膠球清洗裝置凝汽器系統(tǒng)技術(shù)在水電廠的應(yīng)用

     膠球清洗裝置凝汽器系統(tǒng)技術(shù)在水電廠的應(yīng)用，水電機(jī)組的空氣冷卻器、軸承冷卻器銅管內(nèi)結(jié)垢的問(wèn)題，一直是困擾許多水電廠的共同問(wèn)題。因?yàn)榻Y(jié)垢引起冷卻器銅管導(dǎo)熱性能下降，機(jī)組溫度上升，夏天被迫限負(fù)荷運(yùn)行；更嚴(yán)重時(shí)引起銅管堵塞，使機(jī)組于豐水期被迫停機(jī)檢修清污，造成棄水。例如我省發(fā)電總廠四級(jí)電站，機(jī)組因水質(zhì)污染冷卻器銅管堵塞，開(kāi)機(jī)后僅2h推力瓦溫度就升到68°C,機(jī)組只能半負(fù)荷斷續(xù)運(yùn)行。
     冷卻器結(jié)垢無(wú)論在多泥沙河流或清水河流都可能存在，尤其是多泥沙河流，水的含沙量大，汛期經(jīng)常發(fā)生泥沙淤積墻管。我省大多數(shù)電站雖然為清水河流電站，冷卻器積垢堵管問(wèn)題卻依然經(jīng)常發(fā)生。結(jié)垢分為硬垢和軟垢，我省石灰?guī)r地區(qū)的水中因含有較多碳酸鹽和重碳酸鹽，常使冷卻器銅管內(nèi)結(jié)上硬垢；近年來(lái)一些工業(yè)排污失控，也常使冷卻器迅速增厚硬垢，造成嚴(yán)重后果。銅管內(nèi)的硬垢往往很難清除。
     另外，我省一些清水河流電站，水中的污物日積月累，也會(huì)在管壁上結(jié)成一層略帶彈性的軟泥層，即軟垢。這種軟垢是由水中的微小灰塵和纖維、有機(jī)物等混合而成，有一定韌性，水沖不掉，必須停下機(jī)來(lái)用機(jī)械方法清除。如烏江渡、等發(fā)電廠，每次大修都要從冷卻器里捅出很多污泥。實(shí)際觀察，清水河流電站結(jié)垢雖然較慢，可是一旦結(jié)了，卻相對(duì)更難清除。
     為了解決冷卻器結(jié)垢問(wèn)題，各水電廠采取了種種辦法，如設(shè)置沉沙池、冷卻水定期切換反向運(yùn)行及其它物理、化學(xué)方法等等，取得了一定效果，但一些機(jī)組在渡汛前后仍需停機(jī)清洗冷卻器，仍不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中清污。試驗(yàn)研究所與發(fā)電總廠在四級(jí)電站3號(hào)機(jī)組上采用了膠球清洗技術(shù)，經(jīng)3年多試用，銅管清潔無(wú)堵塞，較好地解決了這一問(wèn)題，其經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。
1膠球清洗裝置原理
     膠球清洗裝置技術(shù)，簡(jiǎn)言之就是使一定直徑的膠球在水壓作用下通過(guò)冷卻器銅管，清除銅管內(nèi)壁的污垢。此項(xiàng)工作可以在機(jī)組運(yùn)行中自動(dòng)進(jìn)行，不必停機(jī)手工操作。此項(xiàng)技術(shù)在火電廠早已得到采用，在五十年代初期是以兩種類(lèi)型向前發(fā)展：一種是東德的“阿培卡”系統(tǒng)，以比銅管小1～2mm的硬質(zhì)膠球?yàn)榍逑丛�件；另一種是西德的“塔布洛格”清洗系統(tǒng)，以比銅管大1～2mm的軟質(zhì)海綿膠球?yàn)榍逑丛�件。兩種膠球比重均接近于水。
     這兩種系統(tǒng)所采用的元件不同，清洗原理不同，清洗的效果也有所差異。經(jīng)幾十年長(zhǎng)期實(shí)踐結(jié)果證明，后一系統(tǒng)效果較好。目前各國(guó)火電廠大量采用膠球清洗系統(tǒng)來(lái)清洗凝汽器，改善了經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約了燃料。根據(jù)國(guó)外刊物近30年來(lái)的不完全報(bào)導(dǎo)來(lái)看，膠球清洗技術(shù)將逐步取代其他清洗技術(shù)而躍居位。
     有關(guān)方面介紹并比喻說(shuō)：“膠球清洗裝置系統(tǒng)。是一種就象老年人離不開(kāi)拐杖一:樣離不開(kāi)的東西”�？梢�(jiàn)其運(yùn)用之廣。硬球清洗銅管的原理作用，主要是使銅:管壁邊層區(qū)域的流速提高，把沉淀釣帶走，使其不能沉積在管壁上；同球在管內(nèi)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)與管壁不斷產(chǎn)生撞擊，也起到一定清:洗作用。見(jiàn)圖1所示。
     A:管內(nèi)無(wú)膠球時(shí)；
     B、D:膠球流動(dòng)軌跡偏下、偏上時(shí)；
     C:膠球流動(dòng)軌跡與銅管中心線一致時(shí)。
     軟球清洗系統(tǒng)中，軟球進(jìn)入銅管后被壓縮，其周?chē)�與銅管周?chē)�均有接觸，二者相摩擦將管壁上的沉積物除去，而脫落下來(lái)的沉.積物則被流經(jīng)海綿膠球微孔而走在膠球前面的水帶走，從而保證膠球在銅管內(nèi)不斷地移動(dòng)而不被阻死在管內(nèi)。見(jiàn)圖2所示。
2膠球清洗技術(shù)在水電廠運(yùn)用存在的問(wèn)題
     膠球清洗裝置凝汽器的方法在火電廠已成功應(yīng)用，水電機(jī)組冷卻器也是由銅管組成，能否也采用膠球清洗技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一邊發(fā)電一邊清污呢?對(duì)此，數(shù)年來(lái)國(guó)內(nèi)不少試研所和發(fā)電進(jìn)行了大膽嘗試，但效果都不盡人意，故未得到廣泛持久地推廣運(yùn)用。這說(shuō)明膠球清洗技術(shù)中仍有不少技術(shù)細(xì)節(jié)未被完全吃透，值得再琢摸。特別是水電機(jī)組冷卻器與汽輪機(jī)凝汽器在各方面有很多不同之處，不了解這些區(qū)別，就不能針對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行解決獲得成功。
     先來(lái)看汽輪機(jī)凝汽器的情況。凝汽器檢修周期較短，且多為分半結(jié)構(gòu)，萬(wàn)一有部分膠球堵管需處理，也可分半運(yùn)行切換檢修；銅管是直管，處理堵球也比較容易，且銅管數(shù)量多，一般有數(shù)千根，少量的堵球影響不大，收球率在85%以上就可應(yīng)用。而水電機(jī)組有其特殊性：
     (1)水電機(jī)組冷卻器安裝于機(jī)組內(nèi)部，萬(wàn)一發(fā)生膠球堵管事故，需停機(jī)吊開(kāi)勵(lì)磁機(jī)拆開(kāi)機(jī)組油槽才能進(jìn)行處理，處理完后裝復(fù)時(shí)需重新調(diào)整導(dǎo)瓦等，處理一次非常不易。
     (2)水電機(jī)組檢修周期較長(zhǎng)，大修間隔一般3年，因此要求膠球清洗系統(tǒng)可靠性高，中途不能出故障。
     (3)水電機(jī)組軸承冷卻器飼管數(shù)量少，總共才數(shù)十根，如果收球率不高，每次哪怕只堵住1、2根管子，積累下來(lái)也會(huì)造成很大影響。
     (4)水電機(jī)組冷卻器形狀復(fù)雜，銅管長(zhǎng)度大、轉(zhuǎn)彎多。例如上導(dǎo)冷卻器每根銅管長(zhǎng)度就大于50m,并由多個(gè)圓弧段組成，中間還有23處180°的急轉(zhuǎn)彎和十余處90°的轉(zhuǎn)彎，管內(nèi)阻力相當(dāng)大，過(guò)球困難；冷卻器只允許運(yùn)行在0.15～2.8MPa的壓力范圍內(nèi)，不能靠過(guò)高地提高壓力來(lái)沖球，否則水就可能漏入油中引起事故。
     (5)水電機(jī)組本來(lái)就沒(méi)有按照運(yùn)行膠球清洗系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)，油槽內(nèi)部設(shè)備排列緊湊，幾乎沒(méi)有可增設(shè)東西的余地，各種連接管道細(xì)長(zhǎng)且急彎多，混凝土的埋管大都嚴(yán)重積垢，通流能力很小，而且內(nèi)部有直角彎頭無(wú)法用鋼筋疏通，混凝土機(jī)井厚度為2m以上，無(wú)法打穿增設(shè)新管。
     (6)水電機(jī)組的冷卻水直接取自上游排至下游，不循環(huán)使用，石塊、樹(shù)葉、樹(shù)枝多，如進(jìn)入銅管則會(huì)卡住膠球。
     鑒于以上水電機(jī)組特點(diǎn)，要求水輪發(fā)電機(jī)組的膠球清洗系統(tǒng)可靠性相當(dāng)高，裝上后直到數(shù)年后大修這期間一般就不能進(jìn)行任何內(nèi)部的調(diào)整改動(dòng)了；要求收球率接近100%,到下次拆機(jī)期間膠球的堵管率不能超過(guò)1/4(即起碼要求70%～80%)的管道保持完全暢通且干凈無(wú)垢)。這就意味著在水電機(jī)組上試用膠球清洗技術(shù)沒(méi)有試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，只能一次成功，否則就可能造成巨大的返修工作。
     由此看出，在水電廠采用膠球清洗技術(shù)是有一定困難和風(fēng)險(xiǎn)的。
     試驗(yàn)研究所與發(fā)電總廠根據(jù)水電機(jī)組的具體情況，組織有關(guān)各部門(mén)家進(jìn)行技術(shù)研討，在電站作了多次模擬試驗(yàn)以及真機(jī)試驗(yàn)，并經(jīng)受了局部返工等挫折，逐步摸清并解決了存在的種種問(wèn)題。實(shí)踐中體會(huì)到，在水電機(jī)組上運(yùn)用膠球清洗技術(shù)，要注意以下問(wèn)題：
     (1)技術(shù)供水必須清潔無(wú)雜質(zhì)。要作到這點(diǎn)，在短期內(nèi)是容易的，將濾網(wǎng)孔眼改小就是了，但是時(shí)間一長(zhǎng)，水中的雜草污物堵塞以及網(wǎng)本身的結(jié)垢，將使過(guò)流面積減小，嚴(yán)重時(shí)壓垮濾網(wǎng)。因此除了在強(qiáng)度上要加強(qiáng)外，還得考慮運(yùn)行中的清污問(wèn)題。
     (2)膠球清洗裝置改造冷卻器。校核冷卻器銅管的阻力，必要時(shí)重新組合銅管，使各段阻力相等，壓差均勻；改造端蓋，減少死角，調(diào)整進(jìn)水孔位置，并且使膠球在各管中分布均勻，讓每根銅管都有機(jī)會(huì)進(jìn)球。
     (3)解決埋設(shè)管道的堵管問(wèn)題。經(jīng)觀察，一般冷卻器結(jié)垢的機(jī)組，其供水管道尤其是埋設(shè)管道結(jié)垢也嚴(yán)重，必須設(shè)法清除，否則也會(huì)影響膠球正常運(yùn)行。對(duì)于膠球要通過(guò)的進(jìn)排水埋設(shè)管道，運(yùn)行時(shí)由于球的不斷擾動(dòng)和沖撞作用，不太容易積垢；而通向下游的排水管道很長(zhǎng)，膠球不通過(guò)，容易結(jié)垢，宜將其改為明管，萬(wàn)一堵塞可以分段清洗，這樣基本可以對(duì)付技術(shù)供水系統(tǒng)管道的堵塞問(wèn)題。
     (4)精確設(shè)計(jì)收球器。收球器是膠球清洗系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，從冷卻器出來(lái)的水和膠球就在此分離，然后膠球再次參加循環(huán)。膠球在收球漏斗中受到流向下游的水流和再循環(huán)水流的沖擊，膠球是否能沿漏斗璧前進(jìn)，與所受到的水沖擊力的合力、漏斗對(duì)膠球的摩擦阻力、以及漏斗錐角的大小等因素有關(guān)，必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算和試驗(yàn)，否則膠球會(huì)貼在網(wǎng)孔上不向前滾動(dòng)，造成積球。
     (5)膠球的性質(zhì)。根據(jù)水質(zhì)確定膠球的性質(zhì)和投球清洗周期。經(jīng)水質(zhì)分析，貓?zhí)�河水中含的污染物主要是鈣、鎂、鋁、鐵等陽(yáng)離子與碳酸根生成的難溶鹽，沉淀下來(lái)在冷卻器里生成白色硬塊，加上水中的泥沙、纖維、雜質(zhì)等混合生成積垢，堵塞管道。要清除這類(lèi)積垢，并不是所有的腋球都適用，必須從眾多種類(lèi)的膠球中篩選出合適的膠球，并且按沉積速度規(guī)定清洗周期和每次清洗時(shí)間，以使積垢不能累聚沉淀。
     對(duì)于膠球的性能，我們經(jīng)過(guò)多次摸索發(fā)現(xiàn)，有些在火電機(jī)組中能用的膠球，在水電機(jī)組中不一定能用。水電機(jī)組冷卻水壓力比火電廠凝汽器的高，一般的膠球剛進(jìn)入進(jìn)水管即被壓縮變小，故對(duì)冷卻器進(jìn)口污垢沒(méi)有多大刮削能力，而越靠近冷卻器出口壓力越低，球就變得越大，又很容易卡在管中出不來(lái)。另外，由于冷卻器進(jìn)、出口壓差大，有些膠球進(jìn)、出幾次后，即受水中的微氣泡作用而變大，這種情況類(lèi)似“爆米花”的效果，即使預(yù)先在水中泡了數(shù)十天的球進(jìn)去后也不能幸免。這些特殊現(xiàn)象都是在反復(fù)實(shí)踐中才被發(fā)現(xiàn)并解決的。再就是火電廠的投球數(shù)是(10～20)%銅管數(shù)，而水電機(jī)組冷卻管路長(zhǎng)，膠球循環(huán)周期長(zhǎng)，球分布在沿程的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，必須增加投球率，其比例可以通過(guò)試驗(yàn)確定。
     (6)要考慮一定的反事故措施。膠球系統(tǒng)在運(yùn)行中萬(wàn)一發(fā)生卡球事故，一般是不能停機(jī)、拆機(jī)進(jìn)行排除的，需要預(yù)先設(shè)置一些反事故措施。例如，空氣吹掃、擾動(dòng)、反沖等，這些措施對(duì)膠球系統(tǒng)正常運(yùn)行起到了保證作用。
     (7)改造膠球泵。購(gòu)來(lái)的成品膠球泵一般只適合火電廠用，在水電廠打不進(jìn)膠球，水電廠用的膠球泵需要揚(yáng)程高而流量小。在無(wú)法購(gòu)到新泵的情況下，可以改造水泵葉輪，使之合乎要求。改造泵葉后須檢驗(yàn)振動(dòng)情況并校核電動(dòng)機(jī)是否過(guò)載。
3效果
     凝汽器膠球清洗裝置在發(fā)電總廠四級(jí)電站3號(hào)機(jī)投入運(yùn)行以來(lái)，清污能力良好。該站同型的1、2號(hào)機(jī)組曾因管道、冷卻器結(jié)垢，機(jī)組溫度升高而被迫停機(jī)除垢。3號(hào)機(jī)改為膠球清洗后效果良好，運(yùn)行正常，無(wú)溫度升高現(xiàn)象。以熱的夏天為例，實(shí)測(cè)得機(jī)組軸承運(yùn)行溫度與改造前的同期溫度相比如下附表。
3號(hào)機(jī)運(yùn)行3年后拆開(kāi)冷卻器檢查，銅管內(nèi)部清潔無(wú)垢。
     經(jīng)核算，采用膠球清洗裝置后每臺(tái)機(jī)組每年可減少直接經(jīng)濟(jì)損失28萬(wàn)元。如果推廣運(yùn)用，其經(jīng)濟(jì)效益更將會(huì)十分顯著,并能提高水電機(jī)組的調(diào)峰能力。
     還值得一提的是，膠球清洗裝置技術(shù)運(yùn)用于水電機(jī)組，不僅對(duì)水質(zhì)有污染的河流有效，對(duì)于無(wú)工業(yè)污染的水質(zhì)，清除冷卻器中的淤泥積垢也很有效。