郭小健

摘要：某公司凝汽器為上海動(dòng)力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 N—17650型凝汽器，單殼體，對(duì)分雙流程，表面式。內(nèi)部換熱管為銅管，其中主冷區(qū)為黃銅管（HSn70—1AB），空冷區(qū)和凝汽器頂部園同段為白銅管（BFe30—1—1），數(shù)量共19520根。凝汽器運(yùn)行存在溶氧超標(biāo)，銅管泄漏等一系列問題，通過分析原因，對(duì)對(duì)凝汽器補(bǔ)水管道，及換熱管進(jìn)行改造。

關(guān)鍵詞：銅管泄漏;氨蝕;凝結(jié)水溶氧;補(bǔ)水霧化;不銹鋼節(jié)能管

一、近年來凝汽器運(yùn)行存在主要原因分析

1、溶氧問題

根據(jù)我廠設(shè)備的實(shí)際情況，分析造成凝結(jié)水溶解氧含量大的可能性有如下幾種：凝泵密封環(huán)泄漏、真空系統(tǒng)泄漏、真空泵的工作效率低、蒸汽中夾帶的氧氣及各種回收的疏水帶入的氧氣（量不大）、凝結(jié)水過冷度高引起溶解量增加、凝汽器補(bǔ)水中的溶解氧量過大。

結(jié)合以上分析，組織人員采取以下措施進(jìn)行原因分析：首先檢查了各凝泵密封環(huán)工作情況，確認(rèn)密封水壓力及回水都在正常狀態(tài)，另根據(jù)歷次大修時(shí)更換下來的密封部件來看，密封環(huán)與軸套貼合處的摩擦均勻，O 型圈完整，無明顯缺陷。認(rèn)為各密封環(huán)工作尚屬正常。

根據(jù)運(yùn)營(yíng)部最近進(jìn)行的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的結(jié)果來看，可以說各機(jī)組的嚴(yán)密性是非常好的，若存在泄漏的話，只能是在熱井水面以下了。于是組織人員對(duì) #4機(jī)可能泄露的部位進(jìn)行全面檢查，要求維護(hù)人員對(duì) #4機(jī)與凝汽器水面以下相連的真空系統(tǒng)所有閥門、法蘭及焊口進(jìn)行檢查。通過對(duì)凝汽器熱水井放水門，凝結(jié)水泵入口門，備泵出口門、逆止門，熱井水位計(jì)，凝泵進(jìn)口安全閥，汽側(cè)人孔門，凝結(jié)水泵入口濾網(wǎng)及其排污、排氣門，凝汽器水位變送器，共計(jì)二百多個(gè)部位進(jìn)行裹保鮮膜及抹黃油處理，但收效甚微。

我廠凝汽器的水位控制在750mm 左右，是比較低的，通過報(bào)表數(shù)據(jù)顯示目前各凝結(jié)水過冷度基本在1.5℃到3.0℃之間，基本符合設(shè)計(jì)要求。再通過真空泵運(yùn)行方式的切換，認(rèn)為各真空泵的抽氣能力也是正常的。故過冷度大，及真空泵的原因也基本被排除了。

補(bǔ)水量大、補(bǔ)入的除鹽水溶解氧大、也是造成凝結(jié)水溶解氧大的重要原因之一。注意到各機(jī)凝結(jié)水含氧量不穩(wěn)定，忽高忽低，其趨勢(shì)的變化與機(jī)組負(fù)荷及真空度都關(guān)系不大。補(bǔ)水量愈大，凝結(jié)水溶氧就愈易超標(biāo)。由于二期機(jī)組比一期兩臺(tái)機(jī)供熱量多，需要的補(bǔ)水量也明顯要大。至此，可以認(rèn)為補(bǔ)水量過大及補(bǔ)充除鹽水中的含氧過高是凝結(jié)水溶氧高的主要因素。隨著公司供熱事業(yè)的不斷發(fā)展，大量的補(bǔ)水不可避免，所以必須解決補(bǔ)水后溶氧增高的問題。

2、泄漏問題

凝汽器銅管的泄漏因汽輪機(jī)凝汽器的構(gòu)造、材質(zhì)、使用條件和冷卻水質(zhì)、安裝工藝等因素的不同，其腐蝕泄漏形式是多種多樣的。一般常見的腐蝕有以下幾種：1、潰瘍腐蝕;2、沖擊性腐蝕;3、脫鋅腐蝕;4、熱點(diǎn)腐蝕;5、應(yīng)力腐蝕;6、腐蝕疲勞;7、蒸汽側(cè)的氨腐蝕;

根據(jù)我廠歷年來抽管檢查的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)的腐蝕有兩種：1、水側(cè)潰瘍腐蝕（由內(nèi)而外）;

2、蒸汽側(cè)的氨腐蝕（由外而內(nèi)）

銅管的潰瘍腐蝕：多發(fā)生在投運(yùn)3—5年間，基本由銅鍍膜不均造成，近幾年已未發(fā)生此類腐蝕。

銅管的氨蝕：我廠近年來凝汽器的發(fā)生的腐蝕，表現(xiàn)為典型的氨腐蝕。

氨氣的分配系數(shù)較二氧化碳為小，因而凝汽器抽氣時(shí)，空氣基本被抽走，而氨易于富集水中，特別是在水中有溶解氧時(shí)，銅管的氨蝕更易發(fā)生。這種氨腐蝕屬電化學(xué)腐蝕類型，其陽(yáng)極過程是銅在氨性環(huán)境中的

氧化過程：Cu+4NH3→〔Cu（NH3）4〕2+ +2e;

陰極過程是溶解氧的還原過程：1/2O2+H20+2e→ZOH-

由于腐蝕產(chǎn)物為可溶性的鉻離子，因而腐蝕過程可無阻滯進(jìn)行，其特征主要是銅管均勻減薄，有時(shí)也出現(xiàn)橫向條狀腐蝕溝。資料顯示常溫下氨水溶液氨的氣液相分配比大約在7～10即汽側(cè)氨濃度是凝結(jié)水的7～10倍，加上空抽區(qū)局部富集以及隔板處凝結(jié)水過冷的影響，空抽區(qū)的氨含量比主凝結(jié)水高數(shù)十或數(shù)百倍， 個(gè)別情況下可達(dá)上千倍。當(dāng)凝結(jié)水pH為9.3時(shí)， 由NH4OH→NH+4+OH- 的電離平衡可推算出凝結(jié)水中氨含量為0.37mg/L，如果pH控制不當(dāng)，凝結(jié)水pH達(dá)9.5時(shí)，凝結(jié)水中氨含量為0.92mg/L，空抽區(qū)按濃縮1000倍計(jì)算氨含量分別為370mg/L和920mg/L。在如此高濃度的氨環(huán)境下，就極易產(chǎn)生氨蝕。有研究表明， 氨含量小于100mg/L，少量的氨提高了溶液的pH，黃銅表面被覆蓋的氧化物或氫氧化物所保護(hù)，腐蝕受到阻滯，而當(dāng)氨濃度增大到能與銅離子形成可溶性銅氨絡(luò)離子時(shí)（對(duì)HSn701A銅管，氨濃度約300mg/L以上），銅管的腐蝕速度劇增。氨腐蝕常表現(xiàn)為銅管外壁的均勻減薄，但隔板孔處由于凝結(jié)水過冷，溶解的氨濃度大大增加，引起銅管環(huán)帶狀的氨蝕而產(chǎn)生切痕，甚至導(dǎo)致凝汽器銅管的切斷，腐蝕多發(fā)生在空冷區(qū)及以下氨濃縮區(qū)。由于我廠凝汽器空冷區(qū)為白銅管（BFe30—1—1），耐腐蝕性高，空冷區(qū)下方為黃銅管（HSn70—1AB），耐腐蝕性低，故往往在空冷區(qū)下方的銅管先發(fā)生泄漏。

二、整改技術(shù)措施

1、針對(duì)凝結(jié)水溶氧問題，對(duì)凝汽器補(bǔ)水管道加裝霧化裝置。

為改善機(jī)組大量補(bǔ)水后凝結(jié)水溶氧偏高以及低負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水溶氧上升的情況，同時(shí)亦為了減小凝結(jié)水過冷度，在各機(jī)組大、小修中對(duì)凝汽器補(bǔ)水管道進(jìn)行了改造：

下圖為原補(bǔ)水管道圖：

改造方案：在原凝汽器喉部外面的Ф159補(bǔ)水管上加裝一個(gè)手動(dòng)閥門，并在其前開口引出兩路Ф108、Ф133補(bǔ)水管，從 #7、#8低加兩側(cè)進(jìn)入凝汽器，其布置方向平行于凝汽器銅管方向，并在進(jìn)入凝汽器前各安裝一只電動(dòng)閥。改造后補(bǔ)水管道圖如下：

Ф108補(bǔ)水管的噴嘴以水平方向噴出，Ф133補(bǔ)水管的噴嘴一排以水平方向噴出，另一排以斜向下方向（與水平方向呈60°夾角）噴出。兩路補(bǔ)水管道呈對(duì)沖噴霧方式，可使凝汽器喉部形成霧化區(qū)。這樣，補(bǔ)水霧化后，可以使補(bǔ)水中含有的空氣離析溢出而被真空泵抽走，降低了凝結(jié)水的含氧量。

2015年10月中旬，#4機(jī)凝結(jié)水溶氧超標(biāo)50—60ug/ L，經(jīng)數(shù)日排查，系統(tǒng)無明顯漏點(diǎn)。聯(lián)系運(yùn)行投入霧化裝置后，溶氧指標(biāo)立刻下降至15ug/ L 左右。

2、針對(duì)凝汽器銅管泄漏問題，將空冷區(qū)下方銅管更換為薄壁擾流強(qiáng)化換熱不銹鋼管為解決此類問題，擬將空冷區(qū)下方腐蝕嚴(yán)重的黃銅管更換為316L 不銹鋼管，可顯著提高空冷區(qū)下方區(qū)域內(nèi)的管道抗腐蝕性，減少凝汽器氨蝕泄漏。理論上不銹鋼316是耐氨水腐蝕的，在100攝氏度及以下溫度對(duì)任何濃度的氨水都具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

不銹鋼雖然耐腐蝕性好，但導(dǎo)熱性能比銅差，不銹鋼管的傳熱性能雖然不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)僅為 B30—1—1的55%和 HSn70—1A 的15%，但不銹鋼管凝汽器總傳熱效率不一定比銅合金管低，因?yàn)椴讳P鋼管壁較薄，一般為銅合金管的50%-71%;與銅合金管相比，不銹鋼管腐蝕產(chǎn)物較少，管壁光潔，不易沾污。因此具有較高的清潔系數(shù)和較低的流動(dòng)阻力，另外我們采用了擾流強(qiáng)化換熱不銹鋼管。主要是將管道內(nèi)壁壓制出導(dǎo)流花紋，增加管道內(nèi)冷卻水的雷諾數(shù)，以達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的。

三、結(jié)論

上述是筆者近年來對(duì)在公司設(shè)備運(yùn)行中發(fā)生的一些問題所做的一些分析和改造工作。從實(shí)際情況來看，取得了預(yù)期的效果，凝汽器故障率得到降低，凝結(jié)水水質(zhì)得到了保障。在設(shè)備管理工作上克難攻堅(jiān)任重而道遠(yuǎn)，其中不足之處希望得到各位領(lǐng)導(dǎo)、同事的批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 提高機(jī)組真空泵氣動(dòng)門可靠性的方法研究[J]. 郭勇，邵程安. 浙江電力.2018（09）

[2] 冷卻水源對(duì)真空泵性能的影響[J]. 錢秋裕，郝洪亮. 熱力發(fā)電.2012（03）