水電機組技術供水冷卻器清洗新技術應用實踐

文興全，陸衛丹，王義國

（1.廣東粵電長湖發電有限責任公司，廣東 英德 513021；2.廣東省粵電集團有限公司，廣東 廣州 510630）

1 引言

水電機組技術供水水源普遍采自上、下游，經過濾水器改善水質后即供至各部位的冷卻器使用，冷卻器運行一定的時間后均會在換熱管內壁沉積淤泥、泥沙、微生物等，從而影響換熱效果，目前對換熱管效率降低的冷卻器清洗方法使用較多的有化學藥劑清洗、物理清洗兩種方法，這兩種方法的共同缺點是需要停機檢修，尤其是汛期停機會造成大量的棄水，而產生經濟損失[1～3]。本文以長湖水電廠2號機組技術供水系統為實例，將一種新型膠球清洗系統加入到技術供水系統中，以達到不停機實時清洗冷卻器銅管，確保冷卻器換熱管效率的目的。

2 技術供水系統運行簡況

2.1 系統簡介

長湖水電廠于1969動工興建，安裝有兩臺軸流轉槳式機組，于1974年全部投產發電，經增容后現裝機容量為82 MW(1×42 MW+1×40 MW)，水庫庫容小，屬于徑流式水電站，水庫無調節能力。

機組的技術供水采用的是自流供水方式，水源取自本機蝸殼，取水后經過濾精度為4mm的濾水器過濾后，再經總冷卻水液壓閥分別供至各冷卻器。長湖水電廠技術供水的主要作用是通過油冷卻器對推力、上導、水導軸承及發電機空氣冷卻器進行冷卻散熱。

2.2 存在的問題

由于長湖水庫水質較建廠初期劣化明顯，特別是水庫大量網箱養殖、上游新建化工廠等造成水質污染，且實際運行的水溫也較設計水溫有所提高（設計水溫不大于28℃，實際運行達31℃），技術供水水源雖經濾水器過濾，水質及水溫仍然達不到最初的設計要求。使得技術供水冷卻器內部換熱銅管被大面積堵塞，造成換熱效率顯著降低，冷卻器散熱效果明顯變差，加之廣東夏季高溫進而引起軸瓦溫度異常升高，存在造成軸瓦損壞甚至抱軸的重大安全隱患。長湖水電廠自2012～2014年間，兩臺機組的推力瓦、水導瓦、上導瓦連續發生了多次汛期因銅管堵塞使瓦溫異常偏高導致被迫申請停機緊急搶修的被動局面。

3 新型膠球清洗技術簡介

清華大學航天航空學院針對現有冷卻器在線清洗技術普遍存在的問題，研發了新型膠球清洗系列專利技術，該新型系列專利技術對于火電廠凝汽器清洗，已在國內張家口電廠等多家火電廠得到了成功應用[4]，效果明顯。其技術具有如下特點：

（1）新型膠球清洗系統中的均布投球裝置通過多點、均布投球，改善了膠球在循環水管中的分布狀況，防止膠球在換熱管入口的局部聚集；

（2）新型膠球清洗系統的收球網采用固定網結構，能有效保證收球率；

（3）新型自旋轉膠球采用硅膠材料澆鑄成型，密度、外形尺寸得到可靠保證；

（4）新型裝球室采用免開倉結構，結構新穎，操作簡便。

4 冷卻器清洗方案設想及確定

4.1 凝汽器清洗技術引進

清華大學的技術雖在火電廠有成功應用實例，但根據長湖水電廠技術供水的實際情況，需要在火電廠凝汽器膠球清洗技術基礎上進行改進，實現水電機組技術供水冷卻器不停機在線實時清洗。由于長湖水電廠機組技術供水系統管路分支多，總供水管分別要向水導、推力、上導軸承的油冷卻器及發電機空氣冷卻器供水，各換熱設備的銅管管徑小（φ19×1.5），且型式不盡相同，有箱式結構的，也有單管盤形結構。根據長湖水電廠機組的實際情況需對新型膠球系統作如下改進：

（1）在技術供水總管處增加多效過濾裝置，對水源進行預處理，使水質得以凈化。

（2）須將收球網進行改進。由于水電機組膠球路徑長，收球網處存在一定的壓力，應增加一個驅動力阻止膠球附著在收球網面，增加收球率。

4.2 確定冷卻器清洗方案

在技術供水總冷卻水濾水器后的主管處增加一個投球旁路，在冷卻器排水總管處增加旋轉刮刷式收球網，由投球管路、收球管路、球罐組件、電動閥門及相應的電氣元件組成一個投、收球系統。該系統可在機組正常運行的同時，由PLC來控制使膠球自動投入到供水管，膠球隨水流通過冷卻器換熱管，在換熱管內不斷的旋轉與管壁碰撞摩擦以清洗管壁，最后流出換熱管排至收球網處，再由PLC控制使膠球自動收回到球罐內以備下次繼續投球，系統原理如圖1。該系統突出優點是清洗冷卻器換熱管內壁不需停機，實現了冷卻器的在線實時清洗，只需在控制系統人機界面設置適當的投球時間、清洗時間、循環次數、收球時間、間隔時間等參數后，系統即可按設定的清洗頻率及時間對冷卻器進行清洗。

圖1 長湖水電廠2號機膠球清洗系統原理圖

5 清洗方案實施情況

2015年3月8 日～4月19日，完成了現場設備多效過濾器、球罐及附件、收球網桶及附件、投球裝置及控制柜的安裝調試工作，設備于5月18日正式投入試運行。

6 實施效果分析

6.1 現場測試情況

系統自2015年投入試運行，經歷兩個主汛期后，技術人員于2017年汛前對系統的應用效果進行檢查，期間對新型膠球清洗裝置的測試情況詳見表1。雖然收球率沒有達到96%的理想值，但系統投運以來沒有發生過換熱器銅管被膠球堵塞的情況。

表1 實時在線新型膠球清洗裝置收球率測試記錄表（2017年4月1日）

6.2 經濟效益分析

新型膠球清洗系統從2015年5月～2016年10月，經過兩個主汛期的應用，冷卻器內部換熱銅管運行情況較在線清洗系統投運前有明顯改善，機組各軸承的瓦溫未再出現異常升高情況，沒有出現因冷卻器銅管堵塞而造成的機組非計劃停運情況。綜合比較以往情況，每年減少非計劃停機時間約為120 h，具有明顯的經濟效益。年度無非停增發效益約：40 000 kW×120 h×0.32元/kW·h=153.6萬元。

6.3 社會效益分析

長湖水電廠2號機組投入在線膠球清洗系統后，機組各部瓦溫穩定，對比新技術應用前后主汛期機組瓦溫變化情況（圖2）及機組檢修時拆出冷卻器檢查堵塞情況可以發現，新型膠球清洗技術在長湖水電廠的應用，切實對冷卻器銅管起到了清洗作用，避免了銅管堵塞。

新技術應用后，從目前的運行情況來看，以下幾方面的安全風險已消除：①汛期出現機組軸承瓦溫異常升高缺陷；②濾水器濾網堵塞造成技術供水壓力偏低；③汛期人員消缺的作業安全風險。

7 結語

7.1 創新之處

在線清洗新技術的應用，能均布投球分流至各冷卻器，經排水管處回收至收球網，回收的膠球繼續投入到供水總管內，膠球在冷卻器銅管內隨水流動，起到了清洗銅管內壁的作用，減少了因水流緩慢而造成的泥沙淤積在銅管內壁的機會。投球、收球全部自動完成，實現了全自動投球、收球、排污功能，大大減輕了人工勞動，實現了不停機在線實時清洗冷卻器的功能。多效過濾裝置與在線膠球清洗系統配合使用，避免因銅管淤積堵塞而造成冷卻器效率降低甚至失效的缺陷發生，從而使機組在汛期能安全、穩定運行，降低非停風險。

7.2 推廣應用價值

該技術的應用，是首次將多效過濾與不停機在線實時清洗新技術應用到水電廠機組技術供水系統中，通過實時在線清洗，保證機組各部冷卻器換熱管路內壁清潔，確保了冷卻效果。不停機在線實時清洗新技術在水電機組技術供水冷卻器換熱管路清洗領域達到國內領先水平，有較好的推廣應用價值。

[1]周雄.水電站技術供水方案綜述 [J].四川水力發電,2006,25(4):64-66.

[2]吳同鋒，蔡曉君，劉湘晨，等.常用換熱器清洗技術及選用[J].化工機械，2016，43（3）:268-271.

[3]楊曉良.換熱器清洗技術[J].清洗世界，2010,26（8）:14-20.

[4]任麗君，劉博，孟繼安，等.張家口電廠6號機膠球清洗系統改造與運行效果[J].汽輪機技術，2014,56（6）：451-460.