李振华
（华电青岛发电有限公司，山东青岛 266031）
摘 要： 针对华电青岛有限公司#1机凝汽器胶球清洗系统，因安装时间过长, 设备技术久远，运行效率低、收球率低的问题，提出了对胶球清洗系统全面改造，更换为CQM公司全自动在线胶球清洗装置的建议，经过改造前后对比分析，系统运行时间、收球率大幅提高，凝汽器钛管清洗效果得到提升，提高了机组热经济性。
关键词：凝汽器 胶球清洗系统 全自动在线 收球率
0引言
在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。凝汽器内冷却水管的干净程度直接影响凝汽器的凝结效率。在机组运行过程中，凝汽器常用投胶球在线清洗来实现冷却管干净的目的，在停机状态下，则可以采用机械或化学方式清洗，使凝汽器冷却水管保持清洁。凝汽器结垢形成的热阻与清洗成周期性变化。一般大型发电厂都安装凝汽器胶球清洗系统，在线清洗系统的结构和原理比较简单，但整套系统在运行中往往很难达到预期的效果。现在大型火力发电厂汽轮机凝汽器胶球清洗系统采用的收球网结构形式多种多样，在实际运行使用过程中，可靠性大多数都不理想。青岛公司#1机组是1995年投产的上汽300MW 燃煤发电机机组，刚投入使用时。收球率较高，但运行一段时间之后可靠性越来越差，经常收集不到胶球或收集胶球的数量很少，造成凝汽器端差较大，每运行一段时间都要停机打开凝汽器人孔进行机械或化学方式清洗。这就造成主要两方面的损失：一方面凝汽器得不到理想的清洗效果，使得凝汽器的冷却效率降低，抬高了汽轮机的排气压力，降低汽轮机的效率、输出功率及运行的安全性；另一方面循环回收的胶球数量少或没有，使得胶球流失，造成经济损失。因此对胶球清洗系统进行全面改造，更换为CQM公司全自动在线胶球清洗装置。
1 系统概况及现状分析
1.1原凝汽器胶球清洗系统概况
为了保持凝汽器铜管有较高的清洁系数，减轻铜管的结垢，提高传热效率，保证凝汽器真空度，原＃1机组凝汽器两侧的循环水进、出水管上各装设了一套胶球清洗系统。该系统是由装球室、胶球泵、收球网、管道及相关阀门组成的独立系统，（工作原理如图2所示）。
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图2 胶球清洗系统工作原理
该系统所配备主要设备型号、参数及运行状况：
（1）胶球泵型号：125SS-12。
（2）装球室型号 ：2QS—300—Ⅱ型（包括电动装置）；容量：φ25胶球200只。
（3）收球网 型号：SF—1800型（包括电动装置）收球网形式为活动型栅格式，收球网收球网安装形式：立式；收球网胶球出球口管径φ108×4。
（4）胶球：中硬胶球直径：φ25mm。
1.2 现状分析
青岛发电公司凝汽器冷却水为胶州湾海水，冬天海水中杂物较少，夏天是海洋生物繁殖的季节，海水中含海虹等海洋生物较多。原胶球清洗系统设计理念陈旧，由于原设计的胶球清洗装置技术较为久远且改进方式欠佳，胶球系统在投用的最初收球率为95%，使用一段时间以后收球率逐渐下降，收球率低，胶球清洗系统没有达到预期的目标，加上收球网经常损坏收不到胶球，缺陷要待停机才能处理，这段时间不能进行投胶球清洗，其功能的缺陷，无法带来预期的清洗效果。导致凝汽器真空度很低，严重影响了机组的安全经济运行。
造成胶球清洗系统故障率高、收球率低的原因有以下几点。
1）收球网的结构问题：
胶球清洗系统清洗效果主要取决于收球网工作的可靠性，青岛公司#1机采用的收球网为目前国内普遍采用的“活动型栅格收球网” （如图3）。根据胶球系统状况分析，胶球清洗系统的主要问题也是收球网性能不稳定从而导致的胶球泄漏，达不到清洗效果。此种结构收球网收球率低的主要原因是：
a、 结构设计和受力不合理，采用“V”或是“∧”字形网板结构的收球网，网板在一根轴处划分为上、下两段。收球时，一端边缘接触互为“靠山”，另一端是个自由端的悬臂梁，这个轴既是网板的承重轴又是带动网板旋转的传动轴，并与外面传动机构相连，转轴的旋转力矩难于保证栅格网板与筒体之间有足够的密合力。这个悬臂梁在流速1.7-2M/S的水流中，网板的实体面积在水流的作用力下，由于其刚性差，很容易产生弹性变形而弯曲，使下端椭圆形边缘与筒体内壁的间隙增大，造成逃球。另外一个原因是由于转动轴长期浸泡在水中,摩擦处的表面就会逐渐生锈,栅板转动的阻力相应地逐渐增大,电动推杆的动作只是在形式上把栅板推合了,实质上栅板和栅板之间或是栅板和外壳之间仍旧有胶球可穿过的缝隙,水流就会和胶球一起穿过此缝隙,把胶球带到回水管路当中,造成胶球丢失。这是目前诸多收球网网板出现的共性问题。当停机无水时，网板又恢复正常，间隙并无明显变化，这正是误认为收球网没有问题的原因。这也就是收球
率不达标一个重要原因。
图3
b、 收球网网板为穿片式，它是由许多钻了孔的不锈钢片和分隔间距的空距套管用长杆螺丝贯穿紧固组成。看似有一定强度的不锈钢片，因钻孔而大部分截面积被削弱，加之长螺丝杆与孔之间存在一定的间隙，就形成了许多容易使网板活动变形的“铰接点”，故而这种网板的强度和刚性均较差。由于收球网的结构不当，会使换热器产生比较大的水阻，并造成胶球磨损和丢失问题十分严重。
2）胶球泵及胶球清洗管路设计问题
原胶球泵发射胶球动力低，发射数量少。通常泵送胶球的扬程应比凝汽器循环水入口管的静压高出5m较为稳妥。#1机现有胶球泵的铭牌扬程标明是18m，对于胶球的发射效果较弱。胶球管路较细，为DN100，每次只能发射200只胶球。并且原设计的胶球流过胶球泵发射，胶球泵叶轮对胶球有磨损，胶球直径变小，从而更加降低清洗效果。
3）运行方式的问题：原设备投入率低，不能24小时不间断进行设备清洗，且由于流体力学原理，使之不能100%清洗到每一根换热管路，其清洁率仅为70-90%；这种方法的节能效率，一般只能达到4-6%，远远达不到预期和理想的投资收益。
3 改造方案现场实施
3.1 CQM公司全自动在线胶球清洗装置简介
CQM公司全自动在线胶球清洗装置由装球室，气动和手动蝶阀，胶球泵，收球网，相应的管道和控制柜组成。胶球清洗系统设计有2台收球网，分别安装于凝汽器A、B侧排水管道上；新胶球系统公用1套胶球发射&收集装置，通过控制系统不同阀门的开关，可分别实现对凝汽器A、B侧钛管的清洗。通过逻辑程序可实现24小时不间断对凝汽器投球清洗。装球室与胶球泵集成站式，安装方便。以下是胶球清洗系统原理图。
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图4
3.2 胶球清洗系统改造实施方案
针对原胶球清洗系统的缺点，新胶球清洗系统进行了如下改造：
（1)、收球网改造
针对收球网上述问题，选用封闭式收球网，直径比管路略大的小球在穿过，并清洁管道后，将在凝汽器后端出口处被收球网100%捕捉，100%杜绝球体丢失及隐形危险存在的可能，收球网上下两路管道收球，可保持水流的平衡，可最大可能的保证收球率，从而提高凝汽器清洗系统的清洗效果。针对循环冷却水为海水，氯根含量较高的情况，所有收球网的网板材料选用316L不锈钢。
图4
（2）、胶球发射和收集装置采用集成站式安装，包括胶球泵、胶球捕获器气动阀门和部分胶球管路。采用扬程为20m的胶球泵，提高胶球发射能力，将胶球清洗管路由DN100改造为DN200，并内部衬塑，防海水腐蚀。管路走向进行优化，减少弯头数量，降低水阻。可提高一次发射胶球数量到3000个。设计胶球收集器，捕捉后的小球将被全部送回收集器内，在这里球体表面残留的清洗下来的极少量污垢被洗去并排走。此时干净的小球被留在收集器内，等待下一次注射和清洗。收集器是胶球发射的起点和回收的终点，胶球不通过胶球泵，胶球泵叶轮对胶球没有磨损，从而提高清洗效果。
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图5 胶球发射和收集装置
（3）运行方式的改变，CQM公司全自动在线胶球清洗装置，通过逻辑程序可实现一年四季每天24小时不间断对凝汽器投球清洗。大大提高胶球清洗系统的投入率。
图7 为胶球清洗系统改造后总装图
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图7 胶球清洗装置总装图
4 改造后效果对比
按照以上方案对凝汽器清洗系统进行了改造，运行两个多月后，对收球率进行了统计：
表１试验记录
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备注： 1、试验前一天先将收球网板打开，排除系统内积球；
2、连续试验时间3天，试验期间收球网板不再打开；
3、收球率的计算按1小时后的收球率，24小后的收球率分别统计；
1小时后的收球率ε1=（1小时后的收球数÷600）%；
24小时后的收球率ε24=〔（1小时后的收球数+24小时后的收球数）÷600〕%；
由表可得，总的收球率是98.8%，旋摆自锁式收球网在收球方面能够达到优秀的标准；但是投球后第一天的收球率都不高。胶球在凝汽器管道里面滞留的时间比较长，说明管道布置和凝汽器水室还存在涡流现象使胶球积留在管道或凝汽器水室中。
5 结束语
经过这次对凝汽器胶球清洗系统设备存在运行效率低、收球率低的问题进行全面的分析，提出了对胶球清洗系统全面改造，更换为CQM公司全自动在线胶球清洗装置，使机组系统在改造后凝汽器的真空度有明显的好转，达到了预期的效果。结果表明密切跟踪设备运行状况和深入分析设备缺陷，选择合理的改造方案是取得本次改造成功的关键。下一步我们将在机组改造试验的基础上对改造后的凝汽器清洗系统做进一步的跟踪分析，发现存在的问题，制定改进对策，进一步提高凝汽器清洗系统的可靠性、稳定性，提高机组的热效率以及设备的经济性、安全性，降低发电成本。
参考文献
[1] 300MW汽轮机组检修工艺规程 华电青岛发电有限公司 杜少岩等 2011年
[2] 凝汽器胶球清洗系统改造的技术分析与研究 华东电力 2005年4月 第四期
[3] 关于电厂凝汽器胶球清洗装置技术改造的探讨 汽轮机技术 2006年12月 第六期
作者简介：
李振华，男，1982年出生，2010年毕业于东北电力大学热能工程专业，硕士学位，工程师，现任华电青岛发电有限公司汽机车间管辅班技术员，从事汽轮机辅机设备的检修和维护工作。