胶球清洗装置系统冷却器在机组运行中应用？

胶球清洗装置系统冷却器在机组运行中应用？

      胶球清洗装置系统冷却器在机组运行中应用？在我国多泥沙河流上运行的水电站，汛期机组冷却器铜管淤堵问题一直非常严重。有的电站在冷却供水系统中采用反冲或正、反交替运行的措施，虽然对防止水草等堵塞具有一定的效果，但对粘附在冷却器管壁上的泥浆(大多是粒径0.1～0.025mm的细沙)仍然不能在运行中清除。冷却器管壁粘附泥浆之后，不但因过水断面减小和铜管的导热性能降低，影响冷却器的使用效果，而且即使在停机的情况下来处理冷却器的淤堵也是非常困难的。为了研究解决水电站运行中的这一老大难问题，我们根据火电广用胶球有效地清洗冷凝器铜管管壁粘附物的经验，特地在和坛罐窑两个多泥沙水电站，进行了在机组运行中用胶球清洗发电机空气和推力轴承冷却器的试验。现将清洗的工作原理和试验情况介绍如下：
(一)用胶球清洗装置系统冷却器的工作原理
      在运行中用胶球清洗机组冷却器，就是利用射流泵或离心胶球泵，把比重接近水、球径小于冷却器铜管管径1～2mm的若干硬质胶球，或球径较冷却器管径大1～2mm的软质胶球输进冷却水系统，靠冷却器铜管两端的水压差作用，使胶球通过冷却器铜管。当硬质胶球通过冷却器铜管时，不但会对管壁不断撞击，起到清洗作用，而且随着胶球在管内的运动，改变了管内的水流状态，即在有胶球通过的管壁附近流速升高、流向改变(见图1,a)。
      当软质胶球通过冷却器铜管时，球将对管壁的附着物产生挤压和刮削(见图1,b)作用。由于硬或软胶球对冷却器的不断作用，不但可以防止水中泥浆等悬浮物在管壁上结垢，而且可以清除管壁上已有的附着物，从而达到在运行中连续不断清洗冷却器铜管的目的。
图1胶球清洗装置铜管管壁情况(a)硬胶球(b)软胶球
(二)水电站运行中用胶球清洗装置系统冷却器的试验
      电站发电初期因有水库的沉沙作用，水质良好，主变和机组供水系统运行正常。当水库快淤满时，冷却器也开始出现淤堵现象，特别是近几年，每到汛期发电机的空气、推力轴承冷却器和主变冷却器淤堵十分严重，以致设备运行温度经常超限。每遇这种情况，只好减负荷或频繁切换备用冷却器以及停机吊出冷却器进行清洗。表1为该电站2号机冷却器内粘附的泥浆粒径级配分析结果。这种泥浆附着力很强，人工清洗时，要用直径小于冷却器铜管内径的钢管插入铜管内，边通压力水边捅才能将泥浆挤出，不但清洗麻烦，劳动量也大。为了改变这种被动局面，电站先后在4号和其他机组冷却水系统上装了用胶球清洗装置系统冷却器的装置。
表12号机冷却器淤泥粒径级配
粒径d(mm)<0.250.10<0.050.025<0.010<0.007
百分比(%)10097.550.117.44.82.9
1.电站的胶球清洗装置和试验系统
      水电站大水头55.3m,小水头39.7m,冷却系统采用自流供水方式，汛期以坝前取水为主供给水源，蜗壳取水为备用水源。一台机有18只空气冷却器和12只推力冷却器，18只空气冷却器并联成18路供水(水量为5gsm3/min),每只冷却器有135根中19/φ17mm铜管(见图2,a);12只推力冷却器以每3只串联，再并联成4路供水(水量为320m3/min),每只冷却器有94根φ19/φ17mm的铜管(见图2,b)。图3是电站用的胶球清洗装置和试验系统，射流泵出口设有分流阀，可对空气冷却和推力冷却器分别进行清洗。试验装置中主要部件的性能规格如下：
      (1)射流泵，其工作水源取自机组冷却供水总管，进口压力0.42MPa,出口压力0.28MPa,工作流量25L/s,喷咀直径37mm;
      (2)收球网，呈圆锥形，网长1.35m,进口直径408mm,出口直径65mm,网孔直径8mm,由厚3mm的不锈钢板制成；
      (3)集球室，圆筒形集球室内设有收球蝶阀，阀瓣上有过水孔，室下通过短管与射流泵工作室相连，使泵有好的吸球性能；
      (4)胶球，要求胶球具有蜂窝状连续气孔，在湿状态下的比重接近1,和有良好吸垢性和耐磨性，能自身脱落球上的附着物。球在使用前应在水中浸泡半小时，并不时用手反复揉搓，使球能悬于水中任何部位。试验用球系生产的中17mm、φ18mm橡胶海绵球。
图3胶球清洗装置和试验系统
1、2-胶球清洗装置工作时的混合水压表；3—温度表；4一水银温度计
2,电站胶球清洗试验
      (1)4号机的胶球清洗试验。4号机的试验是在汛期进行的，试验时胶球清洗装置同时向空气冷却器和推力冷却器供给φ18mm软质胶球，一次加球150个，2次加球400个，连续循环清洗40h后，一次5min内收球65个，2次5min内收球63个，机组各部温度正常，说明球的运动情况良好。随后加球1200个，连续运行55h后，发现各瓦温上升2～3℃,但冷热风温度仍然正常。经停机拆开4号推力冷却器端盖检查，有15根铜管被胶球堵死。后提高水压冲洗，共收回球1283个，尚有467个球未收回。再次停机吊出两个空气冷却器检查，未发现有胶球，但在3号和10号推力冷却器内分别取出52个和29个胶球，并且有的管已被淤泥堵死。
      (2)2号机的胶球清洗试验。2号机试验时，在总结4号机试验的基础上，将推力冷却器由原来的3串联和4并联改成12并联的连接，还在射流泵出口加装切换阀，以便能对空气和推力冷却器分别进行清洗。此外，为了取得完整的试验数据，试验系统又加装了压力表、差压计和温度计。试验是在河水较清的枯水期进行的。试验时由于蜗壳取水的水压低，射流泵不能吸水输球，后改为坝前取水。当泵调整到进口水压为0.45MPa、泵的出水压为0.24MPa和混合水压为0.14MPa时，泵的吸球效果好，此时置切换阀在空气冷却器一侧，待机组带额定负荷运行1h后加球500个，运行10多分钟后，连续5次收球没有收到一个球。又两次改变切换阀方向，先后加球975个，运行4个多小时，仍一个球也未收到。根据加球前后有关温度和水压变化资料，加球后空气冷却器出水温度升高1℃左右，收球网前后的水压差有所下降，说明收球网出口有堵塞。经停机检查，收球网出口堵有大量小木条、渣屑(树枝和草)和胶球350个。为了将小木条等冲走，装回收球网后，在停机状态投入机组供水系统反冲运行半小时，然后开机并加球500个，54S后胶球相继回到集球室又迅速被射流泵吸走。半小时后回球减少，立即收球只收到85个，说明收球网出口又被堵塞。
(三)坛罐窑电站运行中用胶球清洗装置系统冷却器的试验
      坛罐窑电站系径流河床式水电站，大水头28m,单机容量6000kW,机组设有4个空气冷却器，每个冷却器有96根φ19/φ17mm的铜管。因电站水头不能满足射流泵的工作水压要求，只得采用离心胶球泵，试验中实际采用PW双污水泵。胶球清洗系统见图4.这2次试验是在枯水期进行的，试验情况见表2。从两次加球和多次收球试验情况来看，用离心胶球泵同样能达到射流泵的输球效果。另外由于该站的滤水器过滤作用较好，不仅水中的渣屑少，管路的弯道和死角处也没有汛期积留的渣屑，因此在试验中未出现象电站那样大量渣屑堵塞收球网出口的现象。
      此外，与电站相比，该站的空气冷却器只有4个，供水管路较简单，弯道和死角也少，管路内积球的机会相对较少，因此收球率比电站相对较高，一次收球率达50～60%,多次收球率·达80%。在试验中用延长一次收球的时间并不能提高一次收球率，只有改变管内流态，才能继续收到球，因该站无反冲措施，试验中只好用关(短时)、开供排水管的进、出水阀门来改变流态，将死角处的积球冲出来，这样一次又一次可陆续收到一些球，使多次收球率达到80%左右。以上情况说明，用胶球清洗装置系统冷却器供水系统，有必要采用正、反向运行的方式，但必须注意收球网的安装位置，不能在正、反向运行时使胶球跑到下游去。
(四)试验成累分析
      1.从以上两水电站在运行中用胶球清洗装置系统冷却器的试验看，空气冷却器在清洗过程中一直走球顺畅，无增球现象，在投球后的冷、热风混度也一直正常，这说明直管式的空气冷却器虽多达18路并联，管路也较复杂，采用胶球同时对多个冷却器进行清洗，同样是可行的。经试验测定，胶球自集球室吸走到返回集球室循环一次的时间不到1min。
      2.推水冷却器在胶球清洗试验中堵球严重，推力瓦温普遍升高2～3℃,分析其原因有以下两点：
      (1)推力冷却器的铜管为“U”形弯管，弯道部分由于工艺上的原因，管截面椭圆度较大，胶球通过一组冷却器要经过6个带有椭圆度的“U”形弯道、6个冷却器水室和10多个进出水管弯头，流道曲折，走球极不顺畅，只要一处受阻，就会卡球堵赛管道。
      (2)推力冷却器是3个串联成组再并联到排力冷却器供排水管上的，每个冷却器的锅管又是两组串联工作的。这样，在相同的工作水压下(空冷器、推力冷却器总进、出水口水压基本一样),推力冷却器铜管两端的水压差就比空冷器小得多。若按管径、管长、管形都相同的串联各管的水力损失大致相同来考虑，其铜管两端的水压差大约只有空冷却器铜管的1/3。试验测得环管进口水压为0.14MPa,空冷却器进、出口的水压差约为0.04MPa。按此拖算空冷却器铜管两端的水压差为0.02MPa,而推力冷却器铜管两端的水压差则只有0.007MPa。由于推力冷却器与空冷却器存在上述差别，故弯铜管的推力冷却器不宜采用胶球清洗。如要用胶球清洗，则必须采用球径比铜管内径小1～2mm的软质胶球。
      3.在电站2号机胶球清洗试验时，由于试验前供水管路的正、反向运行和试验中胶球运动的作用，改变了管内水流的状态，致使汛期堵在管内的木条、渣屑部分随水流汇集到收球网，将收球网φ65mm的出白堵死，虽停机清除运行不久又被堵死。收球网出口易堵的主要原因是机组冷却水进口总管工的旋转滤水器的滤网部分锈堵后破损前出现裂口，加之滤网顶部又进行过局部切阁，故使大子滤网孔径4mm的渣物也能进入冷却水管，造成收球网出口的堵塞。因此，只要滤水器滤网完好就能有效地滤去44mm以上的渣物，收球网出口及网孔是不易堵塞的。其次是收球网结构尺寸木妥，其*65mm的出口直径太小，容易被堵塞。
      4.试验表明，射流泵进门水压0.42~0.5MPa,出口水压0.19～0.20MPa,混合水压0.13~0.15MPa时，射流泵的吸球性能良好，胶球清洗装置工作正常。
      5.胶球通过冷却器时将部分渣物、淤泥冲走，使冷却器铜管过流断面和热传导性能有所增加，如电站2号机加球清洗2h后(尽管仅部分胶球一次通过冷却器铜管),其空气冷却器出水温度约升高0.5℃~1℃就说明这一点。
      6.从收球网湾物中清出了部分损坏的胶球，有的已磨损球径变小，有的经长期水泡、摘击后，球组织疏软、球体膨胀，有的被撕成碎块。此外，尚有一部分球仍留在管内，一部分则在反向运行时随水流跑到尾水去了，因此收球率一般比较低。
      水电站胶球清洗技术尚有待进一步改进、完善。为缩短胶球的运动路径，减少堵球，胶球清洗装置系统的管路应短而直，弯头、死角要少。为此，胶球清洗装置可用切换阀控制，对冷却器采取单个或分组轮流进行清洗的措施。为防止滤水器失效后渣屑堵塞收球网，可采用活动式收球网或收球网加旁通管的方式，一旦网被堵，即可不停水收网清渣，保证冷却水系统的正常运行。