電廠銅管凝汽器膠球清洗裝置技術(shù)及其選擇

凝汽器銅管結(jié)垢不僅會(huì)使汽輪機(jī)真空惡化，降低機(jī)組熱效率，還會(huì)威脅膠球清洗裝置機(jī)組安全運(yùn)行，電廠必須采用合理的清洗技術(shù)以及時(shí)有效的清除凝汽器內(nèi)污垢。介紹了幾種銅管凝汽器的清洗技術(shù)。與其它幾種清洗技術(shù)相比，超聲波除垢技術(shù)除垢效果好，節(jié)能效益顯著。

凝汽器銅管內(nèi)壁出現(xiàn)臟污是造成凝汽器換熱性能下降的主要原因之一。300MW汽輪機(jī)凝汽器中，冷卻水管結(jié)垢0.5mm左右，可使真空度由90%以上降到85%以下，使發(fā)電:升高15g/(kW-h)~20g/(kW・h尸。

凝汽器水側(cè)污垢的集聚，不僅會(huì)惡化真空,降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且還可能引起銅管腐蝕、泄露，嚴(yán)重影響了銅管的使用壽命。凝汽器銅管一旦發(fā)生泄露，會(huì)使機(jī)組鍋爐給水品質(zhì)迅速變差，造成鍋爐水冷壁、過(guò)熱器等受熱面結(jié)垢，將對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

因此,為了保終高施行，必須采用合理的海綿膠球除垢技術(shù)對(duì)凝汽器銅管內(nèi)的污垢進(jìn)行及時(shí)有效的去除。

1凝汽器膠球清洗裝置技術(shù)

目前，電廠凝汽器的清洗方式分為離線清洗和在線清洗兩種,離線清洗需待機(jī)組停機(jī)時(shí)方可進(jìn)行,而在線清洗則可在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行除垢。顯然，為了保證機(jī)組多發(fā)電、減少非計(jì)劃停機(jī),在相同除垢效果條件下，在線清洗技術(shù)比離線清洗技術(shù)更佳。

1.1高壓水射流清洗

高壓水射流清洗是一種常見(jiàn)的離線清洗方式。高用高辱將清水加股20Mpa~50Mpa,通過(guò)孔徑只有1mm~2mm的特殊噴嘴，水流以極高的速度形成射流噴入凝汽器銅管內(nèi)進(jìn)行沖洗。高速的水射流以正向或切向沖擊被清洗表面，在清洗面上產(chǎn)生很大的瞬時(shí)碰撞動(dòng)量，從而對(duì)清洗面上的垢物產(chǎn)生擠壓、剪切力，使垢物很快剝落并被沖掉。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需根據(jù)銅管內(nèi)結(jié)垢的程度及設(shè)備材料的耐壓性能來(lái)確定合適的沖洗壓力。

該方法海綿膠球清洗效果較好，除垢率能可達(dá)80%以上。凝汽器銅管厚度只有1mm~1.5mm,對(duì)于已經(jīng)發(fā)生點(diǎn)蝕或因其他原因造成管壁變薄處，高壓水的沖擊力容易引起缺陷的增大或加劇。噴射的高壓射流的壓力隨著管道長(zhǎng)度方向衰減比較迅速，操作不當(dāng)或是壓力選擇不合適可能會(huì)造成管內(nèi)中間段和末段清洗效果變差，主要的缺點(diǎn)是其只能離線進(jìn)行且清洗工作量比較大，從而影響了機(jī)組連續(xù)高效運(yùn)行。

1.2化學(xué)清洗

根據(jù)DI/T957-2005火力發(fā)電廠凝汽器化學(xué)清洗及成膜導(dǎo)則國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)運(yùn)行機(jī)組凝汽器端差超過(guò)運(yùn)行規(guī)定時(shí)，應(yīng)安排抽管取樣檢查外壁有無(wú)腐蝕，內(nèi)部隔板部位銅管的磨損減薄，內(nèi)壁結(jié)垢、黏泥和腐蝕的程度。局部腐蝕泄漏或大面積均勻減薄量達(dá)1/3以上厚度時(shí)，應(yīng)先換管再清洗，垢厚不小于0.5nun或污垢導(dǎo)致端差大于8無(wú)時(shí)應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗。

化學(xué)清洗可在機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)進(jìn)行，其工作原理是在凝汽器銅管中加注化學(xué)藥劑（隨垢質(zhì)主要成分的不同選擇合適的化學(xué)藥剤），常見(jiàn)的化學(xué)清洗工藝有鹽酸清洗，氨基磺酸清洗，堿液清洗,除油劑清洗等。加注的化學(xué)藥劑與銅管內(nèi)壁污垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而能達(dá)到除垢目的，清洗過(guò)程需要加入緩蝕劑以防止對(duì)銅管造成腐蝕，清洗完成后還需要對(duì)銅管進(jìn)行成膜保護(hù),當(dāng)垢質(zhì)主要成分為碳酸鹽垢時(shí)，經(jīng)酸洗后會(huì)產(chǎn)生大量泡沫,此時(shí)還需加注適量消泡劑。

在線化學(xué)清洗技術(shù)是在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)加藥泵等設(shè)備向機(jī)組循環(huán)水管道中加注化學(xué)藥劑以實(shí)現(xiàn)在線除垢目標(biāo),其清洗原理與停機(jī)化學(xué)清洗相同,在線化學(xué)清洗比停機(jī)清洗工藝過(guò)程復(fù)雜且控制難度比較大。

凝汽器經(jīng)化學(xué)清洗后，可使銅管內(nèi)表面光潔,提高其換熱效率從而可以提高凝汽器真空度，改善水汽品質(zhì)�；瘜W(xué)清洗除垢能力很強(qiáng)且除垢比較徹底，然而整個(gè)清洗工藝過(guò)程較為繁瑣，化學(xué)加藥量難以準(zhǔn)確把握，加藥量少會(huì)使污垢無(wú)法洗凈,加藥多可能會(huì)造成設(shè)備腐蝕,經(jīng)常使用化學(xué)清洗方法除垢易造成銅管腐蝕泄露�；瘜W(xué)清洗費(fèi)用很高，以300MW機(jī)組為例,單臺(tái)機(jī)組每年需花費(fèi)200x104元左右團(tuán)。此外化學(xué)清洗過(guò)程中產(chǎn)生的廢液需經(jīng)特殊處理，否則可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。

1.3凝汽器膠球清洗裝置

凝汽器膠球清洗裝置技術(shù)是目前較為普遍的凝汽器在線清洗技術(shù)。電力系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)資料表明，膠球連續(xù)清洗裝置的投運(yùn)，煤耗可降低0.6%⑷。膠球清洗裝置系統(tǒng)中采用密度和水相近的海綿膠球，海綿膠球的直徑比銅管內(nèi)徑大1mm~2nun,柔軟而富有彈性。在膠球泵壓力的作用下隨水流進(jìn)入銅管后,被壓縮成卵形，在行進(jìn)的過(guò)程中,可以擦除銅管內(nèi)壁的污垢，蜘可以回收以循環(huán)利用。

從投運(yùn)的效果來(lái)看，海綿膠球可以有效清除銅管表面的軟垢，如淤泥、粘泥、泥沙等。對(duì)于管道內(nèi)表面硬垢，膠球清洗效果不佳。近些年來(lái)也出現(xiàn)了一些可以有效去除管內(nèi)硬質(zhì)結(jié)垢的金剛砂膠球和半金剛砂膠球，但其易對(duì)銅管造成一定的損傷，一般適于用不銹鋼管凝汽器，銅管凝汽器則很少釆用。此外，由于機(jī)組設(shè)備設(shè)計(jì)不合理等其他原因還會(huì)造成膠球回收率低,致使膠球系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用增加，清洗品質(zhì)下降。特別是當(dāng)管內(nèi)硬垢厚度很大造成內(nèi)徑變小時(shí)易使膠球堵塞在凝汽器銅管內(nèi)，反而會(huì)加重傳熱惡化。

1.4凝汽器射彈清洗技術(shù)

凝汽器射彈清洗技術(shù)通過(guò)清洗槍利用氣水混流將螺旋清洗子彈射入銅管中，清洗子彈在管路中高速行進(jìn)，可以快速、有效去除銅管表面污垢。螺旋清洗彈可以清除管內(nèi)絕大部分垢物，因清洗子彈采用聚乙烯材料制作，其具有較好的磨損性能,且在清洗過(guò)程中不會(huì)對(duì)銅管造成損傷,清洗子彈可以回收加以反復(fù)利用。

凝汽器射彈清洗技術(shù)采用低壓水、氣壓力源作為動(dòng)力和介質(zhì)（其清洗工作壓力為0.5Mpa~lMpa）,投資費(fèi)用小，其購(gòu)置費(fèi)用僅為高壓射流泵的1/4。射彈清洗成本低,清洗效率較高，兩個(gè)人操作每小時(shí)可以完成約1000根銅管的清洗工作，且凝汽器可以半邊運(yùn)行，半邊清洗。

凝汽器射彈清洗技術(shù)已在國(guó)內(nèi)一些電廠得到一定的推廣使用，電廠2X300MW機(jī)組銅管凝汽器，湖南發(fā)電有限公司2x300MW銅管凝汽器均采用此清洗技術(shù)，從投運(yùn)效果來(lái)看,其清洗品質(zhì)較好。然而,射彈清洗需人工持清洗槍進(jìn)行工作，由人工完成清洗子彈裝填工作，自動(dòng)化程度低，人力耗費(fèi)比較大。但其與高壓水射流清洗技術(shù)相比,仍具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.5超聲波除垢技術(shù)

超聲波除垢是一種清潔的物理除垢方式，可以實(shí)現(xiàn)在線除垢。超聲波除垢裝置主要由超聲波發(fā)生器、傳聲系統(tǒng)和換能器組成，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲頻電功率信號(hào),由傳輸線路傳至換能器,換能器可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)。

超聲波強(qiáng)聲場(chǎng)的作用會(huì)使管道液體中岀現(xiàn)大量微氣泡（空化核）,當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，這些氣泡將迅速膨脹,然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，終崩潰，這種微小氣泡振動(dòng)、膨脹、閉合、崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程稱(chēng)為超聲空化⑺�？栈瘹馀萃蝗讳螠绲乃查g發(fā)出的沖擊波可在其附近產(chǎn)生超過(guò)1000倍大氣壓力，并在管道內(nèi)形成速度約110m/s的微射流，可對(duì)垢質(zhì)進(jìn)行直接沖擊，成垢物質(zhì)將會(huì)立即被粉碎并懸浮于液體介質(zhì)中，同時(shí)，銅管內(nèi)壁表面已結(jié)垢垢層也會(huì)受此沖擊力的作用逐漸松散、破碎并脫離。顯然,這種超聲空化效應(yīng)同時(shí)還具有強(qiáng)化管內(nèi)換熱的作用。超聲空化過(guò)程中強(qiáng)烈的反復(fù)沖擊力也可能引起換熱材料空蝕。因此，超聲波的長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)設(shè)備材料產(chǎn)生一定的疲勞作用，但對(duì)于電廠換熱器而言,這種作用的影響是有限的閭。

當(dāng)超聲波沿污垢表面至銅管內(nèi)壁金屬傳播時(shí)，由于污垢、金屬對(duì)超聲波的彈性阻抗及傳導(dǎo)率均不相同，由此在污垢與金屬的界面上形成了剪切力作用，該作用亦可使結(jié)垢物質(zhì)疲勞并逐漸脫落。

此外，超聲波改變了管道內(nèi)流體的物理、化學(xué)性質(zhì),縮短了成垢物質(zhì)的成核誘導(dǎo)期，刺激了微小晶核的生成，這些晶核有很強(qiáng)的爭(zhēng)奪水中離子的能力，能抑制離子在壁面處的成核和長(zhǎng)大,因此可以減少粘附于管壁上成垢離子的數(shù)量，從而減小了積垢的沉積速率冋。

基于上面的分析,超聲波處理技術(shù)不僅可以對(duì)已形成的垢質(zhì)進(jìn)行除垢還能防止成垢物質(zhì)在銅管表面積垢，能夠?qū)崿F(xiàn)在線除垢防垢同步進(jìn)行。超聲處理過(guò)程中無(wú)需向銅管內(nèi)加注化學(xué)藥劑，除垢速度快，可以清除管內(nèi)不同成分的污垢,除垢效率高,對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕,對(duì)環(huán)境無(wú)輻射影響，整個(gè)處理過(guò)程自動(dòng)化程度高，運(yùn)行維護(hù)量小。

從一些已經(jīng)投運(yùn)超聲波裝置的電廠除垢效果來(lái)看,300MW機(jī)組凝汽器采用超聲波除垢技術(shù)后，機(jī)組煤耗可比全國(guó)平均煤耗水平低8.31g,600MW機(jī)組凝汽器膠球清洗裝置采用超聲波除垢技術(shù)后，機(jī)組煤耗可比全國(guó)平均煤耗水平低6g0某12MW機(jī)組的凝汽器實(shí)施超聲波除垢技術(shù)后,每度電可以節(jié)約標(biāo)煤4.14g,其超聲波設(shè)備總投資34.8x104元,15個(gè)月即可收回投資。某50MW機(jī)組凝汽器超聲波除垢設(shè)備總投資93.4x104元,投運(yùn)后每度電可以節(jié)約標(biāo)煤4.46g,投資回收期為9個(gè)月。由此可見(jiàn)，超聲波除垢技術(shù)除垢效果好，節(jié)能效果顯著。

2銅管凝汽器膠球清洗裝置技術(shù)的選擇

通常來(lái)說(shuō)，銅管凝汽器膠球清洗裝置技術(shù)的選擇需要綜合考慮到多方面的因素，如清洗費(fèi)用，勞動(dòng)力強(qiáng)度，清洗效果，對(duì)設(shè)備材料造成的損傷等。上述幾種凝汽器銅管清洗技術(shù)的對(duì)比情況見(jiàn)表l。

表1銅管凝汽器膠球清洗裝置技術(shù)的比較

凝汽器銅管清洗24h后，銅管清潔系數(shù)就會(huì)從1.00變?yōu)?/font>0.692,實(shí)際傳熱系數(shù)由2.93kW/RF)降低到1.98kW/(m2・Y)時(shí)。高壓水射流清洗，射彈清洗，停機(jī)化學(xué)清洗完成后，銅管內(nèi)表面清潔系數(shù)很高，但在凝汽器運(yùn)行中銅管內(nèi)壁很容易形成新的污垢;在線化學(xué)清洗可以有效抑制凝汽器運(yùn)行過(guò)程中銅管表面形成臟污，但持續(xù)的化學(xué)加藥過(guò)程可能對(duì)管材造成腐蝕且一直持續(xù)加藥也是不現(xiàn)實(shí)的;膠球自動(dòng)清洗一般則是要等到端差達(dá)到一定程度時(shí)才會(huì)投運(yùn),未投運(yùn)過(guò)程中，新形成的臟污會(huì)使銅管傳熱性能下降進(jìn)而會(huì)影響機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。