鋸末流在線消漏在凝汽器泄漏處理中的應(yīng)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(jī)組為汽輪機(jī)一拖二的方式同時(shí)帶動(dòng)空壓機(jī)和多軸增壓機(jī)，汽輪機(jī)為單缸抽汽凝汽式，由杭州汽輪機(jī)股份有限公司制造。此汽輪機(jī)的凝汽系統(tǒng)包括1臺(tái)凝汽器、1套抽氣器、2臺(tái)冷凝液泵等輔助設(shè)備；其中，凝汽器是凝汽式汽輪機(jī)的重要組成部分，它將汽輪機(jī)排出的蒸汽凝結(jié)成水，同時(shí)帶走蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的熱量，建立并維持汽輪機(jī)排汽口的真空度，使進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽膨脹至最低的壓力，增加蒸汽的可用焓降，并將凝結(jié)水重新送往鍋爐作為鍋爐給水循環(huán)使用，提高整套系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行可靠性。

1 凝汽器的結(jié)構(gòu)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(jī)不停機(jī)的情況下清洗單側(cè)冷凝管束）、兩流程形式，水室內(nèi)設(shè)有縱隔板，冷卻水自冷卻水入口進(jìn)入水室，經(jīng)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(jìn)口水室，管板上裝有冷凝管束，為防止冷凝管束在運(yùn)行中振動(dòng)，殼體中設(shè)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(chǔ)凝結(jié)水。

汽輪機(jī)來的蒸汽自排汽接管、凝汽器喉部進(jìn)入凝汽器殼體，與冷凝管束接觸后開始凝結(jié)，體積很大的蒸汽被凝結(jié)成體積很小的凝結(jié)水，這樣就會(huì)在凝汽器汽側(cè)空間形成高度真空，蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的熱量傳給管程的冷卻水，冷凝液經(jīng)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(fù)壓的凝汽器及管道的不嚴(yán)密處漏入凝汽器汽側(cè)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(shè)有熱井液位自動(dòng)控制系統(tǒng)及手動(dòng)定頻分析冷凝液品質(zhì)的監(jiān)控設(shè)施等。

2 凝汽器泄漏案例

凝汽器的真空度對汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性影響最大，最直觀的監(jiān)測措施是定時(shí)對其出口冷凝液進(jìn)行分析。2020年3月5日，定期分析發(fā)現(xiàn)，凝汽器出口冷凝液電導(dǎo)率和SiO2含量升高——電導(dǎo)率實(shí)測值為63μS／cm（控制指標(biāo)為20μS／cm）、SiO2含量實(shí)測值為148mg／L（控制指標(biāo)為20mg／L），經(jīng)反復(fù)分析驗(yàn)證，確認(rèn)分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤后進(jìn)行匯報(bào)；同時(shí)，工藝操作人員發(fā)現(xiàn)凝汽器真空度開始出現(xiàn)緩慢下降。分析后認(rèn)為，出口冷凝液中SiO2含量超標(biāo)標(biāo)志著凝汽器可能出現(xiàn)了泄漏。為避免造成誤停車，決定先加強(qiáng)監(jiān)護(hù)運(yùn)行，冷凝液分析頻次由原來1次／周視情況增加，務(wù)必保證每8h分析1次。經(jīng)過對冷凝液15d的分析觀察，其電導(dǎo)率在50μS／cm上下波動(dòng)，而SiO2含量先期在100mg／L附近波動(dòng)、后期則大幅波動(dòng)且總體上呈上漲趨勢。各種分析數(shù)據(jù)表明，本臺(tái)凝汽器存在泄漏。

3 原因分析

通過對本臺(tái)凝汽器的結(jié)構(gòu)、工作原理及所用冷卻水水質(zhì)等進(jìn)行分析，結(jié)合以往的檢修經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為本臺(tái)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(cè)處于高真空狀態(tài)下，運(yùn)行條件極為苛刻，銅管（換熱列管）與管板采用脹接方式，長時(shí)間的運(yùn)行、腐蝕及熱脹冷縮可能導(dǎo)致脹接封閉處逐漸松動(dòng)，形成毛細(xì)隙縫，循環(huán)冷卻水沿隙縫漏入汽側(cè)［2］；同時(shí)，循環(huán)水運(yùn)行方式（如流速、濃縮倍數(shù)、溫度）、循環(huán)水水質(zhì)（包括pH、懸浮物、COD、BOD、微生物含量等指標(biāo)）、循環(huán)水運(yùn)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(huán)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(huán)水水質(zhì)較差（2020年3月15日10：00循環(huán)水站循環(huán)回水取樣分析數(shù)據(jù)如表1），含有很多對金屬有腐蝕性的離子（或物質(zhì)），易造成管板與銅管焊接部位腐蝕速度加快而最終出現(xiàn)泄漏。

表1凝汽器所用循環(huán)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

3.2 冷凝管束可能存在泄漏

凝汽器換熱管束的材質(zhì)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(cè)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(fù)性和穿透性，會(huì)使黃銅發(fā)生點(diǎn)蝕，Cu進(jìn)入溶液以CuCl2的形式存在，而S2-的存在（S2-可源自循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕泄漏的工藝介質(zhì)，也可以是硫酸鹽還原菌反應(yīng)而產(chǎn)生）則進(jìn)一步加劇了點(diǎn)蝕的發(fā)生，長時(shí)間運(yùn)行后可能導(dǎo)致?lián)Q熱管束泄漏［4］。

3.3 換熱管束可能存在沖刷腐蝕

循環(huán)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(shí)間運(yùn)行后入口端銅管前管段內(nèi)壁雖無明顯蝕坑，但表面粗糙，黃銅基體裸露，銅管減?。?］；同時(shí)，管束外的蒸汽及冷凝水也在真空狀態(tài)下不斷地對管束形成沖刷腐蝕，亦會(huì)加快管束的泄漏。

4 消漏措施

凝汽器的結(jié)構(gòu)特征決定著其故障類型的單一性。正常生產(chǎn)中通常換熱器泄漏的概率較小，且由于換熱列管的材質(zhì)、循環(huán)水水質(zhì)及工藝操作方式的不同，其泄漏量大小及頻率亦有隨機(jī)性。若空壓機(jī)組凝汽器內(nèi)漏量較大，汽輪機(jī)真空度將持續(xù)下降，負(fù)壓狀態(tài)可能會(huì)瞬間變?yōu)檎龎籂顟B(tài)，進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)做功的蒸汽無法及時(shí)冷凝排出，造成汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽壓力升高，高壓蒸汽管網(wǎng)壓力、流量等波動(dòng)，無法保證汽輪機(jī)的正常轉(zhuǎn)速，還會(huì)對汽輪機(jī)本體造成損傷，影響空壓機(jī)和增壓機(jī)的運(yùn)行，造成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)工況異常，帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。為避免發(fā)生事故，必須快速消除凝汽器漏點(diǎn)，恢復(fù)其正常運(yùn)行狀態(tài)。而當(dāng)凝汽器出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象時(shí)，通常根據(jù)泄漏量的大小及系統(tǒng)運(yùn)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(guī)處理方式，當(dāng)凝汽器出現(xiàn)大量泄漏時(shí)，必須停機(jī)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(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)停車。停機(jī)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(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，也容易操作［6］。查出漏點(diǎn)后，對泄漏的管板重新進(jìn)行焊接消漏，使用與換熱管相同或相近材質(zhì)的錐形堵頭對泄漏的換熱管進(jìn)行封堵即可。

采用此種方法消漏，堵管率不得超過20%，否則應(yīng)擇機(jī)更換管束，以保證凝汽器的換熱效果。另外，此法對系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)閥門的質(zhì)量和密封性能要求較高，當(dāng)有關(guān)閥門密封效果差或閥門關(guān)閉不嚴(yán)出現(xiàn)內(nèi)漏，或者凝汽器冷卻水系統(tǒng)無法停運(yùn)，則必須先采用冷卻水管線加設(shè)盲板等措施進(jìn)行隔離，再對泄漏的換熱管進(jìn)行封堵。

4.2 微量泄漏的消除

當(dāng)凝汽器出現(xiàn)微量泄漏時(shí)，通常的應(yīng)對措施是維持系統(tǒng)運(yùn)行至系統(tǒng)停車時(shí)再徹底消漏；或根據(jù)凝汽器雙流道、兩流程式的結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)不停車的情況下，對冷卻水室進(jìn)行切換，讓其單側(cè)運(yùn)行并分析冷凝水水質(zhì)，通過對比分析查找泄漏側(cè)，然后打開兩側(cè)封頭查找漏點(diǎn)和泄漏管束。

凝汽器汽側(cè)為負(fù)壓，無法通過上述常規(guī)方法發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)較大的漏點(diǎn)且費(fèi)事費(fèi)力；②鹵素檢漏法——此法耗時(shí)較長并有可能產(chǎn)生毒素；③超聲波檢測法——此法對檢修人員專業(yè)水平要求較高。查出漏點(diǎn)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(jīng)多次嘗試，龍宇煤化工發(fā)現(xiàn)空分裝置汽輪機(jī)組凝汽器的冷卻水管線閥門內(nèi)漏較大，因無法進(jìn)行有效隔離，系統(tǒng)暫不能進(jìn)行停車處理，即無法采用上述各種方法進(jìn)行消漏。經(jīng)過與業(yè)內(nèi)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(zhì)探測、采礦等領(lǐng)域早已成功應(yīng)用，堵漏效果良好；另據(jù)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(shí)施方式未得到查證。最終，龍宇煤化工決定仿照地質(zhì)探測和采礦工作的消漏經(jīng)驗(yàn)，利用現(xiàn)有的有利條件和設(shè)備設(shè)施、工藝介質(zhì)等，制作1臺(tái)凝汽器專用的鋸末添加器并嘗試實(shí)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(shí)具有顆粒小和密度小的特點(diǎn)，將鋸末作為消漏介質(zhì)，鋸末在水的流動(dòng)性及壓力作用下，隨著冷卻水流入凝汽器內(nèi)，在管程和殼程兩側(cè)的壓差作用下，水里的鋸末會(huì)不斷地流至真空側(cè)（汽側(cè)），封堵泄漏處，使冷卻水無法泄漏至真空側(cè)，從而達(dá)到消漏的目的。當(dāng)然，此法只能臨時(shí)控制泄漏量，不可長期使用，有停車機(jī)會(huì)時(shí)還是要采用常規(guī)查漏消漏方法進(jìn)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(nèi)，是采用鋸末流在線消漏最關(guān)鍵的一步。據(jù)龍宇煤化工的實(shí)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(gè)主體盛料筒、1個(gè)進(jìn)料口、1個(gè)壓力表以及進(jìn)氣口、出料口等組成。

4.3.3 鋸末添加器工作原理及其應(yīng)用情況

鋸末經(jīng)鋸末添加器進(jìn)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(nèi)進(jìn)行注水（對鋸末起到攪拌的作用）；注滿水后緩慢打開進(jìn)氣閥通入空氣加壓，當(dāng)超過預(yù)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(jìn)水管加入，再流入凝汽器內(nèi)，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(shí)，觀察凝汽器加料側(cè)水室排氣口，當(dāng)有氣排出時(shí)，關(guān)閉鋸末添加器的進(jìn)氣閥和出料閥，打開底部泄壓閥，在泄壓的同時(shí)檢查鋸末是否全部進(jìn)入了凝汽器內(nèi)。重復(fù)進(jìn)行2～3次上述操作，觀察4h后，檢查凝結(jié)水（冷凝液）水質(zhì)是否合格。若冷凝液分析合格，凝汽器轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)。若條件允許，可將此側(cè)凝汽器降負(fù)荷運(yùn)行幾日，待鋸末附著牢固后，凝汽器再全面投用；同時(shí)，增大冷凝液分析頻次，判定是否再次出現(xiàn)泄漏。若冷凝液電導(dǎo)率和SiO2含量不合格，可重復(fù)加注鋸末3次左右，其后若冷凝液分析結(jié)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(jìn)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(jì)添加30kg鋸末后，堵漏效果明顯，冷凝液電導(dǎo)率和SiO2含量大幅降低，電導(dǎo)率為19μS／cm、SiO2含量為18mg／L，符合冷凝液回收標(biāo)準(zhǔn)，其后觀察 （監(jiān)護(hù)）運(yùn)行；至2020年3月23日，冷凝液SiO2含量出現(xiàn)2次較大波動(dòng)，SiO2含量上漲至140mg／L，而電導(dǎo)率正常，仍為15μS／cm左右。2020年3月23日再次添加30kg鋸末進(jìn)行在線消漏，其后分析冷凝液SiO2含量約9mg／L、電導(dǎo)率為16μS／cm，在正常指標(biāo)范圍內(nèi)；經(jīng)過之后7d的運(yùn)行觀察，冷凝液電導(dǎo)率和SiO2含量分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定，凝汽器轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，標(biāo)志著鋸末流在線消漏成功，避免了系統(tǒng)的停車搶修。

2020年6月17日，龍宇煤化工主生產(chǎn)系統(tǒng)停車檢修，空分汽輪機(jī)組停車，拆凝汽器兩側(cè)循環(huán)水封頭蓋，采用停機(jī)查漏法進(jìn)行查漏：因循環(huán)水管線上閥門內(nèi)漏量較大，在循環(huán)水管線內(nèi)放置潛水泵進(jìn)行抽水隔離；凝汽器兩側(cè)封頭拆開后，發(fā)現(xiàn)循環(huán)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(nèi)部鋸末較多，于是，清洗換熱管后按停機(jī)查漏法注水查漏，發(fā)現(xiàn)共有7根換熱管出現(xiàn)泄漏，使用紫銅堵頭對其進(jìn)行封堵，系統(tǒng)重啟后凝汽器運(yùn)行正常。

5 結(jié)束語

（1）凝汽器的腐蝕，主要是銅合金管的點(diǎn)蝕和管板的局部腐蝕，大多數(shù)泄漏均是較小的漏點(diǎn)，大漏點(diǎn)很少見，不必因此進(jìn)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(yè)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(jīng)濟(jì)、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(shí)間浸泡，最適合作為此類無毒無害無腐蝕性介質(zhì)（如凝結(jié)水）換熱器列管的堵漏介質(zhì)。

（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(cè)壓力等級不同而形成的較大壓差，促使高壓介質(zhì)流向低壓介質(zhì)內(nèi)，這樣高壓側(cè)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(cè)的冷凝液中，無論是向冷卻水中添加鋸末，還是鋸末進(jìn)行消漏，均可輕松實(shí)現(xiàn)，且通常管程與殼程兩側(cè)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(jī)組凝汽器等類似結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境、介質(zhì)和壓力等列管式換熱器（即適用于相同結(jié)構(gòu)、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(yīng)慎用此法，差異較大時(shí)需另辟蹊徑，以免損壞設(shè)備及危及系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。