水电机组技术供水冷却器清洗新技术应用实践

文兴全，陆卫丹，王义国

（1.广东粤电长湖发电有限责任公司，广东 英德 513021；2.广东省粤电集团有限公司，广东 广州 510630）

1 引言

水电机组技术供水水源普遍采自上、下游，经过滤水器改善水质后即供至各部位的冷却器使用，冷却器运行一定的时间后均会在换热管内壁沉积淤泥、泥沙、微生物等，从而影响换热效果，目前对换热管效率降低的冷却器清洗方法使用较多的有化学药剂清洗、物理清洗两种方法，这两种方法的共同缺点是需要停机检修，尤其是汛期停机会造成大量的弃水，而产生经济损失[1～3]。本文以长湖水电厂2号机组技术供水系统为实例，将一种新型胶球清洗系统加入到技术供水系统中，以达到不停机实时清洗冷却器铜管，确保冷却器换热管效率的目的。

2 技术供水系统运行简况

2.1 系统简介

长湖水电厂于1969动工兴建，安装有两台轴流转桨式机组，于1974年全部投产发电，经增容后现装机容量为82 MW(1×42 MW+1×40 MW)，水库库容小，属于径流式水电站，水库无调节能力。

机组的技术供水采用的是自流供水方式，水源取自本机蜗壳，取水后经过滤精度为4mm的滤水器过滤后，再经总冷却水液压阀分别供至各冷却器。长湖水电厂技术供水的主要作用是通过油冷却器对推力、上导、水导轴承及发电机空气冷却器进行冷却散热。

2.2 存在的问题

由于长湖水库水质较建厂初期劣化明显，特别是水库大量网箱养殖、上游新建化工厂等造成水质污染，且实际运行的水温也较设计水温有所提高（设计水温不大于28℃，实际运行达31℃），技术供水水源虽经滤水器过滤，水质及水温仍然达不到最初的设计要求。使得技术供水冷却器内部换热铜管被大面积堵塞，造成换热效率显著降低，冷却器散热效果明显变差，加之广东夏季高温进而引起轴瓦温度异常升高，存在造成轴瓦损坏甚至抱轴的重大安全隐患。长湖水电厂自2012～2014年间，两台机组的推力瓦、水导瓦、上导瓦连续发生了多次汛期因铜管堵塞使瓦温异常偏高导致被迫申请停机紧急抢修的被动局面。

3 新型胶球清洗技术简介

清华大学航天航空学院针对现有冷却器在线清洗技术普遍存在的问题，研发了新型胶球清洗系列专利技术，该新型系列专利技术对于火电厂凝汽器清洗，已在国内张家口电厂等多家火电厂得到了成功应用[4]，效果明显。其技术具有如下特点：

（1）新型胶球清洗系统中的均布投球装置通过多点、均布投球，改善了胶球在循环水管中的分布状况，防止胶球在换热管入口的局部聚集；

（2）新型胶球清洗系统的收球网采用固定网结构，能有效保证收球率；

（3）新型自旋转胶球采用硅胶材料浇铸成型，密度、外形尺寸得到可靠保证；

（4）新型装球室采用免开仓结构，结构新颖，操作简便。

4 冷却器清洗方案设想及确定

4.1 凝汽器清洗技术引进

清华大学的技术虽在火电厂有成功应用实例，但根据长湖水电厂技术供水的实际情况，需要在火电厂凝汽器胶球清洗技术基础上进行改进，实现水电机组技术供水冷却器不停机在线实时清洗。由于长湖水电厂机组技术供水系统管路分支多，总供水管分别要向水导、推力、上导轴承的油冷却器及发电机空气冷却器供水，各换热设备的铜管管径小（φ19×1.5），且型式不尽相同，有箱式结构的，也有单管盘形结构。根据长湖水电厂机组的实际情况需对新型胶球系统作如下改进：

（1）在技术供水总管处增加多效过滤装置，对水源进行预处理，使水质得以净化。

（2）须将收球网进行改进。由于水电机组胶球路径长，收球网处存在一定的压力，应增加一个驱动力阻止胶球附着在收球网面，增加收球率。

4.2 确定冷却器清洗方案

在技术供水总冷却水滤水器后的主管处增加一个投球旁路，在冷却器排水总管处增加旋转刮刷式收球网，由投球管路、收球管路、球罐组件、电动阀门及相应的电气元件组成一个投、收球系统。该系统可在机组正常运行的同时，由PLC来控制使胶球自动投入到供水管，胶球随水流通过冷却器换热管，在换热管内不断的旋转与管壁碰撞摩擦以清洗管壁，最后流出换热管排至收球网处，再由PLC控制使胶球自动收回到球罐内以备下次继续投球，系统原理如图1。该系统突出优点是清洗冷却器换热管内壁不需停机，实现了冷却器的在线实时清洗，只需在控制系统人机界面设置适当的投球时间、清洗时间、循环次数、收球时间、间隔时间等参数后，系统即可按设定的清洗频率及时间对冷却器进行清洗。

图1 长湖水电厂2号机胶球清洗系统原理图

5 清洗方案实施情况

2015年3月8 日～4月19日，完成了现场设备多效过滤器、球罐及附件、收球网桶及附件、投球装置及控制柜的安装调试工作，设备于5月18日正式投入试运行。

6 实施效果分析

6.1 现场测试情况

系统自2015年投入试运行，经历两个主汛期后，技术人员于2017年汛前对系统的应用效果进行检查，期间对新型胶球清洗装置的测试情况详见表1。虽然收球率没有达到96%的理想值，但系统投运以来没有发生过换热器铜管被胶球堵塞的情况。

表1 实时在线新型胶球清洗装置收球率测试记录表（2017年4月1日）

6.2 经济效益分析

新型胶球清洗系统从2015年5月～2016年10月，经过两个主汛期的应用，冷却器内部换热铜管运行情况较在线清洗系统投运前有明显改善，机组各轴承的瓦温未再出现异常升高情况，没有出现因冷却器铜管堵塞而造成的机组非计划停运情况。综合比较以往情况，每年减少非计划停机时间约为120 h，具有明显的经济效益。年度无非停增发效益约：40 000 kW×120 h×0.32元/kW·h=153.6万元。

6.3 社会效益分析

长湖水电厂2号机组投入在线胶球清洗系统后，机组各部瓦温稳定，对比新技术应用前后主汛期机组瓦温变化情况（图2）及机组检修时拆出冷却器检查堵塞情况可以发现，新型胶球清洗技术在长湖水电厂的应用，切实对冷却器铜管起到了清洗作用，避免了铜管堵塞。

新技术应用后，从目前的运行情况来看，以下几方面的安全风险已消除：①汛期出现机组轴承瓦温异常升高缺陷；②滤水器滤网堵塞造成技术供水压力偏低；③汛期人员消缺的作业安全风险。

7 结语

7.1 创新之处

在线清洗新技术的应用，能均布投球分流至各冷却器，经排水管处回收至收球网，回收的胶球继续投入到供水总管内，胶球在冷却器铜管内随水流动，起到了清洗铜管内壁的作用，减少了因水流缓慢而造成的泥沙淤积在铜管内壁的机会。投球、收球全部自动完成，实现了全自动投球、收球、排污功能，大大减轻了人工劳动，实现了不停机在线实时清洗冷却器的功能。多效过滤装置与在线胶球清洗系统配合使用，避免因铜管淤积堵塞而造成冷却器效率降低甚至失效的缺陷发生，从而使机组在汛期能安全、稳定运行，降低非停风险。

7.2 推广应用价值

该技术的应用，是首次将多效过滤与不停机在线实时清洗新技术应用到水电厂机组技术供水系统中，通过实时在线清洗，保证机组各部冷却器换热管路内壁清洁，确保了冷却效果。不停机在线实时清洗新技术在水电机组技术供水冷却器换热管路清洗领域达到国内领先水平，有较好的推广应用价值。

[1]周雄.水电站技术供水方案综述 [J].四川水力发电,2006,25(4):64-66.

[2]吴同锋，蔡晓君，刘湘晨，等.常用换热器清洗技术及选用[J].化工机械，2016，43（3）:268-271.

[3]杨晓良.换热器清洗技术[J].清洗世界，2010,26（8）:14-20.

[4]任丽君，刘博，孟继安，等.张家口电厂6号机胶球清洗系统改造与运行效果[J].汽轮机技术，2014,56（6）：451-460.