一種凝汽器傳熱管在線清洗裝置丟球缺陷處理

吳軍

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222002）

0 引 言

熱力發(fā)電廠和核電廠均是以海水作為最終冷源的電站，而海水在通過旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后進(jìn)入凝汽器前一般都會(huì)設(shè)置二次濾網(wǎng)，海水在通過凝汽器換熱后，在凝汽器出口的海水管道上一般設(shè)置有收球網(wǎng)，與其他相關(guān)設(shè)備一起共同構(gòu)成凝汽器傳熱管在線清洗裝置。機(jī)組運(yùn)行期間，若膠球清洗裝置頻繁丟球，將導(dǎo)致傳熱管內(nèi)壁清洗不充分，淤泥及海洋生物在管壁不斷積聚，長此以往不僅會(huì)產(chǎn)生額外的人力、物力，增加運(yùn)行成本，而且將嚴(yán)重影響凝汽器的換熱性能，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 情況簡介

某電站1、2號機(jī)組的膠球清洗系統(tǒng)設(shè)備均是由德國某公司供貨。每臺機(jī)組包括4臺二次濾網(wǎng)、4臺收球網(wǎng)、2臺膠球收集容器、4臺膠球泵和8個(gè)控制柜。1臺二次濾網(wǎng)和1臺收球網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)通道，分別由2個(gè)控制柜控制，1臺膠球收集容器對應(yīng)一側(cè)的2個(gè)通道，每臺膠球收集容器前有2臺膠球收集泵收集膠球。收球網(wǎng)為臥式布置，間隙為10 mm，驅(qū)動(dòng)方式為電動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，收球網(wǎng)由兩塊D字形的網(wǎng)板組成，如圖1所示。當(dāng)兩塊網(wǎng)板處于關(guān)閉位置，膠球隨水流流至收球網(wǎng)時(shí)，將膠球?qū)Я髦聊z球收集管線入口，通過特殊設(shè)計(jì)的水翼，能夠產(chǎn)生紊流，可減少濾網(wǎng)外部區(qū)域雜物的累積，同時(shí)也能夠引導(dǎo)膠球至收集管線入口。

圖1 收球網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

收球網(wǎng)有兩個(gè)基本狀態(tài)，第一個(gè)是運(yùn)行位，亦稱閉狀態(tài)，此時(shí)收球網(wǎng)處于收球狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由力矩關(guān)斷的，以確保收球網(wǎng)關(guān)閉嚴(yán)密，不留縫隙，防止膠球逃逸，如圖2所示。第二個(gè)是反洗位，也就是打開狀態(tài)。當(dāng)收球網(wǎng)表面垃圾越來越多的時(shí)候，網(wǎng)前后壓差會(huì)不斷上升，達(dá)到設(shè)定的反洗值，收球網(wǎng)打開反洗，如圖3所示。

圖2 收球網(wǎng)閉狀態(tài)

圖3 收球網(wǎng)反洗位

2 膠球的選型

膠球選型與管子材料、管子幾何條件、水的流速和溫度、水生物學(xué)和化學(xué)，以及安裝系統(tǒng)的水力參數(shù)有關(guān)。按材質(zhì)一般分為塑料顆粒球、長壽命球、標(biāo)準(zhǔn)磨料球、金剛砂球、海綿球；按硬度一般分為軟、中軟、中等、中硬、硬、特硬。標(biāo)稱的球直徑視管內(nèi)直徑和管內(nèi)冷卻水流速而定，通常標(biāo)稱球直徑超過管內(nèi)直徑1～3 mm，清洗球的硬度根據(jù)管中水速、收球網(wǎng)的間隙和收球網(wǎng)角度而定，圖4～圖6為常見的幾種膠球。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)清洗球

圖5 帶金剛環(huán)清洗球

圖6 高溫清洗球

3 丟球原因及排查思路

該電站的膠球清洗裝置曾頻繁出現(xiàn)丟球問題，因整個(gè)膠球系統(tǒng)較為龐大，設(shè)備多，原因排查時(shí)間長，導(dǎo)致膠球清洗裝置不能及時(shí)投入運(yùn)行。根據(jù)該電站的膠球清洗裝置相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及原理，結(jié)合現(xiàn)場多次缺陷處理情況，總結(jié)出以下幾種可能引發(fā)膠球清洗裝置頻繁丟球的原因[2-3]。

1）膠球正常磨損。正常運(yùn)行時(shí)膠球會(huì)與凝汽器傳熱管摩擦而變小或損壞，進(jìn)而從收球網(wǎng)中漏出而進(jìn)入大海，因冬季和夏季循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速不同，夏季水流速度變快，膠球磨損也會(huì)增加，導(dǎo)致加球頻率增加，每年夏天時(shí)兩個(gè)機(jī)組都會(huì)出現(xiàn)膠球更換較頻繁的情況，約10～14 d更換一次膠球，此種情況屬于正常情況，對磨損膠球進(jìn)行定期更換即可，保證循環(huán)回路中的膠球數(shù)量。

2）膠球停留在凝汽器聯(lián)通管內(nèi)上方。膠球的密度比海水小，正常會(huì)漂在水面，在投運(yùn)時(shí)如果沒有經(jīng)過一定時(shí)間的海水浸泡而直接投運(yùn)就會(huì)造成少部分膠球進(jìn)入凝汽器聯(lián)通管后漂在上方而無法返回，故每次投放膠球時(shí)工作人員都會(huì)將膠球放在容器內(nèi)進(jìn)行一定時(shí)間的浸泡，此種情況對膠球減少影響不大，可以忽略。

3）收球網(wǎng)關(guān)不嚴(yán)或破損。運(yùn)行期間可通過測量搖臂長度，與其他運(yùn)行正常的收球網(wǎng)搖臂長度進(jìn)行對比，判斷收球網(wǎng)是否關(guān)閉到位。若參考其它收球網(wǎng)搖臂長度調(diào)整后，投運(yùn)后仍存在丟球問題，則需隔離排空收球網(wǎng)所在管道，進(jìn)入管道內(nèi)部檢查收球網(wǎng)關(guān)閉情況，判斷有無破損，有無異物夾雜在收球網(wǎng)之間，如圖7所示。若運(yùn)行期間無球進(jìn)入管道內(nèi)部，可投放專門的試驗(yàn)?zāi)z球，收球網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，工作人員在排水口設(shè)置攔網(wǎng)，觀察及檢查有無大量試驗(yàn)?zāi)z球流出。

圖7 排水口檢查有無流出膠球

4） 膠球收集容器內(nèi)部的收球閥關(guān)不嚴(yán)。系統(tǒng)在反沖洗前，按照程序設(shè)定會(huì)先收球90 min，然后再打開收球網(wǎng)進(jìn)行15 s反沖洗，如果收球閥關(guān)不嚴(yán)，那么90 min的收球效果就不好，這樣就會(huì)有球在收取網(wǎng)反沖洗時(shí)被沖入大海，如圖8所示。

圖8 反洗時(shí)膠球被沖入大海

5）系統(tǒng)控制程序執(zhí)行有誤。膠球清洗裝置反沖洗頻率高也會(huì)導(dǎo)致膠球流失，通過與其他運(yùn)行正常的膠球清洗裝置控制柜中的設(shè)置參數(shù)對比，可判斷其控制過程是否正常。也可讓相關(guān)專業(yè)人員對寫入控制柜中的源程序進(jìn)行檢查，有無亂碼、程序丟失的情況發(fā)生。

6）膠球泵揚(yáng)程不足，葉輪腐蝕。膠球投入到收集室里后，打開收球閥，膠球會(huì)隨著管道內(nèi)海水的流量被自動(dòng)沖洗到凝汽器或收球網(wǎng)內(nèi)，此時(shí)膠球泵若不能形成一定的循環(huán)壓力就會(huì)導(dǎo)致膠球滯留在海水管道內(nèi)，如膠球泵葉輪腐蝕或入口管道有堵塞等。2009年曾出現(xiàn)過因膠球泵葉輪腐蝕而導(dǎo)致膠球減少的情況，現(xiàn)場可通過監(jiān)測電動(dòng)機(jī)電流、泵的振動(dòng)、有無異響來判斷收球泵的運(yùn)行狀況，如圖9所示。

圖9 膠球泵實(shí)物圖

7）收球或送球管道堵塞。若海水中海生物、海草、鐵絲等異物卡在收球或送球管道，或貝類海生物依附管道內(nèi)壁生長，或管道中法蘭密封軟性墊片內(nèi)徑尺寸偏小，皆會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)位置的管道截面積減少，在膠球投送和收回過程中，易截留住經(jīng)過該位置的膠球，隨著膠球的不斷加入，管道內(nèi)積聚的膠球會(huì)越來越多，直至整個(gè)管道內(nèi)部塞滿膠球。

根據(jù)以往現(xiàn)場缺陷分析及排查經(jīng)驗(yàn)，可通過以下幾個(gè)方法來判斷管道有無堵塞。

a.若運(yùn)行期間具備隔離窗口，可打開管道中的相關(guān)連接法蘭，使用內(nèi)窺鏡檢查管道內(nèi)部有無堵塞。

b.若運(yùn)行期間不具備隔離條件，可通過運(yùn)行分別隔離收球與送球管道，在海水高潮位的窗口下分別對膠球收集容器進(jìn)行充水，記錄其充滿時(shí)間，與運(yùn)行正常的膠球清洗裝置充水時(shí)間進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，可判斷收球、送球管道有無堵塞。

c.隔離膠球收集容器，重新添加一定數(shù)量的膠球，投入運(yùn)行后通過窺視孔觀察膠球循環(huán)情況，直至水流中目視不見膠球，對收球管、送球管管道內(nèi)的流量進(jìn)行測量，包括總管及支管，通過簡單計(jì)算及與運(yùn)行正常的膠球清洗裝置管道的流量進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，可判斷收球、送球管道有無堵塞。

d.通過管道外壁溫度判斷管道有無堵塞，因凝汽器海水出口溫度區(qū)別甚微，在管道未堵塞的情況下，管道外壁溫度差異很小。目前該方法一般只有在管道完全堵死的情況下使用。

4 排查效果與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

2017年開始至今，通過使用上述7個(gè)誘發(fā)丟球原因的排查方法，使該電站1、2號機(jī)組對于運(yùn)行期間出現(xiàn)的丟球缺陷，在短時(shí)間內(nèi)便能確定丟球原因，這有利于及時(shí)干預(yù)并采取相關(guān)處理措施，從而確保膠球清洗裝置功能正常，保證凝汽器的換熱性能。

對于已安裝凝汽器膠球系統(tǒng)的電廠，丟球問題難以避免，其中膠球泵損壞、收球網(wǎng)關(guān)閉不嚴(yán)、管道堵塞又是誘發(fā)膠球丟失的主要因素，通過上述一些在線查找手段，在無需隔離設(shè)備的情況下便能確定原因，可有效避免運(yùn)行隔離和設(shè)備解體產(chǎn)生的人力、物力，大幅減少作業(yè)時(shí)間，提高工作效率。對于頻繁引起丟球的設(shè)備，可適當(dāng)修改其維修策略，比如增加解體大修頻率、縮短預(yù)維周期、薄弱位置重點(diǎn)檢查等。因各個(gè)電廠采用的凝汽器膠球清洗裝置結(jié)構(gòu)可能存在差異，致使丟球的誘因也會(huì)不同，可參考以上原因排查方法制定相關(guān)措施，在確保機(jī)組連續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，由外至內(nèi)、先易后難，逐個(gè)對誘因進(jìn)行排查。

5 結(jié) 論

本文僅對以往丟球缺陷處理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，供同行參考，提供的相關(guān)思路及方法，可在短時(shí)間內(nèi)便能確定丟球原因，這有利于及時(shí)干預(yù)并采取相關(guān)處理措施，從而確保膠球清洗裝置功能正常，保證凝汽器的換熱性能。上述方法并不一定是最優(yōu)方法，比如在不考慮成本的條件下，可以結(jié)合現(xiàn)場使用膠球的尺寸、材質(zhì)等參數(shù)，研發(fā)出定位球，運(yùn)行中通過對其GPS定位，確定膠球有無流出排水口，從而判斷收球網(wǎng)關(guān)閉狀態(tài)，為原因排查奠定基礎(chǔ)。