基于間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部監視清洗裝置和優化運行方式的方法研究

李玉娟，張士龍，任冬梅，付洪波

（1.哈爾濱熱電有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

基于間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部監視清洗裝置和優化運行方式的方法研究

李玉娟1，張士龍2，任冬梅1，付洪波1

（1.哈爾濱熱電有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

本文提出一種間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部監視清洗裝置和優化運行方式的方法，開展了冷卻三角熱交換器磨損腐蝕情況監測的裝置的研究。通過對間接空冷島冷卻三角熱交換器內部磨損腐蝕情況的檢測，合理安排間接空冷島冷卻三角扇面的投入時間，延長間接空冷島整體的使用壽命，對腐蝕嚴重的間接空冷島冷卻三角熱交換器在線隔離更換，避免了冷卻三角熱交換器運行中泄漏造成的機組非停事故。

空冷島；冷卻三角熱交換器；清洗裝置；優化運行方式

0　引言

隨著電力工業的迅速發展，火力發電廠中的大容量高參數汽輪發電機組不斷增加。這些機組在燃用大量煤炭的同時，也耗用大量水資源。電力工業的發展受到了煤炭資源和水資源的制約。在富煤地區，往往由于缺水而不能就地興建發電廠，因此豐富的煤炭資源不能盡早開發與利用，這在宏觀經濟上無疑是極大的損失。發電廠汽輪機凝汽設備采用的空氣冷卻系統（簡稱發電廠空冷系統），就是為解決在“富煤缺水”地區或干旱地區建設火力發電廠而逐步發展起來的[1]。作為空冷凝汽器的最關鍵部分，散熱器管束主要是由翅片管、管箱和框架組成[2]。根據目前空冷技術的發展和機組的運行情況來看，雖然空冷機組有眾多優點，運行可靠，但仍有許多較突出的技術問題亟待解決，如真空系統的嚴密性、散熱器的臟污、夏季出力受阻以及熱風回流導致機組跳閘等問題[3]。可見基于間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部臟污及其磨損腐蝕程度監視清洗裝置和優化運行方式的方法研究有較大實際意義。

1　研究的技術背景

間接空冷機組采用帶表面式凝汽器和垂直布置空冷散熱器的間接空冷系統；空冷系統通風設施為鋼筋混凝土雙曲線薄殼式風筒冷卻塔，散熱器在其外圍垂直布置。空冷散熱器應是由冷卻柱（多排橢圓翅片管或多排圓管大翅片）、冷卻柱上下聯箱、排氣或充氮管道接口、進/出水口、支撐冷卻柱的鋼構架等組成。空冷散熱器可以采用鋁管鋁翅片或鋼管鋼翅片，均要求垂直布置。主機汽輪機排汽和小汽機排汽均進入主機表面式凝汽器進行冷凝，通過間接空冷系統進行冷卻。間冷塔總體布置示意圖如圖1所示。

間接空冷系統工藝流程是：循環水經管道進入表面式凝汽器的水側通過表面換熱冷卻汽側的汽輪機排汽，受熱后的循環水由管道送至空冷塔，通過空冷散熱器與空氣進行表面換熱，水被冷卻后，由循環水泵用管道再返回至凝汽器，循環往復。

間接空冷島的冷卻三角熱交換器在長期使用中,因為水中含有腐蝕性成分,間接空冷島的冷卻三角熱交換器的內側,腐蝕會比較嚴重,為了避免間接空冷島的冷卻三角熱交換器的水冷管因腐蝕而造成內部物質泄漏,進而可能造成整個機組停機“所以需要對間接空冷島的冷卻三角熱交換器的鋁翅片空冷散熱器進行長期的連續監測,以隨時掌握空冷散熱器的腐蝕情況,避免空冷散熱器出現內部物質泄漏”但是由于機組運行時,空冷散熱器處于封閉的環境下,且由于內部環境多變,所以直接檢查空冷散熱器內部的腐蝕情況,會非常困難。

間接空冷島冷卻三角熱交換器運行一段時間后內部會臟污，降低了冷卻三角熱交換器的換熱效率，降低了機組的經濟性。

現有技術中主要是通過外部移動式高壓水沖洗的方式清洗間接空冷島冷卻三角熱交換器外部的臟污的物質，,但是這種方式具有一定的局限性,只能夠對間接空冷島冷卻三角熱交換器外部的臟污情況進行大致清洗,另外未檢測間接空冷島冷卻三角熱交換器內部的腐蝕情況,間接空冷島冷卻三角熱交換器的壁厚只有1毫米，機組長期運行后間接空冷島冷卻三角熱交換器泄漏的隱患較大。

2　研究的理論模型

要解決的技術問題是提供一種方法設計合理、經濟投資小、預測結果準確、計算方法容易實現的一種基于間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部臟污及其磨損腐蝕程度監視清洗裝置和優化運行方式的方法。

為克服現有技術中存在的缺點，第一個目的在于提供一種間接空冷島冷卻三角熱交換器的腐蝕程度監視裝置，該腐蝕程度監視裝置可以有效地解決間接空冷島冷卻三角熱交換器的鋁管鋁翅片長期運行中腐蝕程度的監測難度大的問題，第二個目的是提供一種冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置。

為了達到上述第一個目的，提供如下技術方案:

一種間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部腐蝕程度監視裝置,包括:間接空冷島冷卻三角熱交換器底部供水管道接口、回水管道接口的有機玻璃窺視窗和冷卻三角熱交換器頂部的有機玻璃窺視窗;所述有機玻璃窺視窗的內部清掃刷和所述清掃刷的密封圈用于對所述間接空冷島冷卻三角熱交換器磨損腐蝕情況監測的裝置，該冷卻三角熱交換器磨損腐蝕情況監測的裝置通過探頭測量探頭至冷卻三角熱交換器內表面的電壓檢測腐蝕情況。

該腐蝕程度監視裝置直接安裝在冷卻三角熱交換器的本體上，探頭設置在冷卻三角熱交換器的外側，并通過探頭檢測電壓的變化，與歷史數據對比，分析冷卻三角熱交換器鋁管內壁的腐蝕程度，可以通過有機玻璃窺視窗直觀地觀測鋁管內部的腐蝕表面，監測比較簡單方便，且在進行監測的時候不需要進行機組停運，有助于提高生產效率。

為了達到上述第二個目的，還提供了一種間接空冷島冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置。包括:間接空冷島冷卻三角熱交換器底部供水管道接口、回水管道接口的有機玻璃窺視窗、冷卻三角熱交換器頂部的有機玻璃窺視窗、有機玻璃窺視窗的內部清掃刷和清掃刷的密封圈。該冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置連接于冷卻三角熱交換器回水管道出口電動門前，清洗污水通過冷卻三角熱交換器供水管道入口電動門后的排水閥排放。通過檢測間接空冷島冷卻三角熱交換器內部臟污的情況，對其有針對性的清洗。脈沖氣水兩相流清洗裝置如圖2所示。

脈沖氣水兩相流清洗裝置通過氣泵將氣體打入間接空冷島冷卻三角熱交換器內部，并通過混水器，使打入間接空冷島冷卻三角熱交換器內部的氣體成氣水兩相流，脈沖發生器使氣水兩相流產生脈沖振動，脈沖振動和氣水兩相流兩種方式共同清洗間接空冷島冷卻三角熱交換器內部的臟污物，清洗比較徹底，清洗方法比較簡單方便，且在進行清洗的時候不需要進行停機，可以逐一停運扇區輪流對扇區進行清洗，有助于提高生產效率。該脈沖氣水兩相流清洗裝置可以降低塔內總水阻力，降低機組能耗，提高水側散熱系數，降低機組背壓，提高機組經濟性。

3　應用實例

某發電廠兩臺機組共設1座間冷塔，兩根循環水熱水母管進入空冷塔，經過散熱后的循環水冷水匯集成兩根冷水母管離開空冷塔，去循環水泵房。冷卻塔入口垂直布置有帶百葉窗的198個冷卻三角，被劃分成12個功能相同的冷卻扇區，每臺機組6個冷卻扇區。

間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部磨損腐蝕程度監視裝置包括（如圖3所示）。

其中有機玻璃窺視窗的內側與間接空冷島的冷卻三角熱交換器的鋁管連通，以清掃刷清掃有機玻璃窺視窗的內部的臟污物質，其中有機玻璃窺視窗和清掃刷連接處為密封圈密封，探頭安裝于有機玻璃窺視窗上，探頭由引線連接于DCS，將檢測高精度電壓放大后傳送至集控室監視。

試驗中：翅片管內通徑25mm，基管壁厚1mm，所加間隙電壓48V，實際測量電壓47.928V，6個月后測量電壓變化至47.961V，電壓變化與間隙變化成正比，間隙變化0.017mm，則管道壁厚磨損0.017mm。

該一種間接空冷島的冷卻三角熱交換器的腐蝕程度監視裝置眾多探頭分布于冷卻三角熱交換器流場的特征位置，可以連續在線檢測冷卻三角熱交換器鋁管內壁的腐蝕和磨損情況，與歷史數據對比分析腐蝕的整體分布情況，分析冷卻三角熱交換器鋁管內部的腐蝕和磨損的速度，計算每個冷卻三角熱交換器的殘余壽命，合理的輪換使用每個扇區，延長整體間冷塔的使用時間。在低負荷時間段安排更換即將破損的冷卻三角熱交換器，避免機組因為間冷塔冷卻三角熱交換器破損造成非停。

間接空冷島的冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置包括（如圖4所示）。

其中有機玻璃窺視窗的內側與間接空冷島的冷卻三角熱交換器的鋁管連通,以清掃刷清掃有機玻璃窺視窗的內部的臟污物質，其中有機玻璃窺視窗和清掃刷連接處為密封圈密封，窺視窗可以直觀的觀測冷卻三角熱交換器的鋁管內部的臟污程度，關閉間接空冷島的冷卻三角熱交換器進水管和間接空冷島的冷卻三角熱交換器出水管管路上的電動門，關閉間接空冷島的冷卻三角熱交換器下側中部排水至地下水箱的電動門，打開冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置排水管道，打開冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置進水管道管路上的小閥門，脈沖氣水兩相流清洗裝置開機，用脈沖振動和氣水兩相流共同作用清洗間冷塔冷卻三角熱交換器鋁管內部，臟水由冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置排水管道排放至地溝。清洗后用除鹽水清洗間冷塔冷卻三角熱交換器鋁管內部，清洗合格后扇區投入備用。

基于上述提供的裝置，還提供了一種優化運行方式的方法，通過檢測間接空冷島冷卻三角熱交換器內部臟污的情況，運行人員對臟污冷卻三角熱交換器于低負荷時輪換退出運行，對其有針對性的清洗，提高了冷卻三角熱交換器的換熱效率，提高了機組的經濟性。例如檢查發現#4扇區冷卻三角熱交換器內部臟污情況較嚴重，安排夜班負荷低于80%時，退出#4扇區運行，隔離#4扇區，啟動脈沖氣水兩相流清洗裝置對#4扇區進行自動清洗，待清洗結束將#4扇區投入備用。

通過對間接空冷島冷卻三角熱交換器內部磨損腐蝕情況的檢測，合理安排間接空冷島冷卻三角扇面的投入時間，延長間接空冷島整體的使用壽命，對腐蝕嚴重的間接空冷島冷卻三角熱交換器在線隔離更換，避免了冷卻三角熱交換器運行中泄漏造成的機組非停事故。

合理的運行方式如下：滿負荷時，設計運行扇區全部投入運行；低負荷接近50%負荷時，第一周1、3、5扇區投入運行，第二周2、4、6扇區投入運行，隔周輪換；由于輸配管網的存在各扇區的磨損是不一樣的，根據電壓檢測結果，推算遠端的扇區的剩余壽命，合理增加遠端扇區的運行時間。

4　結語

通過對某電廠間冷機組的實例驗證，得出如下結論：

（1）一種間接空冷島冷卻三角熱交換器的腐蝕程度監視裝置可以有效地解決間接空冷島冷卻三角熱交換器的鋁管鋁翅片長期運行中腐蝕程度的監測難度大的問題。

（2）冷卻三角熱交換器內部臟污脈沖氣水兩相流清洗裝置可以在線清洗，能夠降低塔內總水阻力，降低機組能耗，提高水側散熱系數，降低機組背壓，提高機組經濟性。

[1]陳廣利.大容量汽輪機直接空冷系統的性能分析及研究[D].保定：華北電力大學，2005.

[2]王佩璋.直接空冷機組冬季調試中空冷凝汽器管束凍結問題分析及防范要點[J].西北電建，2007，（2）：73-75,86.

[3]王佩璋.火電直接空冷機組與氣候關系[J].熱機技術，2006，（2）:60-63.

Based on Indirect Cooling Air Cooling Island Triangle Internal Heat Exchanger Cleaning Device for Monitoring and Optim ization Method of Operation Research

LIYu-juan1，ZHANG Shi-long2，REN Dong-mei1，FU Hong-bo1
（1.Harbin Thermal Power Co.，Ltd，Harbin 150046，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

In this paper,an indirect cooling air cooling island triangle internalheatexchanger cleaning device for monitoringand optimization ofoperationmode,themethod ofcooling triangleheatexchangerwascarried outbywearcorrosionmonitoring device for research.Through the heatexchanger for indirectcoolingair cooling island triangle internalwear corrosion detection,reasonable arrangement of indirectcooling air cooling island triangle sector investment of time,extend the service life of indirectair-cooling island asawhole,the severe corrosion of indirectair-cooling island cooling heatexchanger triangle online change isolation,avoid the cooling triangle in theoperation of theheatexchanger leakage caused by non stop accidentunit.

air cooling island；cooling triangle heat exchanger；cleaning device；to optimize the operation mode

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.007

TM621.28

B

2095-3429（2016）05-0028-04

李玉娟（1967-），女，哈爾濱人，本科，工程師，主要從事集控運行培訓工作。

2016-08-01

2016-09-22