鋸末流在線消漏在凝汽器泄漏處理中的應用

張砷釔，王利聰

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

河南龍宇煤化工有限公司（簡稱龍宇煤化工）58000m3／h空分裝置中，空壓機組為汽輪機一拖二的方式同時帶動空壓機和多軸增壓機，汽輪機為單缸抽汽凝汽式，由杭州汽輪機股份有限公司制造。此汽輪機的凝汽系統包括1臺凝汽器、1套抽氣器、2臺冷凝液泵等輔助設備；其中，凝汽器是凝汽式汽輪機的重要組成部分，它將汽輪機排出的蒸汽凝結成水，同時帶走蒸汽凝結時放出的熱量，建立并維持汽輪機排汽口的真空度，使進入汽輪機的蒸汽膨脹至最低的壓力，增加蒸汽的可用焓降，并將凝結水重新送往鍋爐作為鍋爐給水循環使用，提高整套系統的熱經濟性。簡言之，凝汽器的工作性能直接影響著整套空分裝置的熱經濟性及運行可靠性。

1 凝汽器的結構及工作方式

該凝汽器屬列管式換熱器，換熱面積約4000m2，采用雙流道（雙流道凝汽器可在汽輪機不停機的情況下清洗單側冷凝管束）、兩流程形式，水室內設有縱隔板，冷卻水自冷卻水入口進入水室，經冷凝管束至出口水室，再從冷卻水出口排出［1］；凝汽器殼體為圓筒形，與前、后管板組成進口水室，管板上裝有冷凝管束，為防止冷凝管束在運行中振動，殼體中設有中間管板；凝汽器喉部位于殼體上部，與排汽管相連，為冷凝蒸汽入口；熱井位于殼體下部，存儲凝結水。

汽輪機來的蒸汽自排汽接管、凝汽器喉部進入凝汽器殼體，與冷凝管束接觸后開始凝結，體積很大的蒸汽被凝結成體積很小的凝結水，這樣就會在凝汽器汽側空間形成高度真空，蒸汽凝結時放出的熱量傳給管程的冷卻水，冷凝液經凝汽器出口冷凝液泵加壓后作為抽氣器的冷卻水。上述過程中，通過處于負壓的凝汽器及管道的不嚴密處漏入凝汽器汽側空間的空氣，由抽氣器通過抽汽口不斷抽出，以保證凝汽器的真空度和良好的傳熱效果。并設有熱井液位自動控制系統及手動定頻分析冷凝液品質的監控設施等。

2 凝汽器泄漏案例

凝汽器的真空度對汽輪機運行的經濟性影響最大，最直觀的監測措施是定時對其出口冷凝液進行分析。2020年3月5日，定期分析發現，凝汽器出口冷凝液電導率和SiO2含量升高——電導率實測值為63μS／cm（控制指標為20μS／cm）、SiO2含量實測值為148mg／L（控制指標為20mg／L），經反復分析驗證，確認分析數據準確無誤后進行匯報；同時，工藝操作人員發現凝汽器真空度開始出現緩慢下降。分析后認為，出口冷凝液中SiO2含量超標標志著凝汽器可能出現了泄漏。為避免造成誤停車，決定先加強監護運行，冷凝液分析頻次由原來1次／周視情況增加，務必保證每8h分析1次。經過對冷凝液15d的分析觀察，其電導率在50μS／cm上下波動，而SiO2含量先期在100mg／L附近波動、后期則大幅波動且總體上呈上漲趨勢。各種分析數據表明，本臺凝汽器存在泄漏。

3 原因分析

通過對本臺凝汽器的結構、工作原理及所用冷卻水水質等進行分析，結合以往的檢修經驗，認為本臺凝汽器泄漏的可能原因如下。

3.1 管板與換熱管束連接處可能存在泄漏

凝汽器汽側處于高真空狀態下，運行條件極為苛刻，銅管（換熱列管）與管板采用脹接方式，長時間的運行、腐蝕及熱脹冷縮可能導致脹接封閉處逐漸松動，形成毛細隙縫，循環冷卻水沿隙縫漏入汽側［2］；同時，循環水運行方式（如流速、濃縮倍數、溫度）、循環水水質（包括pH、懸浮物、COD、BOD、微生物含量等指標）、循環水運行控制（添加阻垢緩蝕劑、殺菌劑），以及自然條件下形成的循環水異常情況等，均可能對脹接封閉處形成均勻腐蝕或局部腐蝕［3］。而龍宇煤化工凝汽器所用循環水水質較差（2020年3月15日10：00循環水站循環回水取樣分析數據如表1），含有很多對金屬有腐蝕性的離子（或物質），易造成管板與銅管焊接部位腐蝕速度加快而最終出現泄漏。

表1凝汽器所用循環水水質分析數據

3.2 冷凝管束可能存在泄漏

凝汽器換熱管束的材質為海軍銅，管壁較薄，大約只有1mm，冷卻水中的Cl-、S2-、氨氮化合物及硫酸鹽還原菌等有害成分，在凝汽器水側極易破壞黃銅在使用期間形成的鈍化膜。Cl-具有極高的電負性和穿透性，會使黃銅發生點蝕，Cu進入溶液以CuCl2的形式存在，而S2-的存在（S2-可源自循環水系統設備腐蝕泄漏的工藝介質，也可以是硫酸鹽還原菌反應而產生）則進一步加劇了點蝕的發生，長時間運行后可能導致換熱管束泄漏［4］。

3.3 換熱管束可能存在沖刷腐蝕

循環水中的懸浮物、泥沙等固體顆粒狀硬物對凝汽器入口端銅管的沖擊及摩擦，長時間運行后入口端銅管前管段內壁雖無明顯蝕坑，但表面粗糙，黃銅基體裸露，銅管減薄［5］；同時，管束外的蒸汽及冷凝水也在真空狀態下不斷地對管束形成沖刷腐蝕，亦會加快管束的泄漏。

4 消漏措施

凝汽器的結構特征決定著其故障類型的單一性。正常生產中通常換熱器泄漏的概率較小，且由于換熱列管的材質、循環水水質及工藝操作方式的不同，其泄漏量大小及頻率亦有隨機性。若空壓機組凝汽器內漏量較大，汽輪機真空度將持續下降，負壓狀態可能會瞬間變為正壓狀態，進入汽輪機內做功的蒸汽無法及時冷凝排出，造成汽輪機內蒸汽壓力升高，高壓蒸汽管網壓力、流量等波動，無法保證汽輪機的正常轉速，還會對汽輪機本體造成損傷，影響空壓機和增壓機的運行，造成整個生產系統工況異常，帶來較大的風險和安全隱患。為避免發生事故，必須快速消除凝汽器漏點，恢復其正常運行狀態。而當凝汽器出現泄漏現象時，通常根據泄漏量的大小及系統運行的階段，可采取不同的消漏方式。

4.1 大量泄漏的消除

按常規處理方式，當凝汽器出現大量泄漏時，必須停機處理，即空分裝置須停車，這種情況下查漏方式較為簡單直觀，效果明顯，是處理泄漏的根本方法，但會導致整個生產系統停車。停機后，在汽缸及管道溫度允許的情況下，向凝汽器灌水并維持24h，查找泄漏的部位。灌水找漏比較直觀，容易發現漏點，也容易操作［6］。查出漏點后，對泄漏的管板重新進行焊接消漏，使用與換熱管相同或相近材質的錐形堵頭對泄漏的換熱管進行封堵即可。

采用此種方法消漏，堵管率不得超過20%，否則應擇機更換管束，以保證凝汽器的換熱效果。另外，此法對系統內關聯閥門的質量和密封性能要求較高，當有關閥門密封效果差或閥門關閉不嚴出現內漏，或者凝汽器冷卻水系統無法停運，則必須先采用冷卻水管線加設盲板等措施進行隔離，再對泄漏的換熱管進行封堵。

4.2 微量泄漏的消除

當凝汽器出現微量泄漏時，通常的應對措施是維持系統運行至系統停車時再徹底消漏；或根據凝汽器雙流道、兩流程式的結構，在系統不停車的情況下，對冷卻水室進行切換，讓其單側運行并分析冷凝水水質，通過對比分析查找泄漏側，然后打開兩側封頭查找漏點和泄漏管束。

凝汽器汽側為負壓，無法通過上述常規方法發現泄漏部位，其查漏通常有：①火焰法和肥皂水沫法——此法只能發現較大的漏點且費事費力；②鹵素檢漏法——此法耗時較長并有可能產生毒素；③超聲波檢測法——此法對檢修人員專業水平要求較高。查出漏點后，其處理與上述“大量泄漏的消除”所述方法相同。

4.3 鋸末流在線消漏

經多次嘗試，龍宇煤化工發現空分裝置汽輪機組凝汽器的冷卻水管線閥門內漏較大，因無法進行有效隔離，系統暫不能進行停車處理，即無法采用上述各種方法進行消漏。經過與業內人士交流與探討，有一種鋸末流堵漏法或可采用，且此法在地質探測、采礦等領域早已成功應用，堵漏效果良好；另據了解，木糠也可用于凝汽器的堵漏，且有明顯效果，但其具體實施方式未得到查證。最終，龍宇煤化工決定仿照地質探測和采礦工作的消漏經驗，利用現有的有利條件和設備設施、工藝介質等，制作1臺凝汽器專用的鋸末添加器并嘗試實施鋸末流在線消漏。

4.3.1 鋸末流在線消漏原理

鋸末具有松軟、吸潮、保溫等特性，吸水后變得蓬松，同時具有顆粒小和密度小的特點，將鋸末作為消漏介質，鋸末在水的流動性及壓力作用下，隨著冷卻水流入凝汽器內，在管程和殼程兩側的壓差作用下，水里的鋸末會不斷地流至真空側（汽側），封堵泄漏處，使冷卻水無法泄漏至真空側，從而達到消漏的目的。當然，此法只能臨時控制泄漏量，不可長期使用，有停車機會時還是要采用常規查漏消漏方法進行處理。

4.3.2 制作鋸末添加器

如何將鋸末有效、快速地添加至冷卻水內，是采用鋸末流在線消漏最關鍵的一步。據龍宇煤化工的實際情況，自行制作了鋸末消漏的專用工具——鋸末添加器，該鋸末添加器主要由1個主體盛料筒、1個進料口、1個壓力表以及進氣口、出料口等組成。

4.3.3 鋸末添加器工作原理及其應用情況

鋸末經鋸末添加器進料口加入主體盛料筒中（每次10kg左右為宜），通過與凝汽器連接的出料口將冷卻水倒流入鋸末添加器筒體內進行注水（對鋸末起到攪拌的作用）；注滿水后緩慢打開進氣閥通入空氣加壓，當超過預定水壓后緩慢全開出料閥，利用高于冷卻水壓力的氣壓將鋸末隨水流由冷卻水進水管加入，再流入凝汽器內，利用凝汽器管程和殼程之間的壓差將鋸末牢牢封堵在泄漏處。上述操作的同時，觀察凝汽器加料側水室排氣口，當有氣排出時，關閉鋸末添加器的進氣閥和出料閥，打開底部泄壓閥，在泄壓的同時檢查鋸末是否全部進入了凝汽器內。重復進行2～3次上述操作，觀察4h后，檢查凝結水（冷凝液）水質是否合格。若冷凝液分析合格，凝汽器轉入運行狀態。若條件允許，可將此側凝汽器降負荷運行幾日，待鋸末附著牢固后，凝汽器再全面投用；同時，增大冷凝液分析頻次，判定是否再次出現泄漏。若冷凝液電導率和SiO2含量不合格，可重復加注鋸末3次左右，其后若冷凝液分析結果仍不合格，則表明凝汽器泄漏量過大，必須采取其他方式進行消漏。

本次凝汽器鋸末流在線消漏，共加了2次鋸末。第一次合計添加30kg鋸末后，堵漏效果明顯，冷凝液電導率和SiO2含量大幅降低，電導率為19μS／cm、SiO2含量為18mg／L，符合冷凝液回收標準，其后觀察 （監護）運行；至2020年3月23日，冷凝液SiO2含量出現2次較大波動，SiO2含量上漲至140mg／L，而電導率正常，仍為15μS／cm左右。2020年3月23日再次添加30kg鋸末進行在線消漏，其后分析冷凝液SiO2含量約9mg／L、電導率為16μS／cm，在正常指標范圍內；經過之后7d的運行觀察，冷凝液電導率和SiO2含量分析數據穩定，凝汽器轉入正常運行狀態，標志著鋸末流在線消漏成功，避免了系統的停車搶修。

2020年6月17日，龍宇煤化工主生產系統停車檢修，空分汽輪機組停車，拆凝汽器兩側循環水封頭蓋，采用停機查漏法進行查漏：因循環水管線上閥門內漏量較大，在循環水管線內放置潛水泵進行抽水隔離；凝汽器兩側封頭拆開后，發現循環水上水處換熱管口的鋸末較多，部分鋸末封堵了換熱管口，部分換熱銅管內部鋸末較多，于是，清洗換熱管后按停機查漏法注水查漏，發現共有7根換熱管出現泄漏，使用紫銅堵頭對其進行封堵，系統重啟后凝汽器運行正常。

5 結束語

（1）凝汽器的腐蝕，主要是銅合金管的點蝕和管板的局部腐蝕，大多數泄漏均是較小的漏點，大漏點很少見，不必因此進行停車消漏，而鹵素檢漏法、超聲波檢測法要求較高，對于大部分化工企業來說均不具備條件，可操作性差，相比之下，在線消漏方式更為經濟、適用。

（2）鋸末具有松軟、吸潮、保溫及顆粒小、密度小等特性，吸水后變得蓬松，且在水中可長時間浸泡，最適合作為此類無毒無害無腐蝕性介質（如凝結水）換熱器列管的堵漏介質。

（3）壓差可被利用于換熱器在線堵漏，即利用換熱器管程與殼程兩側壓力等級不同而形成的較大壓差，促使高壓介質流向低壓介質內，這樣高壓側空氣輕而易舉地即可將鋸末打入壓力較低的冷卻水中，冷卻水利用壓差流向真空側的冷凝液中，無論是向冷卻水中添加鋸末，還是鋸末進行消漏，均可輕松實現，且通常管程與殼程兩側壓差越大，操作越簡單，堵漏效果越明顯。

（4）鋸末流在線堵漏法適用于汽輪機組凝汽器等類似結構、工作環境、介質和壓力等列管式換熱器（即適用于相同結構、相似工作原理的列管式換熱器），但并不適用于所有的列管式換熱器，應慎用此法，差異較大時需另辟蹊徑，以免損壞設備及危及系統的安全、穩定運行。