某电厂凝结水处理混床阻力大原因的研究
张萍1 丁桓如1 陈孝和2
1.上海电力学院 上海200090 2.吴泾热电厂 上海200241
某电厂凝结水处理混床是西安电力机械厂按照美国Belco公司的技术设计的D2 200中压凝结水处理混床。每台机组带有混床三台，投运时发现混床阻力较大，后电厂自行将水帽由原来的D57×53（绕丝部分）放大到D76×57，但运行中阻力仍未达到设计要求，设计规定经过混床的压差不能大于0．343 MPa。由于混床的阻力过大不得不采用打开旁路的办法以满足机组对水量的要求。
目前该电厂凝结水处理混床的旁路一直处于常开状态，影响了水汽的品质，特别是当凝汽器泄漏时，问题更为严重。为了解决这一生产中的隐患，使该电厂凝结水处理混床能正常运行（100％处理），确保机组安全发电对水质的需要，我们对混床阻力大的原因进行了探索和试验。
1 情况分析
目前国内凝结水处理混床下部排水装置基本上有三种类型，一种是支母管上装水帽；一种是支母管，支管开孔包网或为绕丝式；还有一种为弧形底板（双层底）上装有水帽。表1列出该电厂凝结水处理混床现有水帽状况及外高桥等电厂混床中排水装置实测数据。从表中可以看出，该电厂混床水帽的缝隙流速远大于外高桥电厂混床排水装置中流速（流通面积小）。
同时，对外高桥电厂和该电厂的树脂情况进行了了解：外高桥电厂混床中的树脂为Dow公司的Dower－550和Dower－650，运行情况良好，树脂破损量很少。该电厂混床用的是国产的凝胶型均粒树脂，据现场反映破损量较大。
凝结水处理的混床为体外再生混床，结构简单，内部仅有进水管装置，树脂层及排水装置，阻力大的原因主要是由排水装置（水帽）及树脂层所引起的。
2 试验方案及流程
根据上述分析，拟进行下列几方面的试验：
（1）凝结水处理混床中现有水帽水力学特性（低压和中压条件）测试；
（2）改进后的水帽水力学特性试验（低压及中压），其中中压试验模拟现场的状况。
试验中除了对该电厂提供的3个水帽进行水力学特性测试外，还先后试制了9种水帽，对其进行对比试验，其主要技术数据如表2。
（3）树脂粒度对水帽阻力的影响试验。
（4）现场中压条件下进行验证试验。
本研究设计并安装了一台10 m3／h的中压水帽水力学特性试验台，其流程如图1所示。
根据电厂混床中水的流速最大为120 m／h，设计了直径为325 mm，塔高为1 500 mm，并能承受2．94 MPa压力的试验设备。在塔体内装有可更换不同水帽的隔板，便于试验中不同水帽的测试。
试验采用常压泵：流量为10～30 m3／h、扬程为30 m；高压泵：流量为30 m3／h、扬程为300 m。流量用金属管转子流量计测量。水帽及树脂床层的压降用微压差压计测定，差压计测压范围为0～0．098MPa、0．098～0．392 MPa。流程如图1所示。
3 试验结果及讨论
3．1 水帽缝隙大小对水的阻力的影响
当流体流过水帽时，水帽缝隙的大小对水的阻力有一定的影响，现将水的流量为7 m3／h通过水帽时（相当于混床出力400 m3／h）各个水帽在低压、中压试验时的阻力数据汇总于表3。
上述试验结果看出，随着水帽流通截面积的 增加，对水的阻力减少。水帽流通截面积由小到大的顺序（2号、5号、1号、8号、7号、10号、4号）也是水的阻力损失由大到小的顺序（2号、1号、5号、8号、7号、10号、4号），基本上是随着水帽流通面积的增加水的阻力减少。原因是水帽流通面积的增加使通过水帽的流速减小，从而使水的阻力下降。从表3还可看出，当水帽缝隙流速小于0．5 m／s时，再增加水帽流通截面积，水的阻力减小的幅度不大。
从动力学角度来看，当流体流动属于层流区时，流体的流动阻力受流速的影响较小；流体流动属于湍流区时，流体的阻力与流速的二次方成正比，因此，当水帽截面积较小，使流体的流动处于湍流区时，流速的增加将使水的阻力大幅度增加；而当流体的流动处于层流区时，流速进一步降低时水的阻力降低值较少。
3．2 压力对水帽阻力的影响
3．2．1 常压与2．94 MPa压力数据的比较
从表3看出，在2．94 MPa时水的的阻力与常压下的阻力数值基本相同。可以认为在0．098～2．94 MPa压力范围内，压力对混床中水帽阻力的影响不大。
3．2．2 现场试验有背压与无背压数据比较
现场试验中，将试验台与该电厂混床管路相联。无背压试验中，将试验台的进口管路与混床相联，出口管路放空。有背压试验时，将试验台的进口与现场的混床进口相联，出口与混床的出口相联。现将流量7 m3／h时有背压与无背压时，通过水帽的阻力数据列入表4。从表4看出有、无背压对阻力的测试数据无显著影响。
产生上述现象的主要原因是由于水是一种不可压缩流体，在一定范围内，压力的增加不会使水的体积及密度产生变化，即水的物理性质不变，所以压力对树脂及水帽的阻力增加影响不大。
3．3 树脂颗粒大小对阻力影响
树脂颗粒大小除了对树脂床层阻力有影响外，对水帽阻力也有影响，对此也进行试验。试验时树脂粒度取大于0．71 mm、0．65～0．71 mm、小于0．65 mm三个组分。另外，在现场条件下，我们又用国外均粒（无破碎）与国产凝胶型均粒树脂（有破碎）进行对比试验。
3．3．1 三种粒度组分树脂对水帽阻力影响的试验室试验数据
在试验台上用2号水帽和10号水帽进行试验，树脂系该电厂混床中的凝胶型均粒树脂筛分而得，树脂床高0．3 m，试验水压小于0．6 MPa。每个水帽流量7 m3／h时树脂粒度对阻力的影响见表5。
上述试验结果表明，树脂变小时，不但树脂床层阻力上升，而且水帽阻力也上升。这种现象可以解释为树脂颗粒破碎后变小，它对水帽缝隙的堵塞率上升，而使阻力增加。同时，由于树脂的破碎，小的破碎树脂嵌入大树脂之间，使树脂层的孔隙率减小即流体的流通截面相对减小而使阻力增加。
3．3．2 国外均粒树脂与本厂国产混床凝胶型树脂阻力对比
试验在现场条件下测定（有背压），用改7号水帽，树脂装载高度1 m。用该电厂国产凝胶型均粒树脂（有破损）与国外均粒树脂（无破损）进行比较实验。流量7 m3／h时通过水帽时二种树脂的阻力情况汇总于表6。
从上述试验结果中可以看出，无破碎的国外均粒树脂阻力明显小于破碎的国产均粒树脂，其原因可能有两点：一是国产均粒树脂有破碎的，造成堵塞；二是国外均粒树脂与国内均粒树脂表面的光洁度不同，导致水流阻力不同。
4 结论与讨论
（1）水帽流通面积小，缝隙流速高，使混床阻力增大。
上述试验结果表明，当水帽流通面积增大，缝隙流速降至0．5 m／s以下时，水帽阻力较小。
（2）树脂对混床阻力也有较大的影响。
破碎树脂的存在使得树脂层及水帽的阻力上升。破损后的树脂，不但使床层阻力上升，而且也使水帽阻力上升。上述试验表明，在同样情况下，将有破损的该电厂混床中树脂换为无破损的国外均粒树脂，阻力可明显下降。获得的阻力降低值与更换水帽相仿。
（3）试验压力0．098～2．94 MPa对阻力试验影响不大。同时，有、无背压对阻力的影响也不大。
对现场混床或其他床体中阻力影响因素的测试及研究，可以在实验室中进行低压条件下的模拟，模拟数据可以代表现场的状况。
参考文献
［1］国家医药管理局上海医药设计院．化工工艺设计手册（上册）．化学工业出版社．
［2］中国市政工程华北设计院．给水排水设计手册（第10分册）．中国建筑工业出版社．
［3］王乃忠．水处理理论基础．重庆：西南交通大学出版社，1988．
［4］张萍等．上海电力学院学报．上海：上海电力学院学报编辑部，1998，6．
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