一種新型膠球清洗裝置系統(tǒng)設(shè)計*

何乃昌，王志慧，楊小青

(1.連云港正航電力節(jié)能技術(shù)有限公司，江蘇連云港 222001;2.連云港工貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇連云港 222006)

0 引 言［1－2］

膠球清洗裝置是汽輪機(jī)組在運(yùn)行當(dāng)中對凝汽器冷卻管進(jìn)行有效清洗的最佳設(shè)備。該裝置使用性能的好壞直接影響汽輪機(jī)凝汽器的清洗程度和傳熱效果。它是提高電廠、石油、石化、化工、鋼鐵企業(yè)凝汽器及熱交換器安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不可缺少的裝置。

膠球清洗技術(shù)于20世紀(jì)50年代初由前西德人發(fā)明。膠球清洗技術(shù)的試驗(yàn)、研究在我國起步較晚。1983年完成了膠球清洗裝置和循環(huán)水二次濾網(wǎng)裝置第二代產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化工作。第二代收球網(wǎng)外形尺寸雖比第一代產(chǎn)品小，但仍有些偏大，有時安裝困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料消耗多、操作和維護(hù)不便、故障率較高;旋轉(zhuǎn)水流型二次濾網(wǎng)，過濾效果和清除硬質(zhì)雜物效果好，但清除纖維狀雜物效果不夠理想。所以進(jìn)一步研發(fā)出新的膠球清洗裝置具有重要的意義。

1 新型自動膠球清洗裝置系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

智能型膠球清洗裝置(以下簡稱本裝置)主要研究的是一種可實(shí)現(xiàn)PLC差壓系統(tǒng)自動運(yùn)行，而且同時適用于汽輪機(jī)凝汽器和石油、石化、化工、鋼鐵單位固定管板式熱交換器冷卻管清洗的清洗裝置。該裝置在連續(xù)工作不降低負(fù)荷的情況下，可隨時投入使用，能始終保持冷卻管的清潔狀態(tài)，延長冷卻管的使用壽命，減輕勞動強(qiáng)度，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 自動膠球清洗裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計

新型智能型膠球清洗裝置包括二次濾網(wǎng)、收球網(wǎng)、裝球室、膠球泵、程序控制系統(tǒng)、閥門管路及清洗膠球等部件，如圖1為裝置的機(jī)構(gòu)示意圖。二次濾網(wǎng)下部與進(jìn)水管路連接、上部與清洗入水管路連接，清洗入水管路的上端與凝汽器入口端連接，凝汽器的出口端與清洗出水管路連接，清洗出水管路與收球網(wǎng)的進(jìn)口端連接，收球網(wǎng)的出口端與排水管路連接，裝球室分別通過輸球管路與清洗入水管路、收球網(wǎng)連接，膠球泵設(shè)在連接裝球室和收球網(wǎng)的輸球管路上。

圖1 裝置的一種結(jié)構(gòu)示意框圖

如圖2，在2塊半錐狀網(wǎng)板上分別設(shè)有橫向和縱向的加強(qiáng)筋，這樣可有效提高半錐狀網(wǎng)板的強(qiáng)度。錐臺狀收球網(wǎng)體的錐度為32°～35°，該錐度范圍內(nèi)的錐臺狀收球網(wǎng)體的收球效果最好。收球管通過支撐板固定在收球網(wǎng)的殼體上，方便將收球管固定。裝球室通過輸球管路與一個膠球分配器連接，膠球分配器分別通過若干條輸球管路與若干條清洗入水管路連接，為多個凝汽器提供清洗用膠球。這樣一個裝球室就可以向兩套清選裝置提供膠球。分配器可以是一個三通(管)閥，通過其中導(dǎo)向板的切換可使膠球進(jìn)入需要清洗的一側(cè)凝汽器中。也可作為收球網(wǎng)膠球引出管的匯合和接球管的分流三通管使用。

圖2 收球網(wǎng)的兩種剖視結(jié)構(gòu)示意圖

新型膠球清洗裝置在使用時，選用合適的海綿膠球，膠球的濕態(tài)直徑比凝汽器的冷卻管內(nèi)徑大1～2 mm，且濕態(tài)比重和水接近。將膠球投入裝球室內(nèi)，數(shù)量為凝汽器進(jìn)水室銅管數(shù)的8%～12%，然后啟動膠球泵，打開閥門，膠球就在此循環(huán)水進(jìn)口壓力略高一些的水流帶動下，進(jìn)入凝汽器水室。因膠球是一個多微孔柔軟的彈性體，在循環(huán)水進(jìn)口壓力差的作用下，被擠壓通過冷卻管，對冷卻管內(nèi)徑進(jìn)行一次抹擦，使管內(nèi)壁污垢隨水流帶出，膠球隨循環(huán)水經(jīng)出水管進(jìn)入收球網(wǎng)，在錐臺狀收球網(wǎng)體的阻攔下，把膠球分離出來，由膠球泵抽出重新回到裝球室，如此循環(huán)往復(fù)對凝汽器冷卻管實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動清洗。

本裝置收球網(wǎng)使用時能把膠球從冷卻水中分離出來，且保證不漏球、不卡球。從凝汽器流出夾帶膠球的水經(jīng)過收球網(wǎng)時，球被回收并由引出管從收球網(wǎng)中引出。收球網(wǎng)的錐臺狀收球網(wǎng)體可轉(zhuǎn)動，在膠球循環(huán)運(yùn)動時錐臺狀收球網(wǎng)體置于“收球”位置，在不投運(yùn)膠球清洗時錐臺狀收球網(wǎng)體置于“反沖洗”位置，此時電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，正反設(shè)置的螺紋將2塊半錐狀網(wǎng)板向兩邊推，使支撐環(huán)和承接環(huán)之間產(chǎn)生間隙，網(wǎng)板上的雜物被水沖走，同時減少了網(wǎng)板的水阻。

1.2 本裝置系統(tǒng)在安裝過程中必須注意的問題

(1)凝汽器水室的四角以鋼板襯成圓角，以消除直角渦流區(qū)。在該系統(tǒng)投入運(yùn)行前要求管束無堵塞，無結(jié)垢。

(2)海綿膠球的海綿孔大小應(yīng)均勻，彼此連通，無光滑表皮。浸泡在80℃水中不老化，無疏松、且耐磨性好。

(3)膠球自動清洗系統(tǒng)管道的鋪設(shè)，應(yīng)盡量減少彎頭的數(shù)量和鉛垂方向的改變，以減小管道水阻。

(4)凝汽器冷卻管內(nèi)的水流速度應(yīng)保證在2.5～1.7 m/s之間。

(5)凝汽器水室中除循環(huán)水管進(jìn)、出口外，其他通往外部的管口均加裝孔徑為7 mm×7 mm的網(wǎng)罩。水室隔板與端蓋結(jié)合嚴(yán)密無串縫，水室內(nèi)不存在積球的窄縫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該智能型膠球清洗裝置膠球清洗裝置是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、操作方便的機(jī)構(gòu)，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，其膠球回收率高，可達(dá)98%以上，同時還具有性能穩(wěn)定，抗變形能力強(qiáng)，水阻小等優(yōu)點(diǎn)。

2 新型膠球自動清洗系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果分析

沉積物下腐蝕是凝汽器銅管腐蝕的主要形態(tài)。循環(huán)冷卻水中泥砂的沉積、微生物粘泥的附著、水垢的生成都能在銅管內(nèi)壁形成沉積物。沉積物造成銅管表面不同部位上的供氧差異和介質(zhì)濃度差異會導(dǎo)致局部腐蝕。銅被氧化生成的Cu2+及Cu+離子傾向于水解生成Cu2O，并使溶液局部酸化，加劇了腐蝕的發(fā)展［3］。循環(huán)冷卻水質(zhì)、殺菌處理、阻垢處理、循環(huán)水流速、清洗情況以及凝汽器的停用等都是影響沉積物形成的因素，其中銅管清洗情況(膠球清洗、高壓水沖洗等)的影響最為顯著。如機(jī)組凝汽器不安裝膠球自動清洗系統(tǒng)，銅管內(nèi)壁形成沉積物，導(dǎo)致銅管沉積物下腐蝕嚴(yán)重。渦流探傷情況顯示，銅管判廢比例明顯高于安裝膠球自動清洗系統(tǒng)的機(jī)組凝汽器。

以1臺50 MW機(jī)組為例，在安裝膠球自動清洗系統(tǒng)前后做一個經(jīng)濟(jì)性比較，在沒有安裝膠球自動清洗系統(tǒng)之前，凝汽器內(nèi)銅管的結(jié)垢物主要成分是Ca-CO3，每年需清洗1次，清洗方式主要為酸洗，清洗1次的費(fèi)用為4萬，清洗方式為停半邊機(jī)清洗，停機(jī)時間為12 h，平均負(fù)荷率為75%、每度電0.4元，則每清洗一次直接和間接的費(fèi)用約為:

1×50 000×12×75%×0.4+40 000=220 000(元)且酸洗對凝汽器內(nèi)銅管腐蝕性較大，對銅管損壞較厲害。

如果安裝膠球自動清洗系統(tǒng)，在連續(xù)工作不降低負(fù)荷的情況下，可隨時投入使用，始終保持冷卻管的清潔狀態(tài)，可以提高出力1%～3%，以1臺50 MW機(jī)組為例，按照每年運(yùn)行7 000 h、平均負(fù)荷率75%、每度電0.4元計算，按1%提高出力，每年可增收益為: 1×50 000×7 000×75%×0.4×1%=1 050 000(元)

3 結(jié)語

該智能型膠球清洗裝置CKG程控箱是使膠球清洗裝置中的收球網(wǎng)、二次濾網(wǎng)、膠球泵、裝球室采用HMI觸摸屏控制，HMI人機(jī)界面式觸摸屏及PLC實(shí)現(xiàn)位置控制，使檢測可確保達(dá)到98%的收球率。整個過程實(shí)現(xiàn)自動化，可實(shí)現(xiàn)單電纜遠(yuǎn)距離控制(操作及監(jiān)控)。在技術(shù)方面該智能型膠球清洗裝置在對第一代、第二代產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上增加了智能化操作系統(tǒng)，且對清除纖維雜物有良好的效果，是目前國內(nèi)最先進(jìn)的膠球清洗裝置。

［1］ 文懷興，史鵬濤.活動收球網(wǎng)新型傳動方案設(shè)計［J］.熱力發(fā)電，2005(8):45－49.

［2］ 史鵬濤.凝汽器膠球清洗系統(tǒng)的設(shè)計與研究［D］.西安:陜西科技大學(xué)，2006.

［3］ 李苑霞，梁群華.不銹鋼管技術(shù)在在電廠凝汽器中的應(yīng)用探討［J］.廣東電力，2006，19(4):32－35.