鈦管冷凝器失效原因分析及處理

陳定千，羅堅，龔沈軍

（中國船舶重工集團公司第七〇三研究所無錫分部，江蘇 無錫 214000）

冷凝器是汽輪機組裝置的重要組成部分，其主要作用是在汽輪機排汽口建立并保持真空，提高機組熱經濟性，同時，回收排汽凝結的水作為鍋爐給水，構成循環。冷凝器的運行狀況直接影響機組運行的安全性和經濟性。目前，電廠運行的冷凝器多采用銅合金換熱管，銅合金管具有良好的熱傳導性，且價格適宜，但在實際應用中出現了腐蝕現象嚴重、使用壽命短等問題。近年來，鈦材料因其優異的耐腐蝕、抗沖刷、高強度、比重輕等特性，在冷凝器制造過程中逐漸得到應用。

本文失效冷凝器采用純鈦TA2（GB/T3625）材質換熱管，運行過程中換熱管表面形成了一層生物污垢，影響了鈦管的熱傳導性能，導致冷凝器傳熱惡化、真空下降。關于鈦管冷凝器因形成生物污垢而失效的事例還鮮有報導，因此，關于鈦管冷凝器形成生物污垢的原因分析及采取的相應處理措施對后續鈦冷凝器的運行具有參考價值。

1 故障過程

該冷凝器為某汽輪發電機組配套設備，2016 年5 ～12月隨機組開展調試運行，12 月開始連續運行。冷凝器主要技術參數見表1。

表1 冷凝器主要技術參數

2017 年2 ～3 月期間，在機組額定負荷運行過程中，發現冷凝器真空出現緩慢下降趨勢。運行人員首先對抽氣系統及相關管路的密封性進行了檢查排除，但均未解決冷凝器真空下降問題。2017 年4 月，發電機組停機拆檢，工作人員打開了冷凝器冷卻水進回水口，對冷凝器進行檢查。結果發現，冷凝器循環冷卻水側表面附著了一層黏性軟垢，如圖1 中所示。

圖1 冷凝器內冷卻水側管路表面附著粘性軟垢

2 故障分析

2.1 運行數據分析

冷凝器端差是衡量其傳熱效果的重要指標，端差為冷凝器排氣壓力下的飽和水溫與循環冷卻水出口溫度之間的差值。圖2 為本次鈦管冷凝器投運以來在額定工況下端差隨運行時間的變化情況。分析圖2 可知，在2016 年5 月～2017年2 月20 日，冷凝器運行端差基本維持在10 ～13℃，而在2 月20 日～3 月30 日，端差急劇上升，自14.5℃迅速增長至35℃以上，表明在此時間段內，冷凝器的換熱性能持續惡化，最終導致了真空的下降。

在冷卻水量恒定狀態下，冷凝器冷卻水進出口水阻力能夠直觀的反應出冷凝器換熱管內的結垢狀況。根據運行記錄數據，得出了冷凝器進出口水阻力隨時間的變化情況，如圖3 所示。

圖2 冷凝器端差隨運行時間變化情況

圖3 冷卻水進出口水阻力隨運行時間變化情況

由圖可知，2016 年5 月至17 年2 月底，水阻力基本維持在45 ～55kPa，呈略微增長趨勢。而由2 月24 日～3 月15 日，水阻力急劇上升，由54.6kPa 增長至113.7kpa，增加了1 倍之多。表明在此期間，冷凝器換熱管內的污垢迅速增長。結合實際拆檢圖片，確認鈦管冷凝器內形成污垢是導致冷凝器傳熱惡化、真空下降的主要原因。

2.2 污垢形成原因分析

（1）形成生物黏泥。鈦管冷凝器表面的污垢為軟垢，具有黏滑性。根據相關資料，該污垢應為生物黏泥，是由循環水中的微生物群繁殖，并以這些微生物為主體，混有泥沙、無機物和塵土等形成附著的軟泥性沉積物。本次鈦管冷凝器所用冷卻水為開式循環冷卻水系統提供，此系統運行過程中，容易帶入大量微生物及灰塵。根據前文分析，故障發生時間段為2 月末至3 月，氣溫開始回升，冷卻水溫度變得適宜微生物的生長和繁殖，且此時機組及配套鈦管冷凝器為連續運行狀態，冷卻水中大量微生物隨水流進入冷凝器后在管壁附著，逐漸形成了黏性物質的膜，使水中的細小污泥等雜質滯留在管壁上，逐漸形成了生物黏泥。

（2）鈦管易于發生微生物附著。隨著鈦材料在冷凝器中越來越廣泛的應用，其存在的問題及解決辦法也受到了廣泛研究。

目前，相關文獻對于鈦冷凝器的應用和研究主要集中在鈦管與管板的密封焊接、鈦管的振動磨損及化學清洗鐵污染、油跡等方向上。同時，也有相關研究指出，生物污垢的產生與換熱管材料性能有密切關系。由于鈦不具有像銅合金一樣內在的毒性和相應的殺菌作用，在鈦管冷凝器應用過程中應防微生物附著，采取措施控制生物污垢的形成。在本次鈦管冷凝器使用過程中，沒有預先針對生物污垢的形成采取控制措施，因此，在易于形成生物污垢的條件下，鈦管冷凝器在短期內即發生失效。

3 處理措施及效果

3.1 冷凝器清洗

高壓水射流技術是利用裝置產生高壓水，通過特殊噴嘴產生能量高度集中的小水流對管道表面的污垢進行撞擊、磨削、粉碎和剝離，達到清洗污垢的目的。采用高壓水射流技術對鈦管冷凝器進行清洗，清洗后冷凝器管內軟垢基本清除，鈦管恢復金屬光澤。清洗后對冷凝器進行了管側水壓試驗，壓力0.3MPa，保壓30 分鐘壓力無下降。完成冷凝器清洗后配合機組進行運行調試，在額定工況下，機組真空、冷凝器端差及冷卻水進出口水阻力等參數均恢復至正常狀態，鈦管冷凝器清洗工作達到預期目的。

3.2 添加膠球清洗裝置

根據鈦管冷凝器相關技術參數，為其配置了膠球清洗裝置。在后期冷凝器運行過程中，定期利用膠球裝置進行清洗，達到了防止和消除鈦管內微生物附著的目的。

3.3 循環冷卻水系統微生物控制

根據前文對生物黏泥形成原因的分析，開式循環冷卻水系統易產生和帶入大量微生物及灰塵。目前，利用化學方法控制循環冷卻水系統中的微生物是較為常用及有效的手段。根據循環冷卻水系統運行特點，定期交替投入氧化型和非氧化型殺生劑，并跟蹤監測循環水質，確保異養菌、生物粘泥量等指標符合規范標準。在采取針對性措施對循環冷卻水系統微生物進行控制后，有效避免了鈦管冷凝器內生物污垢的形成，保障了鈦管冷凝器安全、正常運行。

4 結語

本文對鈦管冷凝器運行過程中真空下降的問題進行了分析，并提供了相應處理措施，對鈦管冷凝器的運行具有一定參考價值：

（1）鈦管冷凝器運行過程中易形成生物污垢，導致冷凝器傳熱惡化、真空下降。

（2）采用高壓水射流技術達到了清洗鈦管冷凝器表面生物污垢的目的。

（3）在鈦管冷凝器運行過程中配置膠球清洗裝置、對開式循環冷卻水系統進行微生物控制，能夠有效避免鈦管冷凝器內生物污垢的形成。