膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器在機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)用？

      膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器在機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)用？在我國(guó)多泥沙河流上運(yùn)行的水電站，汛期機(jī)組冷卻器銅管淤堵問(wèn)題一直非常嚴(yán)重。有的電站在冷卻供水系統(tǒng)中采用反沖或正、反交替運(yùn)行的措施，雖然對(duì)防止水草等堵塞具有一定的效果，但對(duì)粘附在冷卻器管壁上的泥漿(大多是粒徑0.1～0.025mm的細(xì)沙)仍然不能在運(yùn)行中清除。冷卻器管壁粘附泥漿之后，不但因過(guò)水?dāng)嗝鏈p小和銅管的導(dǎo)熱性能降低，影響冷卻器的使用效果，而且即使在停機(jī)的情況下來(lái)處理冷卻器的淤堵也是非常困難的。為了研究解決水電站運(yùn)行中的這一老大難問(wèn)題，我們根據(jù)火電廣用膠球有效地清洗冷凝器銅管管壁粘附物的經(jīng)驗(yàn)，特地在和壇罐窯兩個(gè)多泥沙水電站，進(jìn)行了在機(jī)組運(yùn)行中用膠球清洗發(fā)電機(jī)空氣和推力軸承冷卻器的試驗(yàn)。現(xiàn)將清洗的工作原理和試驗(yàn)情況介紹如下：
(一)用膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器的工作原理
      在運(yùn)行中用膠球清洗機(jī)組冷卻器，就是利用射流泵或離心膠球泵，把比重接近水、球徑小于冷卻器銅管管徑1～2mm的若干硬質(zhì)膠球，或球徑較冷卻器管徑大1～2mm的軟質(zhì)膠球輸進(jìn)冷卻水系統(tǒng)，靠冷卻器銅管兩端的水壓差作用，使膠球通過(guò)冷卻器銅管。當(dāng)硬質(zhì)膠球通過(guò)冷卻器銅管時(shí)，不但會(huì)對(duì)管壁不斷撞擊，起到清洗作用，而且隨著膠球在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，改變了管內(nèi)的水流狀態(tài)，即在有膠球通過(guò)的管壁附近流速升高、流向改變(見(jiàn)圖1,a)。
      當(dāng)軟質(zhì)膠球通過(guò)冷卻器銅管時(shí)，球?qū)��?duì)管壁的附著物產(chǎn)生擠壓和刮削(見(jiàn)圖1,b)作用。由于硬或軟膠球?qū)�冷卻器的不斷作用，不但可以防止水中泥漿等懸浮物在管壁上結(jié)垢，而且可以清除管壁上已有的附著物，從而達(dá)到在運(yùn)行中連續(xù)不斷清洗冷卻器銅管的目的。
圖1膠球清洗裝置銅管管壁情況(a)硬膠球(b)軟膠球
(二)水電站運(yùn)行中用膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器的試驗(yàn)
      電站發(fā)電初期因有水庫(kù)的沉沙作用，水質(zhì)良好，主變和機(jī)組供水系統(tǒng)運(yùn)行正常。當(dāng)水庫(kù)快淤滿時(shí)，冷卻器也開(kāi)始出現(xiàn)淤堵現(xiàn)象，特別是近幾年，每到汛期發(fā)電機(jī)的空氣、推力軸承冷卻器和主變冷卻器淤堵十分嚴(yán)重，以致設(shè)備運(yùn)行溫度經(jīng)常超限。每遇這種情況，只好減負(fù)荷或頻繁切換備用冷卻器以及停機(jī)吊出冷卻器進(jìn)行清洗。表1為該電站2號(hào)機(jī)冷卻器內(nèi)粘附的泥漿粒徑級(jí)配分析結(jié)果。這種泥漿附著力很強(qiáng)，人工清洗時(shí)，要用直徑小于冷卻器銅管內(nèi)徑的鋼管插入銅管內(nèi)，邊通壓力水邊捅才能將泥漿擠出，不但清洗麻煩，勞動(dòng)量也大。為了改變這種被動(dòng)局面，電站先后在4號(hào)和其他機(jī)組冷卻水系統(tǒng)上裝了用膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器的裝置。
表12號(hào)機(jī)冷卻器淤泥粒徑級(jí)配
粒徑d(mm)<0.250.10<0.050.025<0.010<0.007
百分比(%)10097.550.117.44.82.9
1.電站的膠球清洗裝置和試驗(yàn)系統(tǒng)
      水電站大水頭55.3m,小水頭39.7m,冷卻系統(tǒng)采用自流供水方式，汛期以壩前取水為主供給水源，蝸殼取水為備用水源。一臺(tái)機(jī)有18只空氣冷卻器和12只推力冷卻器，18只空氣冷卻器并聯(lián)成18路供水(水量為5gsm3/min),每只冷卻器有135根中19/φ17mm銅管(見(jiàn)圖2,a);12只推力冷卻器以每3只串聯(lián)，再并聯(lián)成4路供水(水量為320m3/min),每只冷卻器有94根φ19/φ17mm的銅管(見(jiàn)圖2,b)。圖3是電站用的膠球清洗裝置和試驗(yàn)系統(tǒng)，射流泵出口設(shè)有分流閥，可對(duì)空氣冷卻和推力冷卻器分別進(jìn)行清洗。試驗(yàn)裝置中主要部件的性能規(guī)格如下：
      (1)射流泵，其工作水源取自機(jī)組冷卻供水總管，進(jìn)口壓力0.42MPa,出口壓力0.28MPa,工作流量25L/s,噴咀直徑37mm;
      (2)收球網(wǎng)，呈圓錐形，網(wǎng)長(zhǎng)1.35m,進(jìn)口直徑408mm,出口直徑65mm,網(wǎng)孔直徑8mm,由厚3mm的不銹鋼板制成；
      (3)集球室，圓筒形集球室內(nèi)設(shè)有收球蝶閥，閥瓣上有過(guò)水孔，室下通過(guò)短管與射流泵工作室相連，使泵有好的吸球性能；
      (4)膠球，要求膠球具有蜂窩狀連續(xù)氣孔，在濕狀態(tài)下的比重接近1,和有良好吸垢性和耐磨性，能自身脫落球上的附著物。球在使用前應(yīng)在水中浸泡半小時(shí)，并不時(shí)用手反復(fù)揉搓，使球能懸于水中任何部位。試驗(yàn)用球系生產(chǎn)的中17mm、φ18mm橡膠海綿球。
圖3膠球清洗裝置和試驗(yàn)系統(tǒng)
1、2-膠球清洗裝置工作時(shí)的混合水壓表；3—溫度表；4一水銀溫度計(jì)
2,電站膠球清洗試驗(yàn)
      (1)4號(hào)機(jī)的膠球清洗試驗(yàn)。4號(hào)機(jī)的試驗(yàn)是在汛期進(jìn)行的，試驗(yàn)時(shí)膠球清洗裝置同時(shí)向空氣冷卻器和推力冷卻器供給φ18mm軟質(zhì)膠球，一次加球150個(gè)，2次加球400個(gè)，連續(xù)循環(huán)清洗40h后，一次5min內(nèi)收球65個(gè)，2次5min內(nèi)收球63個(gè)，機(jī)組各部溫度正常，說(shuō)明球的運(yùn)動(dòng)情況良好。隨后加球1200個(gè)，連續(xù)運(yùn)行55h后，發(fā)現(xiàn)各瓦溫上升2～3℃,但冷熱風(fēng)溫度仍然正常。經(jīng)停機(jī)拆開(kāi)4號(hào)推力冷卻器端蓋檢查，有15根銅管被膠球堵死。后提高水壓沖洗，共收回球1283個(gè)，尚有467個(gè)球未收回。再次停機(jī)吊出兩個(gè)空氣冷卻器檢查，未發(fā)現(xiàn)有膠球，但在3號(hào)和10號(hào)推力冷卻器內(nèi)分別取出52個(gè)和29個(gè)膠球，并且有的管已被淤泥堵死。
      (2)2號(hào)機(jī)的膠球清洗試驗(yàn)。2號(hào)機(jī)試驗(yàn)時(shí)，在總結(jié)4號(hào)機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將推力冷卻器由原來(lái)的3串聯(lián)和4并聯(lián)改成12并聯(lián)的連接，還在射流泵出口加裝切換閥，以便能對(duì)空氣和推力冷卻器分別進(jìn)行清洗。此外，為了取得完整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)系統(tǒng)又加裝了壓力表、差壓計(jì)和溫度計(jì)。試驗(yàn)是在河水較清的枯水期進(jìn)行的。試驗(yàn)時(shí)由于蝸殼取水的水壓低，射流泵不能吸水輸球，后改為壩前取水。當(dāng)泵調(diào)整到進(jìn)口水壓為0.45MPa、泵的出水壓為0.24MPa和混合水壓為0.14MPa時(shí)，泵的吸球效果好，此時(shí)置切換閥在空氣冷卻器一側(cè)，待機(jī)組帶額定負(fù)荷運(yùn)行1h后加球500個(gè)，運(yùn)行10多分鐘后，連續(xù)5次收球沒(méi)有收到一個(gè)球。又兩次改變切換閥方向，先后加球975個(gè)，運(yùn)行4個(gè)多小時(shí)，仍一個(gè)球也未收到。根據(jù)加球前后有關(guān)溫度和水壓變化資料，加球后空氣冷卻器出水溫度升高1℃左右，收球網(wǎng)前后的水壓差有所下降，說(shuō)明收球網(wǎng)出口有堵塞。經(jīng)停機(jī)檢查，收球網(wǎng)出口堵有大量小木條、渣屑(樹枝和草)和膠球350個(gè)。為了將小木條等沖走，裝回收球網(wǎng)后，在停機(jī)狀態(tài)投入機(jī)組供水系統(tǒng)反沖運(yùn)行半小時(shí)，然后開(kāi)機(jī)并加球500個(gè)，54S后膠球相繼回到集球室又迅速被射流泵吸走。半小時(shí)后回球減少，立即收球只收到85個(gè)，說(shuō)明收球網(wǎng)出口又被堵塞。
(三)壇罐窯電站運(yùn)行中用膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器的試驗(yàn)
      壇罐窯電站系徑流河床式水電站，大水頭28m,單機(jī)容量6000kW,機(jī)組設(shè)有4個(gè)空氣冷卻器，每個(gè)冷卻器有96根φ19/φ17mm的銅管。因電站水頭不能滿足射流泵的工作水壓要求，只得采用離心膠球泵，試驗(yàn)中實(shí)際采用PW雙污水泵。膠球清洗系統(tǒng)見(jiàn)圖4.這2次試驗(yàn)是在枯水期進(jìn)行的，試驗(yàn)情況見(jiàn)表2。從兩次加球和多次收球試驗(yàn)情況來(lái)看，用離心膠球泵同樣能達(dá)到射流泵的輸球效果。另外由于該站的濾水器過(guò)濾作用較好，不僅水中的渣屑少，管路的彎道和死角處也沒(méi)有汛期積留的渣屑，因此在試驗(yàn)中未出現(xiàn)象電站那樣大量渣屑堵塞收球網(wǎng)出口的現(xiàn)象。
      此外，與電站相比，該站的空氣冷卻器只有4個(gè)，供水管路較簡(jiǎn)單，彎道和死角也少，管路內(nèi)積球的機(jī)會(huì)相對(duì)較少，因此收球率比電站相對(duì)較高，一次收球率達(dá)50～60%,多次收球率·達(dá)80%。在試驗(yàn)中用延長(zhǎng)一次收球的時(shí)間并不能提高一次收球率，只有改變管內(nèi)流態(tài)，才能繼續(xù)收到球，因該站無(wú)反沖措施，試驗(yàn)中只好用關(guān)(短時(shí))、開(kāi)供排水管的進(jìn)、出水閥門來(lái)改變流態(tài)，將死角處的積球沖出來(lái)，這樣一次又一次可陸續(xù)收到一些球，使多次收球率達(dá)到80%左右。以上情況說(shuō)明，用膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器供水系統(tǒng)，有必要采用正、反向運(yùn)行的方式，但必須注意收球網(wǎng)的安裝位置，不能在正、反向運(yùn)行時(shí)使膠球跑到下游去。
(四)試驗(yàn)成累分析
      1.從以上兩水電站在運(yùn)行中用膠球清洗裝置系統(tǒng)冷卻器的試驗(yàn)看，空氣冷卻器在清洗過(guò)程中一直走球順暢，無(wú)增球現(xiàn)象，在投球后的冷、熱風(fēng)混度也一直正常，這說(shuō)明直管式的空氣冷卻器雖多達(dá)18路并聯(lián)，管路也較復(fù)雜，采用膠球同時(shí)對(duì)多個(gè)冷卻器進(jìn)行清洗，同樣是可行的。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，膠球自集球室吸走到返回集球室循環(huán)一次的時(shí)間不到1min。
      2.推水冷卻器在膠球清洗試驗(yàn)中堵球嚴(yán)重，推力瓦溫普遍升高2～3℃,分析其原因有以下兩點(diǎn)：
      (1)推力冷卻器的銅管為“U”形彎管，彎道部分由于工藝上的原因，管截面橢圓度較大，膠球通過(guò)一組冷卻器要經(jīng)過(guò)6個(gè)帶有橢圓度的“U”形彎道、6個(gè)冷卻器水室和10多個(gè)進(jìn)出水管彎頭，流道曲折，走球極不順暢，只要一處受阻，就會(huì)卡球堵賽管道。
      (2)推力冷卻器是3個(gè)串聯(lián)成組再并聯(lián)到排力冷卻器供排水管上的，每個(gè)冷卻器的鍋管又是兩組串聯(lián)工作的。這樣，在相同的工作水壓下(空冷器、推力冷卻器總進(jìn)、出水口水壓基本一樣),推力冷卻器銅管兩端的水壓差就比空冷器小得多。若按管徑、管長(zhǎng)、管形都相同的串聯(lián)各管的水力損失大致相同來(lái)考慮，其銅管兩端的水壓差大約只有空冷卻器銅管的1/3。試驗(yàn)測(cè)得環(huán)管進(jìn)口水壓為0.14MPa,空冷卻器進(jìn)、出口的水壓差約為0.04MPa。按此拖算空冷卻器銅管兩端的水壓差為0.02MPa,而推力冷卻器銅管兩端的水壓差則只有0.007MPa。由于推力冷卻器與空冷卻器存在上述差別，故彎銅管的推力冷卻器不宜采用膠球清洗。如要用膠球清洗，則必須采用球徑比銅管內(nèi)徑小1～2mm的軟質(zhì)膠球。
      3.在電站2號(hào)機(jī)膠球清洗試驗(yàn)時(shí)，由于試驗(yàn)前供水管路的正、反向運(yùn)行和試驗(yàn)中膠球運(yùn)動(dòng)的作用，改變了管內(nèi)水流的狀態(tài)，致使汛期堵在管內(nèi)的木條、渣屑部分隨水流匯集到收球網(wǎng)，將收球網(wǎng)φ65mm的出白堵死，雖停機(jī)清除運(yùn)行不久又被堵死。收球網(wǎng)出口易堵的主要原因是機(jī)組冷卻水進(jìn)口總管工的旋轉(zhuǎn)濾水器的濾網(wǎng)部分銹堵后破損前出現(xiàn)裂口，加之濾網(wǎng)頂部又進(jìn)行過(guò)局部切閣，故使大子濾網(wǎng)孔徑4mm的渣物也能進(jìn)入冷卻水管，造成收球網(wǎng)出口的堵塞。因此，只要濾水器濾網(wǎng)完好就能有效地濾去44mm以上的渣物，收球網(wǎng)出口及網(wǎng)孔是不易堵塞的。其次是收球網(wǎng)結(jié)構(gòu)尺寸木妥，其*65mm的出口直徑太小，容易被堵塞。
      4.試驗(yàn)表明，射流泵進(jìn)門水壓0.42~0.5MPa,出口水壓0.19～0.20MPa,混合水壓0.13~0.15MPa時(shí)，射流泵的吸球性能良好，膠球清洗裝置工作正常。
      5.膠球通過(guò)冷卻器時(shí)將部分渣物、淤泥沖走，使冷卻器銅管過(guò)流斷面和熱傳導(dǎo)性能有所增加，如電站2號(hào)機(jī)加球清洗2h后(盡管僅部分膠球一次通過(guò)冷卻器銅管),其空氣冷卻器出水溫度約升高0.5℃~1℃就說(shuō)明這一點(diǎn)。
      6.從收球網(wǎng)灣物中清出了部分損壞的膠球，有的已磨損球徑變小，有的經(jīng)長(zhǎng)期水泡、摘擊后，球組織疏軟、球體膨脹，有的被撕成碎塊。此外，尚有一部分球仍留在管內(nèi)，一部分則在反向運(yùn)行時(shí)隨水流跑到尾水去了，因此收球率一般比較低。
      水電站膠球清洗技術(shù)尚有待進(jìn)一步改進(jìn)、完善。為縮短膠球的運(yùn)動(dòng)路徑，減少堵球，膠球清洗裝置系統(tǒng)的管路應(yīng)短而直，彎頭、死角要少。為此，膠球清洗裝置可用切換閥控制，對(duì)冷卻器采取單個(gè)或分組輪流進(jìn)行清洗的措施。為防止濾水器失效后渣屑堵塞收球網(wǎng)，可采用活動(dòng)式收球網(wǎng)或收球網(wǎng)加旁通管的方式，一旦網(wǎng)被堵，即可不停水收網(wǎng)清渣，保證冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。