水電機組技術(shù)供水冷卻器清洗新技術(shù)應(yīng)用實踐

文興全，陸衛(wèi)丹，王義國

（1.廣東粵電長湖發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 英德 513021；2.廣東省粵電集團有限公司，廣東 廣州 510630）

1 引言

水電機組技術(shù)供水水源普遍采自上、下游，經(jīng)過濾水器改善水質(zhì)后即供至各部位的冷卻器使用，冷卻器運行一定的時間后均會在換熱管內(nèi)壁沉積淤泥、泥沙、微生物等，從而影響換熱效果，目前對換熱管效率降低的冷卻器清洗方法使用較多的有化學(xué)藥劑清洗、物理清洗兩種方法，這兩種方法的共同缺點是需要停機檢修，尤其是汛期停機會造成大量的棄水，而產(chǎn)生經(jīng)濟損失[1～3]。本文以長湖水電廠2號機組技術(shù)供水系統(tǒng)為實例，將一種新型膠球清洗系統(tǒng)加入到技術(shù)供水系統(tǒng)中，以達到不停機實時清洗冷卻器銅管，確保冷卻器換熱管效率的目的。

2 技術(shù)供水系統(tǒng)運行簡況

2.1 系統(tǒng)簡介

長湖水電廠于1969動工興建，安裝有兩臺軸流轉(zhuǎn)槳式機組，于1974年全部投產(chǎn)發(fā)電，經(jīng)增容后現(xiàn)裝機容量為82 MW(1×42 MW+1×40 MW)，水庫庫容小，屬于徑流式水電站，水庫無調(diào)節(jié)能力。

機組的技術(shù)供水采用的是自流供水方式，水源取自本機蝸殼，取水后經(jīng)過濾精度為4mm的濾水器過濾后，再經(jīng)總冷卻水液壓閥分別供至各冷卻器。長湖水電廠技術(shù)供水的主要作用是通過油冷卻器對推力、上導(dǎo)、水導(dǎo)軸承及發(fā)電機空氣冷卻器進行冷卻散熱。

2.2 存在的問題

由于長湖水庫水質(zhì)較建廠初期劣化明顯，特別是水庫大量網(wǎng)箱養(yǎng)殖、上游新建化工廠等造成水質(zhì)污染，且實際運行的水溫也較設(shè)計水溫有所提高（設(shè)計水溫不大于28℃，實際運行達31℃），技術(shù)供水水源雖經(jīng)濾水器過濾，水質(zhì)及水溫仍然達不到最初的設(shè)計要求。使得技術(shù)供水冷卻器內(nèi)部換熱銅管被大面積堵塞，造成換熱效率顯著降低，冷卻器散熱效果明顯變差，加之廣東夏季高溫進而引起軸瓦溫度異常升高，存在造成軸瓦損壞甚至抱軸的重大安全隱患。長湖水電廠自2012～2014年間，兩臺機組的推力瓦、水導(dǎo)瓦、上導(dǎo)瓦連續(xù)發(fā)生了多次汛期因銅管堵塞使瓦溫異常偏高導(dǎo)致被迫申請停機緊急搶修的被動局面。

3 新型膠球清洗技術(shù)簡介

清華大學(xué)航天航空學(xué)院針對現(xiàn)有冷卻器在線清洗技術(shù)普遍存在的問題，研發(fā)了新型膠球清洗系列專利技術(shù)，該新型系列專利技術(shù)對于火電廠凝汽器清洗，已在國內(nèi)張家口電廠等多家火電廠得到了成功應(yīng)用[4]，效果明顯。其技術(shù)具有如下特點：

（1）新型膠球清洗系統(tǒng)中的均布投球裝置通過多點、均布投球，改善了膠球在循環(huán)水管中的分布狀況，防止膠球在換熱管入口的局部聚集；

（2）新型膠球清洗系統(tǒng)的收球網(wǎng)采用固定網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能有效保證收球率；

（3）新型自旋轉(zhuǎn)膠球采用硅膠材料澆鑄成型，密度、外形尺寸得到可靠保證；

（4）新型裝球室采用免開倉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)新穎，操作簡便。

4 冷卻器清洗方案設(shè)想及確定

4.1 凝汽器清洗技術(shù)引進

清華大學(xué)的技術(shù)雖在火電廠有成功應(yīng)用實例，但根據(jù)長湖水電廠技術(shù)供水的實際情況，需要在火電廠凝汽器膠球清洗技術(shù)基礎(chǔ)上進行改進，實現(xiàn)水電機組技術(shù)供水冷卻器不停機在線實時清洗。由于長湖水電廠機組技術(shù)供水系統(tǒng)管路分支多，總供水管分別要向水導(dǎo)、推力、上導(dǎo)軸承的油冷卻器及發(fā)電機空氣冷卻器供水，各換熱設(shè)備的銅管管徑?。é?9×1.5），且型式不盡相同，有箱式結(jié)構(gòu)的，也有單管盤形結(jié)構(gòu)。根據(jù)長湖水電廠機組的實際情況需對新型膠球系統(tǒng)作如下改進：

（1）在技術(shù)供水總管處增加多效過濾裝置，對水源進行預(yù)處理，使水質(zhì)得以凈化。

（2）須將收球網(wǎng)進行改進。由于水電機組膠球路徑長，收球網(wǎng)處存在一定的壓力，應(yīng)增加一個驅(qū)動力阻止膠球附著在收球網(wǎng)面，增加收球率。

4.2 確定冷卻器清洗方案

在技術(shù)供水總冷卻水濾水器后的主管處增加一個投球旁路，在冷卻器排水總管處增加旋轉(zhuǎn)刮刷式收球網(wǎng)，由投球管路、收球管路、球罐組件、電動閥門及相應(yīng)的電氣元件組成一個投、收球系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在機組正常運行的同時，由PLC來控制使膠球自動投入到供水管，膠球隨水流通過冷卻器換熱管，在換熱管內(nèi)不斷的旋轉(zhuǎn)與管壁碰撞摩擦以清洗管壁，最后流出換熱管排至收球網(wǎng)處，再由PLC控制使膠球自動收回到球罐內(nèi)以備下次繼續(xù)投球，系統(tǒng)原理如圖1。該系統(tǒng)突出優(yōu)點是清洗冷卻器換熱管內(nèi)壁不需停機，實現(xiàn)了冷卻器的在線實時清洗，只需在控制系統(tǒng)人機界面設(shè)置適當(dāng)?shù)耐肚驎r間、清洗時間、循環(huán)次數(shù)、收球時間、間隔時間等參數(shù)后，系統(tǒng)即可按設(shè)定的清洗頻率及時間對冷卻器進行清洗。

圖1 長湖水電廠2號機膠球清洗系統(tǒng)原理圖

5 清洗方案實施情況

2015年3月8 日～4月19日，完成了現(xiàn)場設(shè)備多效過濾器、球罐及附件、收球網(wǎng)桶及附件、投球裝置及控制柜的安裝調(diào)試工作，設(shè)備于5月18日正式投入試運行。

6 實施效果分析

6.1 現(xiàn)場測試情況

系統(tǒng)自2015年投入試運行，經(jīng)歷兩個主汛期后，技術(shù)人員于2017年汛前對系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行檢查，期間對新型膠球清洗裝置的測試情況詳見表1。雖然收球率沒有達到96%的理想值，但系統(tǒng)投運以來沒有發(fā)生過換熱器銅管被膠球堵塞的情況。

表1 實時在線新型膠球清洗裝置收球率測試記錄表（2017年4月1日）

6.2 經(jīng)濟效益分析

新型膠球清洗系統(tǒng)從2015年5月～2016年10月，經(jīng)過兩個主汛期的應(yīng)用，冷卻器內(nèi)部換熱銅管運行情況較在線清洗系統(tǒng)投運前有明顯改善，機組各軸承的瓦溫未再出現(xiàn)異常升高情況，沒有出現(xiàn)因冷卻器銅管堵塞而造成的機組非計劃停運情況。綜合比較以往情況，每年減少非計劃停機時間約為120 h，具有明顯的經(jīng)濟效益。年度無非停增發(fā)效益約：40 000 kW×120 h×0.32元/kW·h=153.6萬元。

6.3 社會效益分析

長湖水電廠2號機組投入在線膠球清洗系統(tǒng)后，機組各部瓦溫穩(wěn)定，對比新技術(shù)應(yīng)用前后主汛期機組瓦溫變化情況（圖2）及機組檢修時拆出冷卻器檢查堵塞情況可以發(fā)現(xiàn)，新型膠球清洗技術(shù)在長湖水電廠的應(yīng)用，切實對冷卻器銅管起到了清洗作用，避免了銅管堵塞。

新技術(shù)應(yīng)用后，從目前的運行情況來看，以下幾方面的安全風(fēng)險已消除：①汛期出現(xiàn)機組軸承瓦溫異常升高缺陷；②濾水器濾網(wǎng)堵塞造成技術(shù)供水壓力偏低；③汛期人員消缺的作業(yè)安全風(fēng)險。

7 結(jié)語

7.1 創(chuàng)新之處

在線清洗新技術(shù)的應(yīng)用，能均布投球分流至各冷卻器，經(jīng)排水管處回收至收球網(wǎng)，回收的膠球繼續(xù)投入到供水總管內(nèi)，膠球在冷卻器銅管內(nèi)隨水流動，起到了清洗銅管內(nèi)壁的作用，減少了因水流緩慢而造成的泥沙淤積在銅管內(nèi)壁的機會。投球、收球全部自動完成，實現(xiàn)了全自動投球、收球、排污功能，大大減輕了人工勞動，實現(xiàn)了不停機在線實時清洗冷卻器的功能。多效過濾裝置與在線膠球清洗系統(tǒng)配合使用，避免因銅管淤積堵塞而造成冷卻器效率降低甚至失效的缺陷發(fā)生，從而使機組在汛期能安全、穩(wěn)定運行，降低非停風(fēng)險。

7.2 推廣應(yīng)用價值

該技術(shù)的應(yīng)用，是首次將多效過濾與不停機在線實時清洗新技術(shù)應(yīng)用到水電廠機組技術(shù)供水系統(tǒng)中，通過實時在線清洗，保證機組各部冷卻器換熱管路內(nèi)壁清潔，確保了冷卻效果。不停機在線實時清洗新技術(shù)在水電機組技術(shù)供水冷卻器換熱管路清洗領(lǐng)域達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，有較好的推廣應(yīng)用價值。

[1]周雄.水電站技術(shù)供水方案綜述 [J].四川水力發(fā)電,2006,25(4):64-66.

[2]吳同鋒，蔡曉君，劉湘晨，等.常用換熱器清洗技術(shù)及選用[J].化工機械，2016，43（3）:268-271.

[3]楊曉良.換熱器清洗技術(shù)[J].清洗世界，2010,26（8）:14-20.

[4]任麗君，劉博，孟繼安，等.張家口電廠6號機膠球清洗系統(tǒng)改造與運行效果[J].汽輪機技術(shù)，2014,56（6）：451-460.