謝進(jìn)樅

（中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

根據(jù)凝汽器特性，在凝汽器結(jié)構(gòu)和面積不變、真空嚴(yán)密性合格和冷卻水量一定的情況下，凝汽器真空與換熱管清潔系數(shù)有直接關(guān)系，清潔系數(shù)越高，真空越高，機(jī)組熱效率越高。以燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠300MW機(jī)組為例，凝汽器真空每提高1kPa，機(jī)組熱耗率就降低約1%，發(fā)電煤耗可降低約3.2g/kW·h，具有明顯的節(jié)能效益。

由于電廠循環(huán)水水質(zhì)較差，因此水中微生物含量較高而產(chǎn)生大量生物黏泥，加上凝汽器運(yùn)行中存在熱交換，隨著冷卻水中離子濃縮，換熱管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢問題，金屬與垢物在導(dǎo)熱性能上存在很大差異，凝汽器結(jié)垢會(huì)造成清潔系數(shù)和換熱效率降低，增加汽輪機(jī)熱耗[1]，而且長時(shí)間結(jié)垢狀態(tài)還會(huì)造成鈦管內(nèi)壁發(fā)生電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致鈦管穿孔泄漏事故，縮短使用壽命。因此，提高并保持凝汽器鈦管清潔對(duì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。

1 機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀

電廠采用十字瀝高含鹽咸水作為循環(huán)水補(bǔ)水，極易在管道和設(shè)備內(nèi)部繁殖、生長并造成凝汽器鈦管結(jié)垢，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成凝汽器水阻增大，循環(huán)流量降低。電廠雖然有膠球沖洗和濾網(wǎng)系統(tǒng)，但膠球清洗效果也比較有限，凝汽器雜物堵塞和生物黏泥沉積問題依然存在。檢修中對(duì)凝汽器勘查情況如圖1和圖2所示。

圖1 凝汽器進(jìn)水側(cè)膠球堵塞管口

圖2 凝汽器出水側(cè)結(jié)垢

對(duì)凝汽器采用高壓清洗只能除去表面的泥垢和管口雜物，管內(nèi)仍有一層約0.1mm～0.3mm的硬垢，如果不徹底清除，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響較大，凝汽器垢樣分析結(jié)果見表1。

表1 凝汽器垢樣分析報(bào)告數(shù)據(jù)

從表1分析數(shù)據(jù)得知，氧化鎂MgO為30.10%，三氧化二鋁Al2O3為18.10%，二氧化硅SiO2為25.1%，氧化鈣CaO為12.2%，4種化合物是垢樣中的主要成分占85.5%，其余大約占14.5%。傳統(tǒng)的凝汽器化學(xué)清洗方法是把設(shè)備系統(tǒng)隔離，把水側(cè)的水室及至循環(huán)水管的蝶閥處都灌滿化學(xué)藥劑，進(jìn)行浸泡和大循環(huán)，讓垢與藥劑發(fā)生反應(yīng)以到達(dá)除垢目的。但這種傳統(tǒng)化學(xué)清洗方法存在弊端：1）藥劑消耗量大且浪費(fèi)嚴(yán)重，增加清洗成本。2）產(chǎn)生大量的清洗廢液，容易產(chǎn)生污染。3）凝汽器水室內(nèi)部的殘留藥液會(huì)破壞內(nèi)部防腐層，造成設(shè)備腐蝕等諸多問題。4）現(xiàn)場施工工程量較大，管路復(fù)雜，需要較長的工期。

與常規(guī)浸泡和大循環(huán)清洗工藝相比，小循環(huán)式凝汽器化學(xué)清洗方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）藥劑在管程內(nèi)流動(dòng)性好，垢與藥劑的反應(yīng)更充分，除垢更徹底，單根鈦管的除垢時(shí)間也大大縮短。2）清洗藥劑用量只需要傳統(tǒng)清洗方法用藥量的30%左右，大大減少廢液處理量。3）具有正、反向循環(huán)清洗功能，確保藥液循環(huán)和清洗充分，能夠節(jié)約清洗藥劑，減少廢水中和與排放，有利于環(huán)保和安全文明生產(chǎn)。4）凝汽器化學(xué)清洗中不會(huì)對(duì)水室內(nèi)壁的防腐破壞，也不會(huì)對(duì)犧牲陽極、溫度測(cè)點(diǎn)等其它部件損壞，有利于設(shè)備長期完好運(yùn)行。5）安全性好，每組換熱管清洗產(chǎn)生CO2氣體少，可快速擴(kuò)散，不容易形成聚集，安全隱患小。6）不需要對(duì)凝汽器水室進(jìn)行焊接堵板和隔離，可以在人孔敞開情況下清洗，安裝和恢復(fù)速度比較快。

因此，為提高凝汽器的換熱效率，確保機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在檢修中對(duì)凝汽器采用電磁脈沖+小循環(huán)化學(xué)清洗裝置進(jìn)行清洗。

2 化學(xué)清洗原理

凝汽器化學(xué)清洗采用基于電磁脈沖清洗技術(shù)的脈沖化學(xué)循環(huán)清洗系統(tǒng)，與小循環(huán)清洗裝置結(jié)合，進(jìn)行凝汽器小循環(huán)流量、大流速清洗，采用清洗機(jī)自帶的電加熱保持清洗溫度在25～35℃，將反應(yīng)酥松和剝離的鹽垢通過高流速?zèng)_出，達(dá)到凝汽器化學(xué)清洗的目的。

清洗系統(tǒng)由加藥攪拌器（帶泵）、電磁脈沖清洗機(jī)、廢液存儲(chǔ)罐（帶泵）、指定廢液池、小循環(huán)清洗裝置和循環(huán)清洗管路系統(tǒng)等構(gòu)成。由泵將配好的藥液經(jīng)脈沖清洗工程車抽至凝汽器小循環(huán)清洗裝置（由進(jìn)水小循環(huán)水室、出水小循環(huán)水室和凝汽器鈦管管束組成）中，經(jīng)脈沖高壓沖洗后，將廢液排至廢液存儲(chǔ)罐中再經(jīng)中和后排放至指定廢液池，小循環(huán)清洗裝置在外部控制下自動(dòng)移至下一清洗位置，重復(fù)該過程直至整個(gè)清洗過程結(jié)束，清洗回路如圖3所示。

圖3 凝汽器小循環(huán)化學(xué)清洗回路

其他換熱器采用電磁脈沖清洗機(jī)和滿水狀態(tài)下脈沖循環(huán)清洗，結(jié)合人工高壓水清洗，確保清洗效果達(dá)標(biāo)。

3 化學(xué)清洗流程

3.1 清水沖洗

系統(tǒng)具備清洗條件后，如有浮泥或大量貝類，應(yīng)先進(jìn)行清理，或采用30MPa的高壓清洗機(jī)對(duì)凝汽器進(jìn)行逐管沖洗。沖洗過程中啟動(dòng)臨時(shí)排污泵，注意水室水位，連續(xù)排放，放凈水室污水，每臺(tái)水室時(shí)間約120min。水室鈦管內(nèi)貝殼類海生物及泥沙應(yīng)清理干凈，清洗疏通率及透光率達(dá)到100%，不通的加堵并做標(biāo)志，不得對(duì)設(shè)備造成機(jī)械損傷和腐蝕。檢查并疏通堵塞的換熱管共計(jì)約600根。用高壓清洗槍清洗鈦管，清洗時(shí)在出水室進(jìn)行，自上而下逐行沖洗。清洗過程中及時(shí)清理水室另一側(cè)的已清出的污物，以免二次污染。檢查鈦管內(nèi)貝殼類海生物及泥沙清理干凈。并檢查清洗疏通率及透光率是否達(dá)到100%。

3.2 清洗過程

3.2.1 臨時(shí)系統(tǒng)安裝

凝汽器采用小流量循環(huán)清洗工藝，清洗泵進(jìn)出口連接至清洗母管，形成循環(huán)回路，每組清洗母管覆蓋600～800根鈦管。每組化學(xué)清洗完成后將小循環(huán)清洗母管挪到下一組。清洗中清洗母管排氣排水軟管接至加藥罐，減少清洗液中的酸性物質(zhì)對(duì)凝汽器鈦管面板焊縫的腐蝕和清洗用藥量，提高清洗效率，節(jié)約清洗時(shí)間[2]。1）清洗箱清洗泵就位完畢后，將清洗箱清洗泵進(jìn)出口用臨時(shí)管道連接。2）將清洗箱固定至凝汽器及其他換熱器進(jìn)出口附近，并與清洗泵進(jìn)出口連接。3）清洗母管接排空氣管引至加藥罐。4）清洗箱用通過排污泵連臨時(shí)管道接至冷卻塔。5）就近接臨時(shí)生活水管至清洗箱。

3.2.2 小循環(huán)清洗裝置系統(tǒng)連接

由進(jìn)水小循環(huán)水室、出水小循環(huán)水室和鈦管管束在水室孔板上形成閉環(huán)系統(tǒng)。電磁脈沖清洗機(jī)出口通過臨時(shí)管道再與進(jìn)水小循環(huán)水室鏈接，出水水室與脈沖清洗機(jī)回水口相連接形成小型化學(xué)清洗循環(huán)系統(tǒng)，通過清洗機(jī)電磁切換裝置，實(shí)現(xiàn)正向、反向循環(huán)清洗功能。進(jìn)水小循環(huán)水室和出水小循環(huán)水室在齒條上移動(dòng)，通過伺服電機(jī)定位對(duì)其他鈦管管束進(jìn)行清洗。為提高清洗效率，節(jié)約清洗時(shí)間，可以根據(jù)鈦管數(shù)量進(jìn)行多套同時(shí)循環(huán)清洗。

3.2.3 系統(tǒng)檢查

檢查系統(tǒng)閥門開啟靈活，各儀表指示準(zhǔn)確。并檢查清洗泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。臨時(shí)系統(tǒng)安裝好后，通過清水進(jìn)行管路沖洗和打壓檢查，防止接口泄漏和雜物堵塞。將電氣與控制回路調(diào)試合格。循環(huán)回路為清洗箱→清洗泵→清洗母管入口→鈦管管束→清洗母管出口→清洗箱。

3.2.4 清洗技術(shù)要求

考慮有部分空氣混合進(jìn)入換熱管并形成脈沖水流，因此實(shí)際管內(nèi)流速為0.5～1m/s對(duì)剝離泥垢有很好的沖洗作用。采取有效的隔離措施，避免清洗藥液進(jìn)入下部循環(huán)水管道及凝泵坑內(nèi)，造成廢液積存導(dǎo)致蝶閥腐蝕泄漏或者凝泵坑內(nèi)水質(zhì)污染。所有廢水排放均通過清洗機(jī)中和后排污，確認(rèn)清洗系統(tǒng)水箱內(nèi)部殘留水液pH達(dá)標(biāo)，經(jīng)過清洗泵打到指定位置。用Φ108/133mm的臨時(shí)管道將清洗系統(tǒng)排污管引至臨時(shí)廢液存儲(chǔ)罐中。

3.3 工藝控制

為確保清洗效果，應(yīng)從如下方面對(duì)清洗工藝進(jìn)行控制：1）將清洗劑、緩蝕劑和消泡劑分別按一定比例加入加藥罐，通過加藥泵與電磁脈沖清洗機(jī)泵出口相連，電磁脈沖清洗機(jī)排污管與廢液存儲(chǔ)罐相連接，形成小循環(huán)清洗回路。2）循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行正常后，投入加熱系統(tǒng)裝置，調(diào)整泵站出口閥門，保證藥液均勻布滿凝汽器及其他換熱管內(nèi)壁。并根據(jù)泡沫大小加入消泡劑和適量清洗助劑。3）加藥期間注意保持凝汽器水室排氣閥開啟，并保持通風(fēng)，凝汽器水室底部放水門開啟。循環(huán)清洗時(shí)到5h后，每15min檢測(cè)一次清洗液的pH值，連續(xù)2次pH值無變化時(shí)停止清洗。注意檢查加藥罐和廢液存儲(chǔ)罐水位不得超過警戒水位，確?，F(xiàn)場文明生產(chǎn)。4）根據(jù)回收溶液的pH值，及時(shí)調(diào)整適量補(bǔ)充藥液，至pH=3.5并不再上升，為反應(yīng)結(jié)束。5）將清洗系統(tǒng)內(nèi)的化學(xué)清洗液排至回廢液存儲(chǔ)罐中，用工業(yè)水進(jìn)行循環(huán)清洗排放，當(dāng)檢測(cè)清洗水pH值達(dá)到7～8時(shí)停止沖洗，往復(fù)循環(huán)操作。6）打開人孔，進(jìn)入水室檢查清洗效果。清洗后的鈦管內(nèi)表面清潔見金屬光澤，基本無殘留水垢，無明顯金屬粗晶析出的過洗現(xiàn)象。

4 化學(xué)清洗效果評(píng)價(jià)

在確保對(duì)運(yùn)行設(shè)備和系統(tǒng)無任何損害的前提下，凝汽器經(jīng)過化學(xué)清洗后，達(dá)到如下效果。

首先，清洗后目測(cè)管束、管壁及管道金屬表面清潔光亮無雜質(zhì)。

其次，清洗完成后經(jīng)過檢查，凝汽器鈦管內(nèi)部除垢率達(dá)到95%以上，其他換熱器除垢率達(dá)到98%以上，清洗效果明顯。

再次，腐蝕速率計(jì)算。2段鈦管掛片第一次清洗前放入清洗機(jī)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)，隨凝汽器一起進(jìn)行化學(xué)清洗，第一次化學(xué)清洗完成后取出。鈦管掛片1清洗前后稱重質(zhì)量分別為4.6494g和4.6468g，Δm1=m1-m12=4.6494-4.6468=0.0026g。鈦管掛片2清洗前后稱重質(zhì)量分別為4.2093g和4.2070g，Δm2=m21-m22=4.2093-4.2070=0.0023g。鈦管掛片1長度和內(nèi)、外直徑分別為28.0mm和24.1mm、25.1mm，表面積s1=πh1（D11+D12）=3.14×28×（24.1+25.1）=4325.66mm2。鈦管掛片2長度和直徑分別為25.2mm和24.1mm、25.1mm，表面積s2=πh2（D21-D22）=3.14×25.2×（24.1+25.1）=4325.66mm2。開始加藥清洗時(shí)間為11月19日11：00，酸液排放時(shí)間為11月19日21：00，共10h，因此清洗時(shí)間t取10h。由此求出鈦管掛片1、2的腐蝕速率分別為

符合化學(xué)清洗鈦管腐蝕速率≤1g/m3·h要求。

從次，酸液廢水中和合格后排放。

最后，化學(xué)清洗后效果如圖4和圖5所示，清洗前后效果對(duì)比見表2。

表2 凝汽器化學(xué)清洗前后效果對(duì)比

圖4 凝汽器A側(cè)出水室

圖5 凝汽器B側(cè)出水室

經(jīng)化學(xué)清洗后，燃機(jī)負(fù)荷相同的情況下，凝汽器真空顯著提高，低壓缸排汽溫度降低，凝汽器端差降低（一般通過凝汽器端差的大小來判斷凝汽器的臟污程度。凝汽器端差是指汽輪機(jī)背壓下飽和溫度與凝汽器出口循環(huán)水溫度的差值。端差越大，換熱效果越差，表明凝汽器越臟污），凝汽器真空度平均提高1.8kPa。根據(jù)理想情況計(jì)算，汽機(jī)發(fā)電機(jī)每小時(shí)能多發(fā)0.73MW，每天多發(fā)電量17.52MW，單臺(tái)機(jī)組年利用小時(shí)按3000h計(jì)算，一年可多發(fā)電量約219萬kW·h。廠用電0.5735元/kW·h進(jìn)行測(cè)算，一年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為219×0.5735=125.597萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語

汽輪機(jī)凝汽器電磁脈沖+小循環(huán)化學(xué)清洗的應(yīng)用能有效去除鈦管內(nèi)部結(jié)垢，恢復(fù)冷端設(shè)備的初始性能，凝汽器清潔系數(shù)提高，不僅能提高冷卻效率，并提高機(jī)組安全可靠性，還能減少循環(huán)水量使用量，相應(yīng)提高凝汽器真空度，減少燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組燃?xì)庀?，保障電廠聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。