熱網(wǎng)加熱器換熱效率低的原因分析及處理

雷 強(qiáng)

(大唐長春第三熱電廠,長春 130103)

熱網(wǎng)加熱器是熱網(wǎng)中的重要組成部分,其運行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性直接影響熱網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。某熱電廠現(xiàn)有裝機(jī)容量 6×220 MW,均為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,配置 16臺管殼式換熱器,熱源均來自汽輪機(jī)六段抽汽,抽汽采用雙管合并母管制,分別向各臺加熱器的進(jìn)汽口供汽加熱熱網(wǎng)水,通過熱網(wǎng)水泵向熱用戶循環(huán)供給熱水。該熱電廠承擔(dān)全市近30%供熱任務(wù) ,年供熱量 約 1 200× 104J。

由于該熱電廠一期4臺加熱器運行至今已20余年,設(shè)備老化現(xiàn)象明顯,管束泄漏頻繁,堵管率逐年升高,換熱效率明顯降低,加重出口母管溫度調(diào)節(jié)難度,影響供熱總量的穩(wěn)定輸出。哈爾濱鍋爐廠熱網(wǎng)加熱器《產(chǎn)品設(shè)計使用說明書》中規(guī)定,堵管數(shù)量不得大于總管數(shù)量的5%～6%,文獻(xiàn)[1]中規(guī)定管程與殼程的阻力損失不應(yīng)超過設(shè)計值的 10%。該熱電廠平均每 5年就因管束漏泄導(dǎo)致堵管率達(dá)到 10%以上,而被迫返廠支付每臺高達(dá) 100余萬元的換管費用,使檢修管理費用居高不下。

1 原因分析

加熱器換熱效率低于設(shè)計值的主要原因是堵管率過高,導(dǎo)致有效換熱面積降低。造成堵管率高的主要原因是管束泄漏、檢修封堵和熱網(wǎng)回水中的雜質(zhì)在管束內(nèi)淤積、堵塞。管束泄漏原因較多,如進(jìn)汽擋板脫落或遮擋面積不足,使進(jìn)汽管兩肩處管束因局部過熱產(chǎn)生裂紋;管端脹口處焊口因水質(zhì)腐蝕及沖刷產(chǎn)生滲漏;進(jìn)水管道內(nèi)未排凈的空氣進(jìn)入加熱器內(nèi),引起管束振動與隔板磨擦損傷及局部過熱造成管束泄漏;管束因水質(zhì)原因結(jié)垢、腐蝕產(chǎn)生漏點等等[2]。惡劣的運行條件是管束泄漏的主要誘因,管束堵管率高會降低換熱面,管束前、后壓差增大。

該熱電廠 2006年投入運行的 4臺加熱器,當(dāng)年即頻繁發(fā)生管束泄漏,平均每臺堵管 50余根,統(tǒng)計發(fā)現(xiàn) 90%出現(xiàn)在進(jìn)汽管兩側(cè)肩部,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查分析發(fā)現(xiàn)加熱器進(jìn)汽處汽室空間較小,高溫蒸汽直接沖刷肩部的管束,造成其受損泄漏。利用停運檢修期,將進(jìn)汽管擴(kuò)容改造后,泄漏現(xiàn)象明顯減少。 1至4號熱網(wǎng)加熱器運行時間較長,管束內(nèi)存在較明顯的內(nèi)壁結(jié)垢,結(jié)垢量約為 3.9 kg/m2,嚴(yán)重影響管束換熱效率。在采用化學(xué)酸洗方式除垢后,雖達(dá)到了除垢目的,但酸洗后藥劑清洗不徹底,脹口焊縫產(chǎn)生腐蝕,造成大量管束脹口處發(fā)生滲漏,對其封堵使得換熱效率明顯降低。在2010至2011年度供暖初期,發(fā)現(xiàn)加熱器水側(cè)出入口壓差增大,出口水溫升高,流量降低。檢查發(fā)現(xiàn)是因為市區(qū)對集中供熱管網(wǎng)進(jìn)行增容改造時,由于管理不善,大量雜質(zhì)進(jìn)入熱網(wǎng)管路并在壓力水的推動下進(jìn)入加熱器,造成管束內(nèi)堵塞。供暖期內(nèi)1～4號熱網(wǎng)加熱器被迫停運 17臺次,每次清理碎砂石等雜質(zhì)約200 kg。由于雜質(zhì)中的砂石卡澀,因此利用高壓清洗機(jī)清洗疏通的效果并不明顯,嚴(yán)重降低了加熱器的換熱效率及利用時間。

2 處理方法

2.1 加強(qiáng)系統(tǒng)停運后加熱器管束防腐工作

系統(tǒng)停運后,在管束的垂弧中會存積有一定量的酸性熱網(wǎng)水,對管束產(chǎn)生腐蝕,容易發(fā)生滲漏現(xiàn)象,降低其使用壽命。這時可打開兩端人孔,在一側(cè)利用軸流風(fēng)機(jī)將管束內(nèi)存的水風(fēng)干,降低化學(xué)腐蝕效應(yīng),再利用生石灰保持干燥,起到長期防腐效果,延長管束使用壽命。

2.2 局部更換管束

對堵管率超過 10%以上的加熱器,通常采用返廠進(jìn)行整體更換管束的方法,每臺費用約 100萬元。如維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng),5～6年內(nèi)隨堵管率的攀升,必將再次發(fā)生巨額費用,即使自行組織人員施工,材料費也需60余萬元。采取局部更換的方法,即可用整體更換一臺的費用使多臺加熱器達(dá)得到 100%換熱面積,提高缺陷處理比率,可大量節(jié)省檢修費用。

2.3 徹底除垢疏通管束

堵管不僅是因泄漏造成的檢修封堵,還有大量因管束結(jié)垢或內(nèi)部存留雜質(zhì)對介質(zhì)水的阻塞,而這些不易發(fā)現(xiàn)的缺陷,需要在設(shè)備運行期間對運行狀態(tài)及消缺處理過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析,才能制定正確有效的處理措施。由于2010～2011年度供暖期發(fā)現(xiàn)的管束被路基填充石料堵塞現(xiàn)象,在線無法徹底疏通,停運后對加熱器進(jìn)行解體檢修時,用長鋼筋對全部管束進(jìn)行疏通,個別由于石子棱角相互卡澀無法疏通時,將鋼筋一端焊上電錘頭,另一端用低速電錘帶動,將石子擊碎。在疏通的同時,可將另一側(cè)混合室內(nèi)注滿水,通過水流將管束內(nèi)堵塞物帶出,徹底疏通后再利用高壓清洗機(jī)及爬管將管束內(nèi)壁結(jié)垢逐根清掃,確保疏通及清掃管束的效果,確保管束換熱效率。

2.4 改善運行條件

一般在熱網(wǎng)回水母管上安裝旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。在輕微堵塞時宜采用反沖洗排污,在堵塞嚴(yán)重時,需要切換至旁路運行方式,再對濾網(wǎng)進(jìn)行清掃。在回水母管上操作對相關(guān)閥門檢修質(zhì)量要求較高,如因操作不當(dāng)或閥門臨時性故障極有可能造成系統(tǒng)停運事件。為避免此類事件的發(fā)生,保證管束疏通后能夠長久保持較高換熱效率,在加熱器入口門后的垂直管段加裝濾網(wǎng),濾網(wǎng)下部加裝收集井及排污管,使回水中的雜物及金屬氧化皮,經(jīng)網(wǎng)孔小于加熱器管束內(nèi)徑的白鋼濾網(wǎng)過濾后聚集在收集井內(nèi),可隨時開啟排污門清除。經(jīng)濾網(wǎng)過濾后較小雜物可輕松在加熱器管束內(nèi)通過,降低加熱器本體管束堵塞概率。如運行過程中濾網(wǎng)前后壓差過大,開啟排污無效,可通過反沖洗的方式將堵塞濾網(wǎng)網(wǎng)孔的雜物通過排污管排出,不需要停止加熱器汽側(cè)運行,操作過程對系統(tǒng)運行參數(shù)影響不大。

3 效果對比

4臺 JR-1500型管殼式換熱器 2010年發(fā)生泄漏17次,堵管 39根;2011年發(fā)生漏泄 9次,堵管 43根;2012年經(jīng)治理后,4臺加熱器共發(fā)生泄漏 2次,堵管7根,因處理泄漏缺陷而造成設(shè)備停運次數(shù)明顯降低,提高了設(shè)備利用時間。

以前水側(cè)平均壓力入口為 0.90～1.10 MPa,出口為 0.60～0.70 MPa。安裝濾網(wǎng)裝置后,入口為0.75～0.80 M Pa,出口為 0.65～0.70 M Pa,因加熱器管束堵塞造成水側(cè)出入口壓差大的現(xiàn)象得到明顯改善。對一臺水側(cè)出入口壓差達(dá)0.12 M Pa的加熱器進(jìn)行反沖洗試驗,沖洗前濾網(wǎng)入口壓力為0.83 MPa,出口壓力為0.80 MPa,加熱器本體入口壓力為0.80 M Pa,出口壓力為 0.68 M Pa;實施反沖洗5 min后,濾網(wǎng)入口壓力為0.80 MPa,出口壓力為0.80 MPa,加熱器本體入口壓力為0.78 M Pa,出口壓力為0.72 M Pa,加熱器出入口壓差明顯降低。

未處理前,單臺汽輪機(jī) 2臺加熱器疏水量220～230 t/h,經(jīng)徹底疏通并安裝濾網(wǎng)后,疏水流量約 300 t/h,明顯提高了加熱器的換熱效率,并降低疏水泵汽化的概率。在供暖期對發(fā)生泄漏的加熱器進(jìn)行處理時,檢查發(fā)現(xiàn)管束內(nèi)僅存有少量細(xì)碎金屬氧化物及雜質(zhì),出入口水室雜物明顯減少。

4 結(jié)束語

對管束內(nèi)壁結(jié)垢及堵塞現(xiàn)象進(jìn)行徹底疏通整治,使加熱器投運后的水室出入口壓差降低,管束局部過熱爆裂、脹口處焊縫泄漏造成堵管等缺陷明顯減少,同時提高了換熱效率。運行過程中根據(jù)水側(cè)出入口壓差變化及時投入濾網(wǎng)反沖洗裝置,也能夠有效防止熱網(wǎng)回水中的雜質(zhì)堵塞、損傷管束。要保持加熱器的換熱效率在廠家設(shè)計值上限長期穩(wěn)定運行,需提高調(diào)節(jié)加熱器運行技術(shù)的水平,杜絕加熱器超溫、超壓、溫升過快。加強(qiáng)檢修期對系統(tǒng)回水中的金屬氧化物等雜質(zhì)清掃,堅持每年對加熱器管束進(jìn)行一次徹底疏通清掃,保證停運期間管束的防腐質(zhì)量。只有改善加熱器的運行條件,優(yōu)化系統(tǒng)運行,才能有效地提高加熱器的換熱效率和使用壽命。

[1]楊旭中,郭曉克,康慧.熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃設(shè)計手冊 [M].北京:中國電力出版社,2009.

[2]劉國軍,王鴻昌 ,孔令軍.大型熱網(wǎng)加熱器設(shè)計運行經(jīng)驗 [J].電站系統(tǒng)工程,1999,15(6):24-26.