電廠銅管凝汽器膠球清洗裝置技術及其選擇

凝汽器銅管結垢不僅會使汽輪機真空惡化，降低機組熱效率，還會威脅膠球清洗裝置機組安全運行，電廠必須采用合理的清洗技術以及時有效的清除凝汽器內污垢。介紹了幾種銅管凝汽器的清洗技術。與其它幾種清洗技術相比，超聲波除垢技術除垢效果好，節能效益顯著。

凝汽器銅管內壁出現臟污是造成凝汽器換熱性能下降的主要原因之一。300MW汽輪機凝汽器中，冷卻水管結垢0.5mm左右，可使真空度由90%以上降到85%以下，使發電:升高15g/(kW-h)~20g/(kW・h尸。

凝汽器水側污垢的集聚，不僅會惡化真空,降低機組的經濟性，而且還可能引起銅管腐蝕、泄露，嚴重影響了銅管的使用壽命。凝汽器銅管一旦發生泄露，會使機組鍋爐給水品質迅速變差，造成鍋爐水冷壁、過熱器等受熱面結垢，將對機組安全運行構成嚴重威脅。

因此,為了保終高施行，必須采用合理的海綿膠球除垢技術對凝汽器銅管內的污垢進行及時有效的去除。

1凝汽器膠球清洗裝置技術

目前，電廠凝汽器的清洗方式分為離線清洗和在線清洗兩種,離線清洗需待機組停機時方可進行,而在線清洗則可在機組正常運行過程中進行除垢。顯然，為了保證機組多發電、減少非計劃停機,在相同除垢效果條件下，在線清洗技術比離線清洗技術更佳。

1.1高壓水射流清洗

高壓水射流清洗是一種常見的離線清洗方式。高用高辱將清水加股20Mpa~50Mpa,通過孔徑只有1mm~2mm的特殊噴嘴，水流以極高的速度形成射流噴入凝汽器銅管內進行沖洗。高速的水射流以正向或切向沖擊被清洗表面，在清洗面上產生很大的瞬時碰撞動量，從而對清洗面上的垢物產生擠壓、剪切力，使垢物很快剝落并被沖掉。實際應用過程中需根據銅管內結垢的程度及設備材料的耐壓性能來確定合適的沖洗壓力。

該方法海綿膠球清洗效果較好，除垢率能可達80%以上。凝汽器銅管厚度只有1mm~1.5mm,對于已經發生點蝕或因其他原因造成管壁變薄處，高壓水的沖擊力容易引起缺陷的增大或加劇。噴射的高壓射流的壓力隨著管道長度方向衰減比較迅速，操作不當或是壓力選擇不合適可能會造成管內中間段和末段清洗效果變差，主要的缺點是其只能離線進行且清洗工作量比較大，從而影響了機組連續高效運行。

1.2化學清洗

根據DI/T957-2005火力發電廠凝汽器化學清洗及成膜導則國家標準，當運行機組凝汽器端差超過運行規定時，應安排抽管取樣檢查外壁有無腐蝕，內部隔板部位銅管的磨損減薄，內壁結垢、黏泥和腐蝕的程度。局部腐蝕泄漏或大面積均勻減薄量達1/3以上厚度時，應先換管再清洗，垢厚不小于0.5nun或污垢導致端差大于8無時應進行化學清洗。

化學清洗可在機組停機檢修時進行，其工作原理是在凝汽器銅管中加注化學藥劑（隨垢質主要成分的不同選擇合適的化學藥剤），常見的化學清洗工藝有鹽酸清洗，氨基磺酸清洗，堿液清洗,除油劑清洗等。加注的化學藥劑與銅管內壁污垢發生化學反應，從而能達到除垢目的，清洗過程需要加入緩蝕劑以防止對銅管造成腐蝕，清洗完成后還需要對銅管進行成膜保護,當垢質主要成分為碳酸鹽垢時，經酸洗后會產生大量泡沫,此時還需加注適量消泡劑。

在線化學清洗技術是在機組運行過程中通過加藥泵等設備向機組循環水管道中加注化學藥劑以實現在線除垢目標,其清洗原理與停機化學清洗相同,在線化學清洗比停機清洗工藝過程復雜且控制難度比較大。

凝汽器經化學清洗后，可使銅管內表面光潔,提高其換熱效率從而可以提高凝汽器真空度，改善水汽品質�；瘜W清洗除垢能力很強且除垢比較徹底，然而整個清洗工藝過程較為繁瑣，化學加藥量難以準確把握，加藥量少會使污垢無法洗凈,加藥多可能會造成設備腐蝕,經常使用化學清洗方法除垢易造成銅管腐蝕泄露�；瘜W清洗費用很高，以300MW機組為例,單臺機組每年需花費200x104元左右團。此外化學清洗過程中產生的廢液需經特殊處理，否則可能會對環境造成一定的污染。

1.3凝汽器膠球清洗裝置

凝汽器膠球清洗裝置技術是目前較為普遍的凝汽器在線清洗技術。電力系統統計資料表明，膠球連續清洗裝置的投運，煤耗可降低0.6%⑷。膠球清洗裝置系統中采用密度和水相近的海綿膠球，海綿膠球的直徑比銅管內徑大1mm~2nun,柔軟而富有彈性。在膠球泵壓力的作用下隨水流進入銅管后,被壓縮成卵形，在行進的過程中,可以擦除銅管內壁的污垢，蜘可以回收以循環利用。

從投運的效果來看，海綿膠球可以有效清除銅管表面的軟垢，如淤泥、粘泥、泥沙等。對于管道內表面硬垢，膠球清洗效果不佳。近些年來也出現了一些可以有效去除管內硬質結垢的金剛砂膠球和半金剛砂膠球，但其易對銅管造成一定的損傷，一般適于用不銹鋼管凝汽器，銅管凝汽器則很少釆用。此外，由于機組設備設計不合理等其他原因還會造成膠球回收率低,致使膠球系統運行費用增加，清洗品質下降。特別是當管內硬垢厚度很大造成內徑變小時易使膠球堵塞在凝汽器銅管內，反而會加重傳熱惡化。

1.4凝汽器射彈清洗技術

凝汽器射彈清洗技術通過清洗槍利用氣水混流將螺旋清洗子彈射入銅管中，清洗子彈在管路中高速行進，可以快速、有效去除銅管表面污垢。螺旋清洗彈可以清除管內絕大部分垢物，因清洗子彈采用聚乙烯材料制作，其具有較好的磨損性能,且在清洗過程中不會對銅管造成損傷,清洗子彈可以回收加以反復利用。

凝汽器射彈清洗技術采用低壓水、氣壓力源作為動力和介質（其清洗工作壓力為0.5Mpa~lMpa）,投資費用小，其購置費用僅為高壓射流泵的1/4。射彈清洗成本低,清洗效率較高，兩個人操作每小時可以完成約1000根銅管的清洗工作，且凝汽器可以半邊運行，半邊清洗。

凝汽器射彈清洗技術已在國內一些電廠得到一定的推廣使用，電廠2X300MW機組銅管凝汽器，湖南發電有限公司2x300MW銅管凝汽器均采用此清洗技術，從投運效果來看,其清洗品質較好。然而,射彈清洗需人工持清洗槍進行工作，由人工完成清洗子彈裝填工作，自動化程度低，人力耗費比較大。但其與高壓水射流清洗技術相比,仍具有明顯的優勢。

1.5超聲波除垢技術

超聲波除垢是一種清潔的物理除垢方式，可以實現在線除垢。超聲波除垢裝置主要由超聲波發生器、傳聲系統和換能器組成，超聲波發生器產生超聲頻電功率信號,由傳輸線路傳至換能器,換能器可將電信號轉換成相應的機械振動。

超聲波強聲場的作用會使管道液體中岀現大量微氣泡（空化核）,當聲壓達到一定值時，這些氣泡將迅速膨脹,然后突然閉合，在氣泡閉合時產生沖擊波，終崩潰，這種微小氣泡振動、膨脹、閉合、崩潰等一系列動力學過程稱為超聲空化⑺。空化氣泡突然湮滅的瞬間發出的沖擊波可在其附近產生超過1000倍大氣壓力，并在管道內形成速度約110m/s的微射流，可對垢質進行直接沖擊，成垢物質將會立即被粉碎并懸浮于液體介質中，同時，銅管內壁表面已結垢垢層也會受此沖擊力的作用逐漸松散、破碎并脫離。顯然,這種超聲空化效應同時還具有強化管內換熱的作用。超聲空化過程中強烈的反復沖擊力也可能引起換熱材料空蝕。因此，超聲波的長期使用會對設備材料產生一定的疲勞作用，但對于電廠換熱器而言,這種作用的影響是有限的閭。

當超聲波沿污垢表面至銅管內壁金屬傳播時，由于污垢、金屬對超聲波的彈性阻抗及傳導率均不相同，由此在污垢與金屬的界面上形成了剪切力作用，該作用亦可使結垢物質疲勞并逐漸脫落。

此外，超聲波改變了管道內流體的物理、化學性質,縮短了成垢物質的成核誘導期，刺激了微小晶核的生成，這些晶核有很強的爭奪水中離子的能力，能抑制離子在壁面處的成核和長大,因此可以減少粘附于管壁上成垢離子的數量，從而減小了積垢的沉積速率冋。

基于上面的分析,超聲波處理技術不僅可以對已形成的垢質進行除垢還能防止成垢物質在銅管表面積垢，能夠實現在線除垢防垢同步進行。超聲處理過程中無需向銅管內加注化學藥劑，除垢速度快，可以清除管內不同成分的污垢,除垢效率高,對設備無腐蝕,對環境無輻射影響，整個處理過程自動化程度高，運行維護量小。

從一些已經投運超聲波裝置的電廠除垢效果來看,300MW機組凝汽器采用超聲波除垢技術后，機組煤耗可比全國平均煤耗水平低8.31g,600MW機組凝汽器膠球清洗裝置采用超聲波除垢技術后，機組煤耗可比全國平均煤耗水平低6g0某12MW機組的凝汽器實施超聲波除垢技術后,每度電可以節約標煤4.14g,其超聲波設備總投資34.8x104元,15個月即可收回投資。某50MW機組凝汽器超聲波除垢設備總投資93.4x104元,投運后每度電可以節約標煤4.46g,投資回收期為9個月。由此可見，超聲波除垢技術除垢效果好，節能效果顯著。

2銅管凝汽器膠球清洗裝置技術的選擇

通常來說，銅管凝汽器膠球清洗裝置技術的選擇需要綜合考慮到多方面的因素，如清洗費用，勞動力強度，清洗效果，對設備材料造成的損傷等。上述幾種凝汽器銅管清洗技術的對比情況見表l。

表1銅管凝汽器膠球清洗裝置技術的比較

凝汽器銅管清洗24h后，銅管清潔系數就會從1.00變為0.692,實際傳熱系數由2.93kW/RF)降低到1.98kW/(m2・Y)時。高壓水射流清洗，射彈清洗，停機化學清洗完成后，銅管內表面清潔系數很高，但在凝汽器運行中銅管內壁很容易形成新的污垢;在線化學清洗可以有效抑制凝汽器運行過程中銅管表面形成臟污，但持續的化學加藥過程可能對管材造成腐蝕且一直持續加藥也是不現實的;膠球自動清洗一般則是要等到端差達到一定程度時才會投運,未投運過程中，新形成的臟污會使銅管傳熱性能下降進而會影響機組熱經濟性。

投運超聲波除垢系統后可以使凝汽器銅管內已形成的垢質厚度不再增加，且已結垢物質會隨著強聲場的作用破碎脫落，并能保證不再有新的垢質附著于凝汽器銅管表面。某25MW機組凝汽器安裝超聲波除垢裝置，運行6個月后檢查凝汽器銅管未發現有可見垢層mi。超聲波除垢技術能使凝汽器銅管持續保持比較高的清潔系數。

綜合表1的對比情況及上述分析，凝汽器超聲波除垢技術相比其他幾種凝汽器膠球清洗裝置方式,優勢顯著。

現階段，膠球清洗裝置配合高壓水射流清洗或化學清洗仍是電廠銅管凝汽器主要的清洗方式。若出現膠球回收率低等情況應立即查明原因，加以改造以提高清洗效果；化學清洗過程應嚴格按照操作規范來執行,特別是要注意防止銅管腐蝕泄露,并應嚴格控制廢液達標排放；

對于采用高壓水射流清洗的電廠來說，可以考慮釆用凝汽器射彈清洗技術替代原來的高壓水射流清洗以提高清洗效率,控制清洗成本；

超聲波除垢技術能實現在線除垢防垢同步進行，具有除垢速度快，除垢效率高，自動化程度高，運行成本較低等諸多優點，在電廠具有非常好的應用前景。電廠可以在適當的時機考慮采用超聲波除垢技術替代原有的清洗技術。推廣使用凝汽器超聲波除垢技術有利于電廠進一步實現節能降耗。