凝汽器膠球清洗裝置改造優化分析案例

     凝汽器端差和凝汽器冷卻水箐的臟污程度，是影響凝汽器大真空度的主要原因，而凝汽器鈦管的臟污程度則決定了膠球清洗裝置運

行狀況。

      凝汽器端差和凝汽器冷卻水管的臟污程度，是影響凝汽器大真空度的主要原因，而凝汽器鈦管的臟污程度則決定了凝汽器膠球清洗裝置

運行狀況。通過對中國傳統凝汽器膠球清洗裝置設備及其操作的技術局限性進行剖析，并根據近幾年來中國國內優化技術的理論研究成果與

實際運行效果針對電廠凝汽器設備和膠球清洗系統實際工作狀況，并結合技術優化的實際可能性,對傳統凝汽器及清洗設備中膠球的材料

選擇及其操作方法提出相關的改造建議。

關鍵詞:膠球清洗裝置;凝汽器端差;清潔度;選型;運行方式

引言

      在現代電力企業的日常生產當中,膠球清洗裝置一直是針對汽輪發電機組中凝汽器冷卻水管道進行高效清洗的選設備,而膠球清洗

裝置清潔性能的優劣,更直接關系汽輪機凝汽器的清洗效果和傳熱效率。因此,為提升凝汽器的運行環境,提高排汽換熱效率,針對不同

企業的設備運行狀況,來合理選擇清洗設備型號以及正確的運行方式,就顯得尤為重要。

1情況簡介

      電廠有兩臺430MW燃氣輪機循環機組,其分別配置有兩套自動膠球清洗裝置,凝汽器循環水A、B側水室各-套。膠球清洗裝置的

作用是借助水流,把孔徑比鈦管大1~2mm、具有彈性且耐磨、濕態比重為1.0~1.1的海綿膠球擠進凝汽器鈦管,對冷卻水管道進行擦洗，

以維持鈦管內壁潔凈度,盡可能保持凝汽器設計換熱效率,同時避免鈦管內壁銹蝕積垢，改善工作環境,延長機組壽命。電廠膠球清

洗系統相關設備規范如下:

      但電廠兩臺機組自投產以來,機組.

效率--直偏低,凝汽器換熱效率較差,凝汽器換熱系統臟污較為嚴重,投運凝汽器膠球清洗裝置的效果也不如預期,經常出現收球率嚴重不合格

現象,凝汽器端差一度達到8°C以上,機組真空也常年在-92Kpa以下。與此同時,膠球收球率經常不達標,甚至有收球率為0的情況，膠球

的持續的使用壽命也明顯不足,膠球壽命低于150小時,膠球收球不合格率較高,甚至達100%;針對膠球清洗裝置進行相應技術改造,提

高凝汽器換熱效率及清洗效果已迫在眉睫。

2凝汽器膠球清洗裝置原因分析

2.1循環水水質較差

      由于電廠循環水系統水源主要來自銀洲湖取水口,銀洲湖水質-是受海水倒灌影響,水質極不穩定;二是取水口位于銀洲湖下

游,中上游的排水水質對下游質影響大。電廠循環水水源水質不穩定,另外凝汽器采用鈦管結構，由于在鈦管和不銹鋼管中,缺少銅

管生成的,可抵抗細菌、有機物等微生物生長的保護膜,因而鈦管不銹鋼管很容易在管內生成微生物。

通過檢修期間對電廠機組凝汽器內部鈦管的檢查發現,凝汽器內部鈦管結垢嚴重,特別是高溫回水區域特別明顯。實際直徑參數

為25mm的鈦管,實測直徑只有21.52mm,相當于管內積垢物厚度達1.75mm。結合去年循環水系統運行時多次化驗參數COD偏高的情況，

說明凝汽器鈦管長期處于較為惡劣的水質環境下運行,導致凝汽器傳熱系數大大下降。

      另外,在凝汽器鈦管檢查當中發現,凝汽器鈦管中區分出了明顯的清洗區域及未清洗區域,說明凝汽器的膠球清洗不充分,清洗范圍

受到了很大的限制。這是由于電廠膠球清洗系統投運模式為常規的連續投入模式,除-次發球較為集中外,其余時間發球都是分散

型的,而凝汽器循環水存在明顯的主水流區域,該區域流動阻力小,因此膠球長期集中在中間主水流區域,其他大部分區域(尤其部分邊

緣部分渦流區域)無法得到清洗,很容易產生污泥和結垢。

2.3膠球選型偏差

      目前電廠統一采用的膠球為25mm普通膠球。在膠球生產及應用領域有著幾十年

的豐富經驗,公司擁有先進的研究、測試中心及產品生產線,生產的膠球有著-定的質量保證。但具體的膠球選型可能存在偏差。

因為鈦管的不銹鋼管中并沒有在銅管中能夠形成的可以阻擋微生物滋生的保護層所以鈦管比不銹鋼管更易在管內形成微生物,需要選

擇耐磨性和除垢能力更強的膠球。根據該廠家的膠球產品說明書,RS系列的膠球為針對銅管設計的膠球型號,其耐磨性和除垢能力不及針

對鈦管和不銹鋼管設計的系列膠球,結合電廠凝汽器出現的鈦管結垢情況,可能是導致膠球不合格率超標,膠球壽命不足的主要原

因。

2.4膠球收球效果不佳

      在膠球清洗裝置收球網執行結構無明顯缺陷情況下,膠球收球率與循環冷卻水流量及壓頭息息相關。在電廠目前的膠球清洗裝置

設計中,膠球泵為恒轉速臥式單級雙吸離心泵，且所有膠球清洗裝置運行期間，膠球管路無相應節流裝置,無法根據實際運行狀況對冷卻

水流量及壓頭進行相應調整,值班人員缺少干預調整手段。

此外,檢修期間對凝汽器水室放水及解體,發現由于凝汽器膠球引出箐喇叭口過小,且導流板安裝位置不當,導致導流板與收球網引

出管之間的存在明顯縫隙,在冷卻水壓頭的作用下,大量膠球卡在縫隙間,無法隨水流通過弓出管口流出,從而導致膠球收球率持續偏

低。

3技術改造建議

3.1膠球選型

      膠球質量有相當保證,建議可以繼續使用,但可以更換為RB系列的研磨球。研磨膠球在膠球中加入了一定量的

耐磨材料,可以更方便地處理水管中的沉淀和結垢物質,對冷卻水管路中的稍硬沉淀和管中的細菌也有良好的清除功效，尤其適合于鈦管和不

銹鋼管。由于膠球泡水后的濕態直徑一般會比干態直徑增大1-2mm,因此可繼續使用25RB的研磨膠球,提高膠球的耐磨性。

另外,由于目前電廠凝汽器存在清洗區域限制的問題,可以嘗試采用不同沉降度的清洗膠球混合使用,比如25RB15M0以及

25RB10*M0型號的研磨球混合使用。

      此外,金剛砂膠球是在膠球表面增加一層金剛砂材質物料,根據膠球表面分布未知和分布量的不同，

分為金剛砂膠球和半金剛砂膠球兩種,適用于各種結垢沉積,但長期使用可能會破壞管道的材料特性，造成磨損甚至破壞,不適用于銅

管，可在鈦管及不銹鋼管中配合使用。因此,可以選購少量環形金剛砂膠球,作為輔助使用,提高凝汽器清洗效果。當夏季時容易出現微

生物積聚的工況下,或者出現膠球壽命降低,膠球磨損嚴重的現象時,可能反映出凝汽器鈦管內部出現明顯硬質結構物,此時可考慮短時

投用。濕態金剛砂膠球直徑應比鈦管直徑小1.0-2.0mm,可選21RA15M0環形金剛砂膠球。

3.2優化膠球清洗裝置運行方式

      另外,針對凝汽器鈦管無法得到全部有效清洗的問題,提出膠球清洗裝置的運行優化方案。由于目前電廠膠球清洗系統投運

方式為傳統的連續投運方式,除一次發球較為集中外,其余時間發球均為分散式,即便機組運行期間長期保持膠球連續投運，膠球清洗

區域也長期集中在固定位置。而且傳統膠球裝置投運方式下,部分熱水回到凝汽器入口管道,導致凝汽器入口水溫升高。且當系統冷卻水

水質較差時,傳統膠球清洗裝置清洗效果不佳,可能會產生凝汽器結垢現象。

      凝汽器集中發球為目前國內改造較多的技術,其特點均為集中發射,發球結束后關閉裝球室出口門,通過收球網回收膠球至裝球室,

然后根據指令再次集中發射,其中為廣泛的是HDCOCS系統:循環水經大容量膠球泵升壓,開啟發球閥,驅動膠球進入凝汽器水室,發

球閥關閉;收球網回收的膠球進入裝球室匯合,熱水經排出閥至凝汽器回水管道;根據系統指令開啟發球閥,進入下一個清洗過程。

結合電廠膠球清洗裝置實際情況,可進行相關改造。通過熱工投運邏輯修改,考慮增加裝球室切換閥開關操作,使膠球裝置在運

行一段時間后進行收球,之后再次出球,實現膠球清洗裝置投運過程中間歇性的集中發球,增加膠球清洗范圍。基于某些電廠進行的該項改

造,可暫時按投運30min,收球15min來執行,并在后續試運驗收中對實際投運方案的連續投運時間及收球時間來進行優化。

3.3提高膠球清洗裝置收球率

      針對膠球清洗系統缺少節流能力的情況,在考慮控制設備經濟投入及實際方案可行性的前提下(無法將膠球泵改造成變頻泵),

通過在凝汽器出口管道(收球網進口箐道)增加DN80的手動閘閥,用于膠球系統運行過程中根據實際運行情況,調節各收球管的流量,提

高收球率。

      針對導流板卡球問題,根據實際運行情況,對凝汽器膠球清洗裝置的膠球弓出管路設備進行相應改造:

      (1)將膠球引出管喇叭口增大(各方向增大100mm),并在喇叭口位置加裝規格為DN100的玻璃觀察窗用以觀察膠球的流動情況、判

斷是否存在卡球現象;

      (2)膠球引出管道更換規格為DN100的PE管,提升膠球的引出能力;

      (3)調整導流板位置,將導流板.上移,擴大導流板與水室之間的縫隙,防止水流擠壓作用下使膠球卡在縫隙中。

3.4根據檢修工期

      定期進行凝汽器化學清洗

由于電廠循環水系統設計原因,存在循環水水質不穩定,凝汽器易積垢的本質問題,通過對膠球清洗裝置的改造和優化能起到一

定的輔I助作用,但不能從根本.上大大提升凝汽器的清洗效果,改善換熱效率。因此,利用機組停運期間以及檢修計劃工期,定期對凝汽器

冷卻水鈦管進行化學清洗,通過酸性緩蝕劑劑清除微生物污垢,恢復鈦管直徑,可有效恢復凝汽器換熱性能,提升機組效率。

4、膠球清洗改造后效果評價

      在2021年末的機組檢修期間,電廠對#1機組凝汽器實施了化學清洗項目,并在膠球選型及膠球裝置運行方式方面,實施了相關的

技術改造,優化了凝汽器的清洗方案。通過對改造前后凝汽器端差、機組運行真空度以及低壓缸排汽溫度等性能參數的對比,可對凝汽器

膠球清洗裝置的改造效果作出以下評價:

表2改造前后凝汽器換熱性能參數對比

      通過參數對比發現,對機組凝汽器膠

球清洗裝置進行改造前,夏季工況時機組真空高只有-91.8Kpa,冬季工況時機組真空高只有-94.5Kpa,凝汽器端差小時也達到8.8C,

凝汽器呈現明顯的積垢現象,換熱效率低下哎。在進行了凝汽器化學清洗以及膠球清洗裝置運行方式優化后,夏季工況時機組真空高可

達-93.7Kpa,冬季工況時機組真空高可達-96.8Kpa,凝汽器端差小時也達到2.8°C,凝汽器換熱效率有了較為明顯的提升。

      另外,在對凝汽器膠球清洗裝置日常回收數球工作當中也發現,在更換了膠球選型以及進行了相關技術改造以后,膠球的收球率以及.

回收球的合格率都有了較大的提升,收球率常保持在94%以上,雖仍有收球率不合格情況,但出現頻次明顯減少,且回收球合格率保持在

91%以上,膠球總體使用壽命大于150小時,符合標準要求。

      凝汽器的清潔效率及傳熱效果對機組運行的性能的影響是至關重要的,日常生產中,電力值班人員應加強對凝汽器性能指標參數的監

視和觀察,總結工作經驗,積極優化清洗裝置的運行方式,提出合理的建議。電廠的膠球清洗裝置改造方案的有效實施,證明了其技

術優化思路的正確性,對于其他電力企業有較大的借鑒意義和推廣意義。