一次直流循环水电站凝汽器胶球清洗装置问题分析与处理

一次直流循环水电站凝汽器胶球清洗装置问题分析与处理

闫志高

山东电力建设第三工程有限公司，青岛，266100

摘要：印尼某一次直流循环水电站项目，在机组调试运行期间投运凝汽器胶球清洗装置过程中，出现了胶球泵无法正常启动和胶球收球率低的问题，本文对这些问题进行了描述，同时对原因分析和改造解决过程进行了介绍，并提出了类似项目的预防措施和建议。

关键词：胶球清洗装置 收球网 收球率 胶球 胶球泵 一次直流循环水 虹吸

引言：

    印尼某2x100MW燃煤电站项目，循环水系统为海水一次直流循环冷却系统，海水通过引水明渠及暗沟自流进入循环水泵房前池，经循环水泵升压后输送至主厂房内凝汽器，在凝汽器内换热后流入厂区排水暗沟，然后至曝气池内，曝气池之后通过排水暗沟最终流入大海。循环水泵房内共安装了5台循环水泵，每台机组配备2台循环水泵，1台循环水泵为2台机组公用备用，循环水泵正常运行时利用了大约7米高度的虹吸来维持系统运行。每台机组设计有2套胶球清洗装置，分别对凝汽器A、B侧换热管进行清洗；胶球清洗装置运行时，通过胶球泵将胶球输送至循环水进水管，然后对凝汽器换热管进行清洗，之后通过循环水回水管上的收球网收球后，再重新回到胶球泵入口。

一、问题描述

在本项目机组调试运行期间，胶球清洗装置主要出现了以下问题：

1、胶球泵无法正常启动

一台机组的两台循环水泵正常运行时，凝汽器两侧循环水进、回水管道上蝶阀全开状态下，循环水回水管道上胶球收球网处真空压力表测得压力为-0.01MPa，打开胶球泵入口阀门和出口管道上的排气阀门后，出口管道排气阀向内吸气，胶球泵无法正常启动。

2、收球网关闭状态下跑球

现场采取临时措施使胶球清洗管道内水正常循环，胶球泵启动后，在胶球清洗装置调试过程中出现投入的胶球不能正常回收，在收球网一直关闭状态下，在脱硫曝气池发现了大量胶球。

3、胶球系统收球率低

胶球泵可以正常启动运行后，进行了多次投球测试，试验结果显示胶球收球率不足10%。

二、原因分析

1、胶球泵无法正常启动

根据本项目循环水系统设计特点，胶球收球网位于凝汽器出口循环水回水管道立管上，在循环水回水管道蝶阀全开时，此段管道由于循环水虹吸作用形成负压，收球网上胶球出口管道位于循环水回水立管段负压处（通过压力表测试为-0.01MPa），同时由于胶球泵入口标高（+0.604m）高于收球网胶球出口接口标高（+0.218m），胶球泵入口管道内压力相对于循环水压力为负压，导致胶球清洗系统管道内无法充水，胶球泵为离心泵，因此无法正常启动。

2、收球网关闭状态下跑球

停运循环水系统后，打开收球网检查发现，收球网关闭状态下与循环水管道内壁间隙过大，导致胶球从此间隙处跑到曝气池。

3、收球率低

胶球清洗系统在验收过程中始终无法正常收球，经过分析，考虑可能存在以下几点原因：

1）循环水系统压力低，导致胶球不能正常通过凝汽器换热管；

2）凝汽器水室顶部没有充满水，循环水回水压力过低胶球停留在水室上部，不能顺利回到收球网；

3）循环水系统压力低，导致收球网处胶球不能顺利完成回收；

4）胶球泵安装在汽机房0米地面，安装高度高于收球网胶球出口管道标高，或胶球泵设计吸程不足，导致收球网处胶球不能顺利完成回收；

三、解决方案

为解决本项目胶球清洗装置存在的问题，现场根据以上原因分析对#2机组先后进行了以下改造处理：

1、胶球泵无法启动临时解决方案

通过上述分析认为胶球泵入口管道内压力相对于循环水压力为负压，导致胶球泵无法正常启动的原因，现场在启动胶球泵前将循环水回水管道蝶阀开度临时关小至40%以下，提高蝶阀前循环水压力进而将胶球泵进口管段内压力提高为正压，此时胶球泵入口管道可以顺利进水，然后将胶球泵顶部放气阀打开，待胶球系统管道内充满水后再将放气阀关闭，胶球泵即可正常启动运行。

2、调整收球网格栅板、调整执行机构行程解决收球网跑球问题

1）调整收球网格栅板上小格之间的间隙至小于5mm ；2）将格栅板调整到完全闭合位置后，重新定位执行机构的位置，标定好关闭位置，此时发现格栅板底部两侧仍存在较大缝隙约20mm（胶球直径22mm），在水压下胶球有冲走的可能性，于是将缝隙较大的位置增加316L焊接挡板，保证缝隙小于5mm。

3、将胶球泵移位至凝汽器底部解决胶球泵不能正常启动问题

胶球泵启动临时解决方案中，需要将循环水管道回水蝶阀关至40%开度以下胶球泵才能正常启动。为了永久解决胶球泵无法正常启动的问题，现场将胶球泵移位至凝汽器底部，并重新布置胶球系统管道，移位后胶球泵入口管道标高为-3.1m，低于收球网胶球出口管道标高+0.218m，在胶球泵启动前，循环水回水蝶阀全开时，胶球系统管道和泵体内会充满水，胶球泵可随时启动并投入运行。

4、更换胶球

本项目设计胶球直径为24mm，针对胶球本身质量可能存在问题或尺寸过大的原因，现场更换了22mm质量合格的新胶球后进行了投球试验，结果发现收球率没有改观，因此可以说明原设计供货的胶球本身质量和尺寸不是造成收球率低的原因。

5、调整循环水系统运行参数

针对可能存在循环水压力低影响收球的原因，现场通过调整循环水系统运行工况进而提高循环水压力后，在不同工况下进行了投球实验，调整后的循环水系统运行工况包括：

1）2台循环水泵运行时，将循环水回水管道阀门开度调到40%；

2）开启备用循环水泵，3台循环水泵同时运行工况。

2机组通过最后改造导流板解决了收球率低的问题，为了验证导流板问题是否是造成胶球无法正常回收的唯一原因，现场在#1机组胶球清洗系统上做了以下试验：

在不更改胶球泵原安装位置标高的情况下，按照#2机组导流板改造方案对#1机组胶球收球网进行了改造，完成后进行了投球试验，结果发现胶球收球率不到35%，虽然相比最初的回收率有所提高，但是远远达不到#2机组最终改造完后的91%。之后再将胶球泵位置更改到凝汽器底部，经过测试发现收球率达到了90%。通过两台机组胶球清洗装置改造对比，可以说明胶球泵安装位置偏高和收球网导流板尺寸及安装角度不合理是造成收球率低的主要原因。

四、预防措施及建议

通过以上问题原因分析和处理过程，可以看出本项目胶球清洗装置问题，是由于一次直流虹吸循环水系统压力低、胶球泵安装位置偏高和胶球收球网结构设计制造不合理等多个原因综合造成的。为了避免其他项目出现类似问题，对一次直流特别是存在虹吸的循环水系统项目，从设计和制造环节提出以下建议和规避措施：

1、胶球泵建议采用低位布置，即布置标高低于收球网上胶球出口管道标高；胶球泵优先选取高扬程、大流量、允许吸上真空度高（≥7m）、抗汽蚀性能优良的产品。

2、收球网推荐设计安装在循环水回水水平管道上，采用活动栅格分流型结构，网板驱动装置需具有足够的传递扭矩和推力，在网板前后压差达到最大并且电源电压在许可范围的下限时仍然能够正常工作，且采取可靠的自锁措施，有效避免两片网板启闭不同步造成的漏球缝隙以及网板在水流冲击下晃动。

2、收球网网板及主轴采用增强型设计，能够承载网板差压负荷，在水流冲击下不振动，长期使用不变形，结构坚固、经久耐用。

3、收球网网板建议采用手工安装，螺栓固定，消除焊接式网板易于发生焊接变形（导致间隙增大）、残余焊接应力的缺陷，同时避免了焊接带来的耐腐蚀性能的下降。

4、根据不同的循环水流速和压力，设计选用不同的网板迎流角度、栅格间距和栅格宽度，优化循环水过流特性，减低设备运行水阻。网板在洁净状态下的运行水阻≤300mm H2O。原则上球网板迎流角度应≤采用30°设计（布置空间允许角度越小越好），栅格间距为≤7mm（且不超过胶球直径的三分之一）。

五、结语

    凝汽器胶球清洗装置是汽轮机组在运行过程中对凝汽器换热管进行有效清洗的设备，该装置使用性能的好坏直接影响到汽轮机凝汽器的清洗程度和传热效果，为了确保胶球清洗装置正常稳定运行，需要从设计和制造环节严格控制，做到系统设计匹配，设备设计选型合理、制造验收合格，进而才能避免运行过程中出现跑球、收球率低等问题，使胶球清洗装置正常稳定运行。