凝汽器運行現狀分析及治理措施

郭小健

摘要：某公司凝汽器為上海動力設備有限公司生產的 N—17650型凝汽器，單殼體，對分雙流程，表面式。內部換熱管為銅管，其中主冷區為黃銅管（HSn70—1AB），空冷區和凝汽器頂部園同段為白銅管（BFe30—1—1），數量共19520根。凝汽器運行存在溶氧超標，銅管泄漏等一系列問題，通過分析原因，對對凝汽器補水管道，及換熱管進行改造。

關鍵詞：銅管泄漏;氨蝕;凝結水溶氧;補水霧化;不銹鋼節能管

一、近年來凝汽器運行存在主要原因分析

1、溶氧問題

根據我廠設備的實際情況，分析造成凝結水溶解氧含量大的可能性有如下幾種：凝泵密封環泄漏、真空系統泄漏、真空泵的工作效率低、蒸汽中夾帶的氧氣及各種回收的疏水帶入的氧氣（量不大）、凝結水過冷度高引起溶解量增加、凝汽器補水中的溶解氧量過大。

結合以上分析，組織人員采取以下措施進行原因分析：首先檢查了各凝泵密封環工作情況，確認密封水壓力及回水都在正常狀態，另根據歷次大修時更換下來的密封部件來看，密封環與軸套貼合處的摩擦均勻，O 型圈完整，無明顯缺陷。認為各密封環工作尚屬正常。

根據運營部最近進行的真空嚴密性試驗的結果來看，可以說各機組的嚴密性是非常好的，若存在泄漏的話，只能是在熱井水面以下了。于是組織人員對 #4機可能泄露的部位進行全面檢查，要求維護人員對 #4機與凝汽器水面以下相連的真空系統所有閥門、法蘭及焊口進行檢查。通過對凝汽器熱水井放水門，凝結水泵入口門，備泵出口門、逆止門，熱井水位計，凝泵進口安全閥，汽側人孔門，凝結水泵入口濾網及其排污、排氣門，凝汽器水位變送器，共計二百多個部位進行裹保鮮膜及抹黃油處理，但收效甚微。

我廠凝汽器的水位控制在750mm 左右，是比較低的，通過報表數據顯示目前各凝結水過冷度基本在1.5℃到3.0℃之間，基本符合設計要求。再通過真空泵運行方式的切換，認為各真空泵的抽氣能力也是正常的。故過冷度大，及真空泵的原因也基本被排除了。

補水量大、補入的除鹽水溶解氧大、也是造成凝結水溶解氧大的重要原因之一。注意到各機凝結水含氧量不穩定，忽高忽低，其趨勢的變化與機組負荷及真空度都關系不大。補水量愈大，凝結水溶氧就愈易超標。由于二期機組比一期兩臺機供熱量多，需要的補水量也明顯要大。至此，可以認為補水量過大及補充除鹽水中的含氧過高是凝結水溶氧高的主要因素。隨著公司供熱事業的不斷發展，大量的補水不可避免，所以必須解決補水后溶氧增高的問題。

2、泄漏問題

凝汽器銅管的泄漏因汽輪機凝汽器的構造、材質、使用條件和冷卻水質、安裝工藝等因素的不同，其腐蝕泄漏形式是多種多樣的。一般常見的腐蝕有以下幾種：1、潰瘍腐蝕;2、沖擊性腐蝕;3、脫鋅腐蝕;4、熱點腐蝕;5、應力腐蝕;6、腐蝕疲勞;7、蒸汽側的氨腐蝕;

根據我廠歷年來抽管檢查的實際情況，發現的腐蝕有兩種：1、水側潰瘍腐蝕（由內而外）;

2、蒸汽側的氨腐蝕（由外而內）

銅管的潰瘍腐蝕：多發生在投運3—5年間，基本由銅鍍膜不均造成，近幾年已未發生此類腐蝕。

銅管的氨蝕：我廠近年來凝汽器的發生的腐蝕，表現為典型的氨腐蝕。

氨氣的分配系數較二氧化碳為小，因而凝汽器抽氣時，空氣基本被抽走，而氨易于富集水中，特別是在水中有溶解氧時，銅管的氨蝕更易發生。這種氨腐蝕屬電化學腐蝕類型，其陽極過程是銅在氨性環境中的

氧化過程：Cu+4NH3→〔Cu（NH3）4〕2+ +2e;

陰極過程是溶解氧的還原過程：1/2O2+H20+2e→ZOH-

由于腐蝕產物為可溶性的鉻離子，因而腐蝕過程可無阻滯進行，其特征主要是銅管均勻減薄，有時也出現橫向條狀腐蝕溝。資料顯示常溫下氨水溶液氨的氣液相分配比大約在7～10即汽側氨濃度是凝結水的7～10倍，加上空抽區局部富集以及隔板處凝結水過冷的影響，空抽區的氨含量比主凝結水高數十或數百倍， 個別情況下可達上千倍。當凝結水pH為9.3時， 由NH4OH→NH+4+OH- 的電離平衡可推算出凝結水中氨含量為0.37mg/L，如果pH控制不當，凝結水pH達9.5時，凝結水中氨含量為0.92mg/L，空抽區按濃縮1000倍計算氨含量分別為370mg/L和920mg/L。在如此高濃度的氨環境下，就極易產生氨蝕。有研究表明， 氨含量小于100mg/L，少量的氨提高了溶液的pH，黃銅表面被覆蓋的氧化物或氫氧化物所保護，腐蝕受到阻滯，而當氨濃度增大到能與銅離子形成可溶性銅氨絡離子時（對HSn701A銅管，氨濃度約300mg/L以上），銅管的腐蝕速度劇增。氨腐蝕常表現為銅管外壁的均勻減薄，但隔板孔處由于凝結水過冷，溶解的氨濃度大大增加，引起銅管環帶狀的氨蝕而產生切痕，甚至導致凝汽器銅管的切斷，腐蝕多發生在空冷區及以下氨濃縮區。由于我廠凝汽器空冷區為白銅管（BFe30—1—1），耐腐蝕性高，空冷區下方為黃銅管（HSn70—1AB），耐腐蝕性低，故往往在空冷區下方的銅管先發生泄漏。

二、整改技術措施

1、針對凝結水溶氧問題，對凝汽器補水管道加裝霧化裝置。

為改善機組大量補水后凝結水溶氧偏高以及低負荷時凝結水溶氧上升的情況，同時亦為了減小凝結水過冷度，在各機組大、小修中對凝汽器補水管道進行了改造：

下圖為原補水管道圖：

改造方案：在原凝汽器喉部外面的Ф159補水管上加裝一個手動閥門，并在其前開口引出兩路Ф108、Ф133補水管，從 #7、#8低加兩側進入凝汽器，其布置方向平行于凝汽器銅管方向，并在進入凝汽器前各安裝一只電動閥。改造后補水管道圖如下：

Ф108補水管的噴嘴以水平方向噴出，Ф133補水管的噴嘴一排以水平方向噴出，另一排以斜向下方向（與水平方向呈60°夾角）噴出。兩路補水管道呈對沖噴霧方式，可使凝汽器喉部形成霧化區。這樣，補水霧化后，可以使補水中含有的空氣離析溢出而被真空泵抽走，降低了凝結水的含氧量。

2015年10月中旬，#4機凝結水溶氧超標50—60ug/ L，經數日排查，系統無明顯漏點。聯系運行投入霧化裝置后，溶氧指標立刻下降至15ug/ L 左右。

2、針對凝汽器銅管泄漏問題，將空冷區下方銅管更換為薄壁擾流強化換熱不銹鋼管為解決此類問題，擬將空冷區下方腐蝕嚴重的黃銅管更換為316L 不銹鋼管，可顯著提高空冷區下方區域內的管道抗腐蝕性，減少凝汽器氨蝕泄漏。理論上不銹鋼316是耐氨水腐蝕的，在100攝氏度及以下溫度對任何濃度的氨水都具有優異的耐腐蝕性。

不銹鋼雖然耐腐蝕性好，但導熱性能比銅差，不銹鋼管的傳熱性能雖然不銹鋼管的導熱系數僅為 B30—1—1的55%和 HSn70—1A 的15%，但不銹鋼管凝汽器總傳熱效率不一定比銅合金管低，因為不銹鋼管壁較薄，一般為銅合金管的50%-71%;與銅合金管相比，不銹鋼管腐蝕產物較少，管壁光潔，不易沾污。因此具有較高的清潔系數和較低的流動阻力，另外我們采用了擾流強化換熱不銹鋼管。主要是將管道內壁壓制出導流花紋，增加管道內冷卻水的雷諾數，以達到強化換熱的目的。

三、結論

上述是筆者近年來對在公司設備運行中發生的一些問題所做的一些分析和改造工作。從實際情況來看，取得了預期的效果，凝汽器故障率得到降低，凝結水水質得到了保障。在設備管理工作上克難攻堅任重而道遠，其中不足之處希望得到各位領導、同事的批評指正。

參考文獻：

[1] 提高機組真空泵氣動門可靠性的方法研究[J]. 郭勇，邵程安. 浙江電力.2018（09）

[2] 冷卻水源對真空泵性能的影響[J]. 錢秋裕，郝洪亮. 熱力發電.2012（03）