膠球清洗裝置凝汽器系統技術在水電廠的應用

     膠球清洗裝置凝汽器系統技術在水電廠的應用，水電機組的空氣冷卻器、軸承冷卻器銅管內結垢的問題，一直是困擾許多水電廠的共同問題。因為結垢引起冷卻器銅管導熱性能下降，機組溫度上升，夏天被迫限負荷運行；更嚴重時引起銅管堵塞，使機組于豐水期被迫停機檢修清污，造成棄水。例如我省發電總廠四級電站，機組因水質污染冷卻器銅管堵塞，開機后僅2h推力瓦溫度就升到68°C,機組只能半負荷斷續運行。
     冷卻器結垢無論在多泥沙河流或清水河流都可能存在，尤其是多泥沙河流，水的含沙量大，汛期經常發生泥沙淤積墻管。我省大多數電站雖然為清水河流電站，冷卻器積垢堵管問題卻依然經常發生。結垢分為硬垢和軟垢，我省石灰巖地區的水中因含有較多碳酸鹽和重碳酸鹽，常使冷卻器銅管內結上硬垢；近年來一些工業排污失控，也常使冷卻器迅速增厚硬垢，造成嚴重后果。銅管內的硬垢往往很難清除。
     另外，我省一些清水河流電站，水中的污物日積月累，也會在管壁上結成一層略帶彈性的軟泥層，即軟垢。這種軟垢是由水中的微小灰塵和纖維、有機物等混合而成，有一定韌性，水沖不掉，必須停下機來用機械方法清除。如烏江渡、等發電廠，每次大修都要從冷卻器里捅出很多污泥。實際觀察，清水河流電站結垢雖然較慢，可是一旦結了，卻相對更難清除。
     為了解決冷卻器結垢問題，各水電廠采取了種種辦法，如設置沉沙池、冷卻水定期切換反向運行及其它物理、化學方法等等，取得了一定效果，但一些機組在渡汛前后仍需停機清洗冷卻器，仍不能實現運行中清污。試驗研究所與發電總廠在四級電站3號機組上采用了膠球清洗技術，經3年多試用，銅管清潔無堵塞，較好地解決了這一問題，其經驗可供借鑒。
1膠球清洗裝置原理
     膠球清洗裝置技術，簡言之就是使一定直徑的膠球在水壓作用下通過冷卻器銅管，清除銅管內壁的污垢。此項工作可以在機組運行中自動進行，不必停機手工操作。此項技術在火電廠早已得到采用，在五十年代初期是以兩種類型向前發展：一種是東德的“阿培卡”系統，以比銅管小1～2mm的硬質膠球為清洗元件；另一種是西德的“塔布洛格”清洗系統，以比銅管大1～2mm的軟質海綿膠球為清洗元件。兩種膠球比重均接近于水。
     這兩種系統所采用的元件不同，清洗原理不同，清洗的效果也有所差異。經幾十年長期實踐結果證明，后一系統效果較好。目前各國火電廠大量采用膠球清洗系統來清洗凝汽器，改善了經濟性，節約了燃料。根據國外刊物近30年來的不完全報導來看，膠球清洗技術將逐步取代其他清洗技術而躍居位。
     有關方面介紹并比喻說：“膠球清洗裝置系統。是一種就象老年人離不開拐杖一:樣離不開的東西”。可見其運用之廣。硬球清洗銅管的原理作用，主要是使銅:管壁邊層區域的流速提高，把沉淀釣帶走，使其不能沉積在管壁上；同球在管內不規則運動與管壁不斷產生撞擊，也起到一定清:洗作用。見圖1所示。
     A:管內無膠球時；
     B、D:膠球流動軌跡偏下、偏上時；
     C:膠球流動軌跡與銅管中心線一致時。
     軟球清洗系統中，軟球進入銅管后被壓縮，其周圍與銅管周圍均有接觸，二者相摩擦將管壁上的沉積物除去，而脫落下來的沉.積物則被流經海綿膠球微孔而走在膠球前面的水帶走，從而保證膠球在銅管內不斷地移動而不被阻死在管內。見圖2所示。
2膠球清洗技術在水電廠運用存在的問題
     膠球清洗裝置凝汽器的方法在火電廠已成功應用，水電機組冷卻器也是由銅管組成，能否也采用膠球清洗技術，實現一邊發電一邊清污呢?對此，數年來國內不少試研所和發電進行了大膽嘗試，但效果都不盡人意，故未得到廣泛持久地推廣運用。這說明膠球清洗技術中仍有不少技術細節未被完全吃透，值得再琢摸。特別是水電機組冷卻器與汽輪機凝汽器在各方面有很多不同之處，不了解這些區別，就不能針對具體問題進行解決獲得成功。
     先來看汽輪機凝汽器的情況。凝汽器檢修周期較短，且多為分半結構，萬一有部分膠球堵管需處理，也可分半運行切換檢修；銅管是直管，處理堵球也比較容易，且銅管數量多，一般有數千根，少量的堵球影響不大，收球率在85%以上就可應用。而水電機組有其特殊性：
     (1)水電機組冷卻器安裝于機組內部，萬一發生膠球堵管事故，需停機吊開勵磁機拆開機組油槽才能進行處理，處理完后裝復時需重新調整導瓦等，處理一次非常不易。
     (2)水電機組檢修周期較長，大修間隔一般3年，因此要求膠球清洗系統可靠性高，中途不能出故障。
     (3)水電機組軸承冷卻器飼管數量少，總共才數十根，如果收球率不高，每次哪怕只堵住1、2根管子，積累下來也會造成很大影響。
     (4)水電機組冷卻器形狀復雜，銅管長度大、轉彎多。例如上導冷卻器每根銅管長度就大于50m,并由多個圓弧段組成，中間還有23處180°的急轉彎和十余處90°的轉彎，管內阻力相當大，過球困難；冷卻器只允許運行在0.15～2.8MPa的壓力范圍內，不能靠過高地提高壓力來沖球，否則水就可能漏入油中引起事故。
     (5)水電機組本來就沒有按照運行膠球清洗系統的要求設計，油槽內部設備排列緊湊，幾乎沒有可增設東西的余地，各種連接管道細長且急彎多，混凝土的埋管大都嚴重積垢，通流能力很小，而且內部有直角彎頭無法用鋼筋疏通，混凝土機井厚度為2m以上，無法打穿增設新管。
     (6)水電機組的冷卻水直接取自上游排至下游，不循環使用，石塊、樹葉、樹枝多，如進入銅管則會卡住膠球。
     鑒于以上水電機組特點，要求水輪發電機組的膠球清洗系統可靠性相當高，裝上后直到數年后大修這期間一般就不能進行任何內部的調整改動了；要求收球率接近100%,到下次拆機期間膠球的堵管率不能超過1/4(即起碼要求70%～80%)的管道保持完全暢通且干凈無垢)。這就意味著在水電機組上試用膠球清洗技術沒有試驗的機會，只能一次成功，否則就可能造成巨大的返修工作。
     由此看出，在水電廠采用膠球清洗技術是有一定困難和風險的。
     試驗研究所與發電總廠根據水電機組的具體情況，組織有關各部門家進行技術研討，在電站作了多次模擬試驗以及真機試驗，并經受了局部返工等挫折，逐步摸清并解決了存在的種種問題。實踐中體會到，在水電機組上運用膠球清洗技術，要注意以下問題：
     (1)技術供水必須清潔無雜質。要作到這點，在短期內是容易的，將濾網孔眼改小就是了，但是時間一長，水中的雜草污物堵塞以及網本身的結垢，將使過流面積減小，嚴重時壓垮濾網。因此除了在強度上要加強外，還得考慮運行中的清污問題。
     (2)膠球清洗裝置改造冷卻器。校核冷卻器銅管的阻力，必要時重新組合銅管，使各段阻力相等，壓差均勻；改造端蓋，減少死角，調整進水孔位置，并且使膠球在各管中分布均勻，讓每根銅管都有機會進球。
     (3)解決埋設管道的堵管問題。經觀察，一般冷卻器結垢的機組，其供水管道尤其是埋設管道結垢也嚴重，必須設法清除，否則也會影響膠球正常運行。對于膠球要通過的進排水埋設管道，運行時由于球的不斷擾動和沖撞作用，不太容易積垢；而通向下游的排水管道很長，膠球不通過，容易結垢，宜將其改為明管，萬一堵塞可以分段清洗，這樣基本可以對付技術供水系統管道的堵塞問題。
     (4)精確設計收球器。收球器是膠球清洗系統的關鍵部件，從冷卻器出來的水和膠球就在此分離，然后膠球再次參加循環。膠球在收球漏斗中受到流向下游的水流和再循環水流的沖擊，膠球是否能沿漏斗璧前進，與所受到的水沖擊力的合力、漏斗對膠球的摩擦阻力、以及漏斗錐角的大小等因素有關，必須經過仔細計算和試驗，否則膠球會貼在網孔上不向前滾動，造成積球。
     (5)膠球的性質。根據水質確定膠球的性質和投球清洗周期。經水質分析，貓跳河水中含的污染物主要是鈣、鎂、鋁、鐵等陽離子與碳酸根生成的難溶鹽，沉淀下來在冷卻器里生成白色硬塊，加上水中的泥沙、纖維、雜質等混合生成積垢，堵塞管道。要清除這類積垢，并不是所有的腋球都適用，必須從眾多種類的膠球中篩選出合適的膠球，并且按沉積速度規定清洗周期和每次清洗時間，以使積垢不能累聚沉淀。
     對于膠球的性能，我們經過多次摸索發現，有些在火電機組中能用的膠球，在水電機組中不一定能用。水電機組冷卻水壓力比火電廠凝汽器的高，一般的膠球剛進入進水管即被壓縮變小，故對冷卻器進口污垢沒有多大刮削能力，而越靠近冷卻器出口壓力越低，球就變得越大，又很容易卡在管中出不來。另外，由于冷卻器進、出口壓差大，有些膠球進、出幾次后，即受水中的微氣泡作用而變大，這種情況類似“爆米花”的效果，即使預先在水中泡了數十天的球進去后也不能幸免。這些特殊現象都是在反復實踐中才被發現并解決的。再就是火電廠的投球數是(10～20)%銅管數，而水電機組冷卻管路長，膠球循環周期長，球分布在沿程的時間相對較長，必須增加投球率，其比例可以通過試驗確定。
     (6)要考慮一定的反事故措施。膠球系統在運行中萬一發生卡球事故，一般是不能停機、拆機進行排除的，需要預先設置一些反事故措施。例如，空氣吹掃、擾動、反沖等，這些措施對膠球系統正常運行起到了保證作用。
     (7)改造膠球泵。購來的成品膠球泵一般只適合火電廠用，在水電廠打不進膠球，水電廠用的膠球泵需要揚程高而流量小。在無法購到新泵的情況下，可以改造水泵葉輪，使之合乎要求。改造泵葉后須檢驗振動情況并校核電動機是否過載。
3效果
     凝汽器膠球清洗裝置在發電總廠四級電站3號機投入運行以來，清污能力良好。該站同型的1、2號機組曾因管道、冷卻器結垢，機組溫度升高而被迫停機除垢。3號機改為膠球清洗后效果良好，運行正常，無溫度升高現象。以熱的夏天為例，實測得機組軸承運行溫度與改造前的同期溫度相比如下附表。
3號機運行3年后拆開冷卻器檢查，銅管內部清潔無垢。
     經核算，采用膠球清洗裝置后每臺機組每年可減少直接經濟損失28萬元。如果推廣運用，其經濟效益更將會十分顯著,并能提高水電機組的調峰能力。
     還值得一提的是，膠球清洗裝置技術運用于水電機組，不僅對水質有污染的河流有效，對于無工業污染的水質，清除冷卻器中的淤泥積垢也很有效。