)現(xiàn)，也難以消除。容易對(duì)下部水冷壁造成嚴(yán)重破壞。

2.3  烘干過(guò)程中爐膛內(nèi)煙氣中CO嚴(yán)重超標(biāo)，煙氣串行到其他部位，容易對(duì)交叉施工人員造成人身傷害；燃油、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)易燃易爆，容易產(chǎn)生安全隱患；烘干項(xiàng)目與其他施工項(xiàng)目存在工期交叉、工序安排方面的矛盾；烘干法的整體成本相對(duì)較高。

二、特殊越冬方案--有序結(jié)冰法

液態(tài)水結(jié)冰后，體積膨脹約9%，產(chǎn)生巨大的膨脹力，容易對(duì)容器及管道產(chǎn)生破壞。π型鍋爐三大屏管道數(shù)量大，其水壓試驗(yàn)后有約50～60%的殘余水分無(wú)法排出，越冬問(wèn)題必須重視。

保溫法和烘干法是常用的越冬方案，但具有一定的缺點(diǎn)，甚至存在重大的技術(shù)及安全隱患。

火電行業(yè)第一次采用烘干法越冬方案是我公司承擔(dān)實(shí)施的（2016年國(guó)泰新華新疆五彩灣項(xiàng)目），此后我公司先后承擔(dān)大唐發(fā)電、中煤能源、特變電工在新疆地區(qū)π型鍋爐三大屏的烘干項(xiàng)目。深切感受到傳統(tǒng)方法存在的技術(shù)隱患，所以一直致力于這方面的技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新。

經(jīng)過(guò)我們多年的觀察、思考、試驗(yàn)和研究，探索出一種簡(jiǎn)單易行、成本更低、優(yōu)點(diǎn)突出的越冬方案--有序結(jié)冰法。就是讓三大屏內(nèi)的殘余水分自下而上分步驟先后緩慢結(jié)冰。這種情況下，雖然結(jié)冰后體積仍然膨脹約9%，但管道不產(chǎn)生徑向和軸向膨脹力，對(duì)于三大屏管道沒(méi)有任何破壞力。

這一方法乍一聽(tīng)違背常識(shí)，離經(jīng)叛道，其實(shí)符合科學(xué)原理。

水結(jié)冰膨脹時(shí)并不是均勻地向四周膨脹，而是向約束力更小的方向膨脹。在外圍完全形成較強(qiáng)的約束時(shí)，后續(xù)結(jié)冰膨脹時(shí)才在各個(gè)方向都產(chǎn)生較大的膨脹力。

在-1～-10℃的溫度區(qū)間內(nèi)，管道內(nèi)液態(tài)水的結(jié)冰過(guò)程如下：從管道內(nèi)壁開(kāi)始，向管道中軸線方向分層結(jié)冰，類似于管壁逐漸加厚的過(guò)程。管道內(nèi)壁周向的環(huán)形冰層逐步加厚，管道中心軸部位在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一直是0℃的液態(tài)水。外層結(jié)冰后向內(nèi)產(chǎn)生體積膨脹，擠壓內(nèi)部的液態(tài)水向自由端流動(dòng)，不產(chǎn)生明顯的膨脹壓力。這個(gè)過(guò)程相對(duì)緩慢，中部液態(tài)水柱的直徑不斷縮小、逐漸變細(xì)，但一直保持流動(dòng)性，從而保證結(jié)冰過(guò)程不對(duì)管道產(chǎn)生膨脹壓力。直到管道中軸線部位的液態(tài)水完全結(jié)冰。

管道內(nèi)的液態(tài)水完全結(jié)冰后，冰柱也遵循熱脹冷縮的物理規(guī)律。冰的冷縮率大于金屬管道，所以結(jié)冰后繼續(xù)降溫時(shí)，冰柱也不會(huì)對(duì)金屬管道產(chǎn)生破壞力。

基于上述科學(xué)原理，結(jié)合π型鍋爐三大屏組件及爐膛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以調(diào)節(jié)出合適的溫度場(chǎng)條件，實(shí)現(xiàn)三大屏殘余水分有序結(jié)冰而不對(duì)管道產(chǎn)生膨脹破壞。

π型鍋爐三大屏組件呈U形結(jié)構(gòu)，上下部存在一定的高差；三大屏組件所在的鍋爐爐膛上部空間相對(duì)密閉；在爐膛外墻保溫較好的情況下，通過(guò)一定的人為干預(yù)，可以形成比較理想的溫度場(chǎng)。從而實(shí)現(xiàn)三大屏管道內(nèi)的水分自下而上按先后順序逐步結(jié)冰，體積膨脹擠壓管道中心部位的液態(tài)水向高位流動(dòng)，因此不產(chǎn)生明顯的膨脹壓力。直到管道內(nèi)水分完全結(jié)冰。然后氣溫持續(xù)降低也不會(huì)造成管道破壞。

有序結(jié)冰法克服了保溫法和烘干法的諸多缺點(diǎn)，簡(jiǎn)單易行，不影響其他項(xiàng)目的正常施工。但需要業(yè)界人員打破傳統(tǒng)常識(shí)的認(rèn)知局限，才能逐步接受這種比較特殊的越冬方案。

作者簡(jiǎn)介：  吳強(qiáng)國(guó)，1966年出生，男，工程師，1989年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)燃?xì)夤こ虒I(yè)。

工作單位：河南煜華科技有限公司，從事燃?xì)夤こ碳叭紵夹g(shù)研究、高爐爐缸侵蝕機(jī)理及防治方法的研究。

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