电厂铜管凝汽器胶球清洗装置技术及其选择

电厂铜管凝汽器胶球清洗装置技术及其选择

凝汽器铜管结垢不仅会使汽轮机真空恶化，降低机组热效率，还会威胁胶球清洗装置机组安全运行，电厂必须采用合理的清洗技术以及时有效的清除凝汽器内污垢。介绍了几种铜管凝汽器的清洗技术。与其它几种清洗技术相比，超声波除垢技术除垢效果好，节能效益显著。

凝汽器铜管内壁出现脏污是造成凝汽器换热性能下降的主要原因之一。300MW汽轮机凝汽器中，冷却水管结垢0.5mm左右，可使真空度由90%以上降到85%以下，使发电:升高15g/(kW-h)~20g/(kW・h尸。

凝汽器水侧污垢的集聚，不仅会恶化真空,降低机组的经济性，而且还可能引起铜管腐蚀、泄露，严重影响了铜管的使用寿命。凝汽器铜管一旦发生泄露，会使机组锅炉给水品质迅速变差，造成锅炉水冷壁、过热器等受热面结垢，将对机组安全运行构成严重威胁。

因此,为了保終高施行，必须采用合理的海绵胶球除垢技术对凝汽器铜管内的污垢进行及时有效的去除。

1凝汽器胶球清洗装置技术

目前，电厂凝汽器的清洗方式分为离线清洗和在线清洗两种,离线清洗需待机组停机时方可进行,而在线清洗则可在机组正常运行过程中进行除垢。显然，为了保证机组多发电、减少非计划停机,在相同除垢效果条件下，在线清洗技术比离线清洗技术更佳。

1.1高压水射流清洗

高压水射流清洗是一种常见的离线清洗方式。高用高辱将清水加股20Mpa~50Mpa,通过孔径只有1mm~2mm的特殊喷嘴，水流以极高的速度形成射流喷入凝汽器铜管内进行冲洗。高速的水射流以正向或切向冲击被清洗表面，在清洗面上产生很大的瞬时碰撞动量，从而对清洗面上的垢物产生挤压、剪切力，使垢物很快剥落并被冲掉。实际应用过程中需根据铜管内结垢的程度及设备材料的耐压性能来确定合适的冲洗压力。

该方法海绵胶球清洗效果较好，除垢率能可达80%以上。凝汽器铜管厚度只有1mm~1.5mm,对于已经发生点蚀或因其他原因造成管壁变薄处，高压水的冲击力容易引起缺陷的增大或加剧。喷射的高压射流的压力随着管道长度方向衰减比较迅速，操作不当或是压力选择不合适可能会造成管内中间段和末段清洗效果变差，主要的缺点是其只能离线进行且清洗工作量比较大，从而影响了机组连续高效运行。

1.2化学清洗

根据DI/T957-2005火力发电厂凝汽器化学清洗及成膜导则国家标准，当运行机组凝汽器端差超过运行规定时，应安排抽管取样检查外壁有无腐蚀，内部隔板部位铜管的磨损减薄，内壁结垢、黏泥和腐蚀的程度。局部腐蚀泄漏或大面积均匀减薄量达1/3以上厚度时，应先换管再清洗，垢厚不小于0.5nun或污垢导致端差大于8无时应进行化学清洗。

化学清洗可在机组停机检修时进行，其工作原理是在凝汽器铜管中加注化学药剂（随垢质主要成分的不同选择合适的化学药剤），常见的化学清洗工艺有盐酸清洗，氨基磺酸清洗，碱液清洗,除油剂清洗等。加注的化学药剂与铜管内壁污垢发生化学反应，从而能达到除垢目的，清洗过程需要加入缓蚀剂以防止对铜管造成腐蚀，清洗完成后还需要对铜管进行成膜保护,当垢质主要成分为碳酸盐垢时，经酸洗后会产生大量泡沫,此时还需加注适量消泡剂。

在线化学清洗技术是在机组运行过程中通过加药泵等设备向机组循环水管道中加注化学药剂以实现在线除垢目标,其清洗原理与停机化学清洗相同,在线化学清洗比停机清洗工艺过程复杂且控制难度比较大。

凝汽器经化学清洗后，可使铜管内表面光洁,提高其换热效率从而可以提高凝汽器真空度，改善水汽品质。化学清洗除垢能力很强且除垢比较彻底，然而整个清洗工艺过程较为繁琐，化学加药量难以准确把握，加药量少会使污垢无法洗净,加药多可能会造成设备腐蚀,经常使用化学清洗方法除垢易造成铜管腐蚀泄露。化学清洗费用很高，以300MW机组为例,单台机组每年需花费200x104元左右团。此外化学清洗过程中产生的废液需经特殊处理，否则可能会对环境造成一定的污染。

1.3凝汽器胶球清洗装置

凝汽器胶球清洗装置技术是目前较为普遍的凝汽器在线清洗技术。电力系统统计资料表明，胶球连续清洗装置的投运，煤耗可降低0.6%⑷。胶球清洗装置系统中采用密度和水相近的海绵胶球，海绵胶球的直径比铜管内径大1mm~2nun,柔软而富有弹性。在胶球泵压力的作用下随水流进入铜管后,被压缩成卵形，在行进的过程中,可以擦除铜管内壁的污垢，蜘可以回收以循环利用。

从投运的效果来看，海绵胶球可以有效清除铜管表面的软垢，如淤泥、粘泥、泥沙等。对于管道内表面硬垢，胶球清洗效果不佳。近些年来也出现了一些可以有效去除管内硬质结垢的金刚砂胶球和半金刚砂胶球，但其易对铜管造成一定的损伤，一般适于用不锈钢管凝汽器，铜管凝汽器则很少釆用。此外，由于机组设备设计不合理等其他原因还会造成胶球回收率低,致使胶球系统运行费用增加，清洗品质下降。特别是当管内硬垢厚度很大造成内径变小时易使胶球堵塞在凝汽器铜管内，反而会加重传热恶化。

1.4凝汽器射弹清洗技术

凝汽器射弹清洗技术通过清洗枪利用气水混流将螺旋清洗子弹射入铜管中，清洗子弹在管路中高速行进，可以快速、有效去除铜管表面污垢。螺旋清洗弹可以清除管内绝大部分垢物，因清洗子弹采用聚乙烯材料制作，其具有较好的磨损性能,且在清洗过程中不会对铜管造成损伤,清洗子弹可以回收加以反复利用。

凝汽器射弹清洗技术采用低压水、气压力源作为动力和介质（其清洗工作压力为0.5Mpa~lMpa）,投资费用小，其购置费用仅为高压射流泵的1/4。射弹清洗成本低,清洗效率较高，两个人操作每小时可以完成约1000根铜管的清洗工作，且凝汽器可以半边运行，半边清洗。

凝汽器射弹清洗技术已在国内一些电厂得到一定的推广使用，电厂2X300MW机组铜管凝汽器，湖南发电有限公司2x300MW铜管凝汽器均采用此清洗技术，从投运效果来看,其清洗品质较好。然而,射弹清洗需人工持清洗枪进行工作，由人工完成清洗子弹装填工作，自动化程度低，人力耗费比较大。但其与高压水射流清洗技术相比,仍具有明显的优势。

1.5超声波除垢技术

超声波除垢是一种清洁的物理除垢方式，可以实现在线除垢。超声波除垢装置主要由超声波发生器、传声系统和换能器组成，超声波发生器产生超声频电功率信号,由传输线路传至换能器,换能器可将电信号转换成相应的机械振动。

超声波强声场的作用会使管道液体中岀现大量微气泡（空化核）,当声压达到一定值时，这些气泡将迅速膨胀,然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，终崩溃，这种微小气泡振动、膨胀、闭合、崩溃等一系列动力学过程称为超声空化⑺。空化气泡突然湮灭的瞬间发出的冲击波可在其附近产生超过1000倍大气压力，并在管道内形成速度约110m/s的微射流，可对垢质进行直接冲击，成垢物质将会立即被粉碎并悬浮于液体介质中，同时，铜管内壁表面已结垢垢层也会受此冲击力的作用逐渐松散、破碎并脱离。显然,这种超声空化效应同时还具有强化管内换热的作用。超声空化过程中强烈的反复冲击力也可能引起换热材料空蚀。因此，超声波的长期使用会对设备材料产生一定的疲劳作用，但对于电厂换热器而言,这种作用的影响是有限的闾。

当超声波沿污垢表面至铜管内壁金属传播时，由于污垢、金属对超声波的弹性阻抗及传导率均不相同，由此在污垢与金属的界面上形成了剪切力作用，该作用亦可使结垢物质疲劳并逐渐脱落。

此外，超声波改变了管道内流体的物理、化学性质,缩短了成垢物质的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成，这些晶核有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大,因此可以减少粘附于管壁上成垢离子的数量，从而减小了积垢的沉积速率冋。

基于上面的分析,超声波处理技术不仅可以对已形成的垢质进行除垢还能防止成垢物质在铜管表面积垢，能够实现在线除垢防垢同步进行。超声处理过程中无需向铜管内加注化学药剂，除垢速度快，可以清除管内不同成分的污垢,除垢效率高,对设备无腐蚀,对环境无辐射影响，整个处理过程自动化程度高，运行维护量小。

从一些已经投运超声波装置的电厂除垢效果来看,300MW机组凝汽器采用超声波除垢技术后，机组煤耗可比全国平均煤耗水平低8.31g,600MW机组凝汽器胶球清洗装置采用超声波除垢技术后，机组煤耗可比全国平均煤耗水平低6g0某12MW机组的凝汽器实施超声波除垢技术后,每度电可以节约标煤4.14g,其超声波设备总投资34.8x104元,15个月即可收回投资。某50MW机组凝汽器超声波除垢设备总投资93.4x104元,投运后每度电可以节约标煤4.46g,投资回收期为9个月。由此可见，超声波除垢技术除垢效果好，节能效果显著。

2铜管凝汽器胶球清洗装置技术的选择

通常来说，铜管凝汽器胶球清洗装置技术的选择需要综合考虑到多方面的因素，如清洗费用，劳动力强度，清洗效果，对设备材料造成的损伤等。上述几种凝汽器铜管清洗技术的对比情况见表l。

表1铜管凝汽器胶球清洗装置技术的比较

凝汽器铜管清洗24h后，铜管清洁系数就会从1.00变为0.692,实际传热系数由2.93kW/RF)降低到1.98kW/(m2・Y)时。高压水射流清洗，射弹清洗，停机化学清洗完成后，铜管内表面清洁系数很高，但在凝汽器运行中铜管内壁很容易形成新的污垢;在线化学清洗可以有效抑制凝汽器运行过程中铜管表面形成脏污，但持续的化学加药过程可能对管材造成腐蚀且一直持续加药也是不现实的;胶球自动清洗一般则是要等到端差达到一定程度时才会投运,未投运过程中，新形成的脏污会使铜管传热性能下降进而会影响机组热经济性。

投运超声波除垢系统后可以使凝汽器铜管内已形成的垢质厚度不再增加，且已结垢物质会随着强声场的作用破碎脱落，并能保证不再有新的垢质附着于凝汽器铜管表面。某25MW机组凝汽器安装超声波除垢装置，运行6个月后检查凝汽器铜管未发现有可见垢层mi。超声波除垢技术能使凝汽器铜管持续保持比较高的清洁系数。

综合表1的对比情况及上述分析，凝汽器超声波除垢技术相比其他几种凝汽器胶球清洗装置方式,优势显著。

现阶段，胶球清洗装置配合高压水射流清洗或化学清洗仍是电厂铜管凝汽器主要的清洗方式。若出现胶球回收率低等情况应立即查明原因，加以改造以提高清洗效果；化学清洗过程应严格按照操作规范来执行,特别是要注意防止铜管腐蚀泄露,并应严格控制废液达标排放；

对于采用高压水射流清洗的电厂来说，可以考虑釆用凝汽器射弹清洗技术替代原来的高压水射流清洗以提高清洗效率,控制清洗成本；

超声波除垢技术能实现在线除垢防垢同步进行，具有除垢速度快，除垢效率高，自动化程度高，运行成本较低等诸多优点，在电厂具有非常好的应用前景。电厂可以在适当的时机考虑采用超声波除垢技术替代原有的清洗技术。推广使用凝汽器超声波除垢技术有利于电厂进一步实现节能降耗。