汽轮机凝汽器电磁脉冲化学清洗及效果评价

谢进枞

（中海油珠海天然气发电有限公司，广东 珠海 519050）

根据凝汽器特性，在凝汽器结构和面积不变、真空严密性合格和冷却水量一定的情况下，凝汽器真空与换热管清洁系数有直接关系，清洁系数越高，真空越高，机组热效率越高。以燃气-蒸汽联合循环发电厂300MW机组为例，凝汽器真空每提高1kPa，机组热耗率就降低约1%，发电煤耗可降低约3.2g/kW·h，具有明显的节能效益。

由于电厂循环水水质较差，因此水中微生物含量较高而产生大量生物黏泥，加上凝汽器运行中存在热交换，随着冷却水中离子浓缩，换热管内会产生结垢问题，金属与垢物在导热性能上存在很大差异，凝汽器结垢会造成清洁系数和换热效率降低，增加汽轮机热耗[1]，而且长时间结垢状态还会造成钛管内壁发生电化学腐蚀，导致钛管穿孔泄漏事故，缩短使用寿命。因此，提高并保持凝汽器钛管清洁对联合循环发电机组的安全、经济运行非常重要。

1 机组运行现状

电厂采用十字沥高含盐咸水作为循环水补水，极易在管道和设备内部繁殖、生长并造成凝汽器钛管结垢，严重时还会造成凝汽器水阻增大，循环流量降低。电厂虽然有胶球冲洗和滤网系统，但胶球清洗效果也比较有限，凝汽器杂物堵塞和生物黏泥沉积问题依然存在。检修中对凝汽器勘查情况如图1和图2所示。

图1 凝汽器进水侧胶球堵塞管口

图2 凝汽器出水侧结垢

对凝汽器采用高压清洗只能除去表面的泥垢和管口杂物，管内仍有一层约0.1mm～0.3mm的硬垢，如果不彻底清除，对机组的经济性影响较大，凝汽器垢样分析结果见表1。

表1 凝汽器垢样分析报告数据

从表1分析数据得知，氧化镁MgO为30.10%，三氧化二铝Al2O3为18.10%，二氧化硅SiO2为25.1%，氧化钙CaO为12.2%，4种化合物是垢样中的主要成分占85.5%，其余大约占14.5%。传统的凝汽器化学清洗方法是把设备系统隔离，把水侧的水室及至循环水管的蝶阀处都灌满化学药剂，进行浸泡和大循环，让垢与药剂发生反应以到达除垢目的。但这种传统化学清洗方法存在弊端：1）药剂消耗量大且浪费严重，增加清洗成本。2）产生大量的清洗废液，容易产生污染。3）凝汽器水室内部的残留药液会破坏内部防腐层，造成设备腐蚀等诸多问题。4）现场施工工程量较大，管路复杂，需要较长的工期。

与常规浸泡和大循环清洗工艺相比，小循环式凝汽器化学清洗方式具有如下优点：1）药剂在管程内流动性好，垢与药剂的反应更充分，除垢更彻底，单根钛管的除垢时间也大大缩短。2）清洗药剂用量只需要传统清洗方法用药量的30%左右，大大减少废液处理量。3）具有正、反向循环清洗功能，确保药液循环和清洗充分，能够节约清洗药剂，减少废水中和与排放，有利于环保和安全文明生产。4）凝汽器化学清洗中不会对水室内壁的防腐破坏，也不会对牺牲阳极、温度测点等其它部件损坏，有利于设备长期完好运行。5）安全性好，每组换热管清洗产生CO2气体少，可快速扩散，不容易形成聚集，安全隐患小。6）不需要对凝汽器水室进行焊接堵板和隔离，可以在人孔敞开情况下清洗，安装和恢复速度比较快。

因此，为提高凝汽器的换热效率，确保机组安全经济运行，在检修中对凝汽器采用电磁脉冲+小循环化学清洗装置进行清洗。

2 化学清洗原理

凝汽器化学清洗采用基于电磁脉冲清洗技术的脉冲化学循环清洗系统，与小循环清洗装置结合，进行凝汽器小循环流量、大流速清洗，采用清洗机自带的电加热保持清洗温度在25～35℃，将反应酥松和剥离的盐垢通过高流速冲出，达到凝汽器化学清洗的目的。

清洗系统由加药搅拌器（带泵）、电磁脉冲清洗机、废液存储罐（带泵）、指定废液池、小循环清洗装置和循环清洗管路系统等构成。由泵将配好的药液经脉冲清洗工程车抽至凝汽器小循环清洗装置（由进水小循环水室、出水小循环水室和凝汽器钛管管束组成）中，经脉冲高压冲洗后，将废液排至废液存储罐中再经中和后排放至指定废液池，小循环清洗装置在外部控制下自动移至下一清洗位置，重复该过程直至整个清洗过程结束，清洗回路如图3所示。

图3 凝汽器小循环化学清洗回路

其他换热器采用电磁脉冲清洗机和满水状态下脉冲循环清洗，结合人工高压水清洗，确保清洗效果达标。

3 化学清洗流程

3.1 清水冲洗

系统具备清洗条件后，如有浮泥或大量贝类，应先进行清理，或采用30MPa的高压清洗机对凝汽器进行逐管冲洗。冲洗过程中启动临时排污泵，注意水室水位，连续排放，放净水室污水，每台水室时间约120min。水室钛管内贝壳类海生物及泥沙应清理干净，清洗疏通率及透光率达到100%，不通的加堵并做标志，不得对设备造成机械损伤和腐蚀。检查并疏通堵塞的换热管共计约600根。用高压清洗枪清洗钛管，清洗时在出水室进行，自上而下逐行冲洗。清洗过程中及时清理水室另一侧的已清出的污物，以免二次污染。检查钛管内贝壳类海生物及泥沙清理干净。并检查清洗疏通率及透光率是否达到100%。

3.2 清洗过程

3.2.1 临时系统安装

凝汽器采用小流量循环清洗工艺，清洗泵进出口连接至清洗母管，形成循环回路，每组清洗母管覆盖600～800根钛管。每组化学清洗完成后将小循环清洗母管挪到下一组。清洗中清洗母管排气排水软管接至加药罐，减少清洗液中的酸性物质对凝汽器钛管面板焊缝的腐蚀和清洗用药量，提高清洗效率，节约清洗时间[2]。1）清洗箱清洗泵就位完毕后，将清洗箱清洗泵进出口用临时管道连接。2）将清洗箱固定至凝汽器及其他换热器进出口附近，并与清洗泵进出口连接。3）清洗母管接排空气管引至加药罐。4）清洗箱用通过排污泵连临时管道接至冷却塔。5）就近接临时生活水管至清洗箱。

3.2.2 小循环清洗装置系统连接

由进水小循环水室、出水小循环水室和钛管管束在水室孔板上形成闭环系统。电磁脉冲清洗机出口通过临时管道再与进水小循环水室链接，出水水室与脉冲清洗机回水口相连接形成小型化学清洗循环系统，通过清洗机电磁切换装置，实现正向、反向循环清洗功能。进水小循环水室和出水小循环水室在齿条上移动，通过伺服电机定位对其他钛管管束进行清洗。为提高清洗效率，节约清洗时间，可以根据钛管数量进行多套同时循环清洗。

3.2.3 系统检查

检查系统阀门开启灵活，各仪表指示准确。并检查清洗泵能正常运转。临时系统安装好后，通过清水进行管路冲洗和打压检查，防止接口泄漏和杂物堵塞。将电气与控制回路调试合格。循环回路为清洗箱→清洗泵→清洗母管入口→钛管管束→清洗母管出口→清洗箱。

3.2.4 清洗技术要求

考虑有部分空气混合进入换热管并形成脉冲水流，因此实际管内流速为0.5～1m/s对剥离泥垢有很好的冲洗作用。采取有效的隔离措施，避免清洗药液进入下部循环水管道及凝泵坑内，造成废液积存导致蝶阀腐蚀泄漏或者凝泵坑内水质污染。所有废水排放均通过清洗机中和后排污，确认清洗系统水箱内部残留水液pH达标，经过清洗泵打到指定位置。用Φ108/133mm的临时管道将清洗系统排污管引至临时废液存储罐中。

3.3 工艺控制

为确保清洗效果，应从如下方面对清洗工艺进行控制：1）将清洗剂、缓蚀剂和消泡剂分别按一定比例加入加药罐，通过加药泵与电磁脉冲清洗机泵出口相连，电磁脉冲清洗机排污管与废液存储罐相连接，形成小循环清洗回路。2）循环系统运行正常后，投入加热系统装置，调整泵站出口阀门，保证药液均匀布满凝汽器及其他换热管内壁。并根据泡沫大小加入消泡剂和适量清洗助剂。3）加药期间注意保持凝汽器水室排气阀开启，并保持通风，凝汽器水室底部放水门开启。循环清洗时到5h后，每15min检测一次清洗液的pH值，连续2次pH值无变化时停止清洗。注意检查加药罐和废液存储罐水位不得超过警戒水位，确保现场文明生产。4）根据回收溶液的pH值，及时调整适量补充药液，至pH=3.5并不再上升，为反应结束。5）将清洗系统内的化学清洗液排至回废液存储罐中，用工业水进行循环清洗排放，当检测清洗水pH值达到7～8时停止冲洗，往复循环操作。6）打开人孔，进入水室检查清洗效果。清洗后的钛管内表面清洁见金属光泽，基本无残留水垢，无明显金属粗晶析出的过洗现象。

4 化学清洗效果评价

在确保对运行设备和系统无任何损害的前提下，凝汽器经过化学清洗后，达到如下效果。

首先，清洗后目测管束、管壁及管道金属表面清洁光亮无杂质。

其次，清洗完成后经过检查，凝汽器钛管内部除垢率达到95%以上，其他换热器除垢率达到98%以上，清洗效果明显。

再次，腐蚀速率计算。2段钛管挂片第一次清洗前放入清洗机监测柜内，随凝汽器一起进行化学清洗，第一次化学清洗完成后取出。钛管挂片1清洗前后称重质量分别为4.6494g和4.6468g，Δm1=m1-m12=4.6494-4.6468=0.0026g。钛管挂片2清洗前后称重质量分别为4.2093g和4.2070g，Δm2=m21-m22=4.2093-4.2070=0.0023g。钛管挂片1长度和内、外直径分别为28.0mm和24.1mm、25.1mm，表面积s1=πh1（D11+D12）=3.14×28×（24.1+25.1）=4325.66mm2。钛管挂片2长度和直径分别为25.2mm和24.1mm、25.1mm，表面积s2=πh2（D21-D22）=3.14×25.2×（24.1+25.1）=4325.66mm2。开始加药清洗时间为11月19日11：00，酸液排放时间为11月19日21：00，共10h，因此清洗时间t取10h。由此求出钛管挂片1、2的腐蚀速率分别为

符合化学清洗钛管腐蚀速率≤1g/m3·h要求。

从次，酸液废水中和合格后排放。

最后，化学清洗后效果如图4和图5所示，清洗前后效果对比见表2。

表2 凝汽器化学清洗前后效果对比

图4 凝汽器A侧出水室

图5 凝汽器B侧出水室

经化学清洗后，燃机负荷相同的情况下，凝汽器真空显著提高，低压缸排汽温度降低，凝汽器端差降低（一般通过凝汽器端差的大小来判断凝汽器的脏污程度。凝汽器端差是指汽轮机背压下饱和温度与凝汽器出口循环水温度的差值。端差越大，换热效果越差，表明凝汽器越脏污），凝汽器真空度平均提高1.8kPa。根据理想情况计算，汽机发电机每小时能多发0.73MW，每天多发电量17.52MW，单台机组年利用小时按3000h计算，一年可多发电量约219万kW·h。厂用电0.5735元/kW·h进行测算，一年产生经济效益为219×0.5735=125.597万元，经济效益显著。

5 结语

汽轮机凝汽器电磁脉冲+小循环化学清洗的应用能有效去除钛管内部结垢，恢复冷端设备的初始性能，凝汽器清洁系数提高，不仅能提高冷却效率，并提高机组安全可靠性，还能减少循环水量使用量，相应提高凝汽器真空度，减少燃气-蒸汽联合循环机组燃气消耗，保障电厂联合循环发电机组安全、经济运行。