350MW機組凝汽器膠球清洗裝置系統改造與膠球回收率分析

      350MW機組凝汽器膠球清洗裝置系統改造與膠球回收率分析，介紹了膠球清洗裝置系統的設計特點和運行情況,詳細分析了系統所存在的問題和改造方案,以及經過多次改造并取得成功的過程,對提高國內同類型膠球系統的膠球回收率具有指導意義。
      二期擴建工程2×350MW燃煤發電機組(以下稱為3號、4號機組)由總承包,其中汽輪發電機及其附屬設備、汽輪機控制系統。汽輪機為單軸、雙缸、雙排汽、一次中間再熱、亞臨界、沖動凝汽式,型號為D5TC2F-1067mmLSB。3號、4號機組分別于1999年4月14日和7月12日完成168小時滿負荷試運行并交付生產。投產以來,機組可靠性、經濟性令人滿意,但膠球清洗裝置系統始終不能正常運行。
      介紹和分析了膠球清洗裝置系統的設計特點及使用狀況,通過實施改造,解決了難題,成效顯著。
1凝汽器膠球清洗裝置系統設計介紹
      凝汽器為雙通道雙流程分隔式表面冷卻式,管板和熱交換管材質為鈦。為確保凝汽器的正常運行,凝汽器循環水側兩個通道均配置了兩套相同但完全獨立的鈦管膠球清洗裝置系統,用以連續地清除鈦管內表面的污垢,以提高凝汽器換熱效果和汽輪機的熱效率。收球網為先進的倒V型結構,全不銹鋼材質,順水流立式布置。控制系統采用PLC設計,CPU控制方式,系統啟動、循環、收球、停止和收球網反沖洗等實現程序控制,也可手動操作。控制系統簡化,又提高了可靠性,程序和定值可方便修改。為提高收球率,系統配置了一套凝汽器循環水室和收球網的反沖洗裝置,可不定期將進水室內和收球網上的雜物沖洗掉。反沖洗蝶閥為內置式結構。膠球循環泵為制造型號為2K3×3R-10的寬流道葉片泵,流量小,只有冷卻水量的2.2%左右,節能經濟。膠球清洗裝置系統的設計和設備供應商。
2膠球清洗裝置改造前系統運行狀況
      3號、4號機組自投運以來,膠球清洗裝置系統一直沒能正常運行。1999年6月公司派家到現場對兩臺機組的四套系統進行檢查、調試和終驗收,但結果不理想,膠球回收率為0%~60%,很不穩定且兩側通道偏差較大,在出球觀察窗看到的膠球循環情況也不理想。1999年7月29日,WSA家在提交的終調試報告中分析認為系統本身不存在較大的問題,造成收球率低及不穩定的主要原因為凝汽器水室結構不合理,流場分布存在“死區”、渦流區,將責任轉移。隨著機組運行穩定性的不斷提高,膠球清洗裝置系統的不正常運行對汽輪機的不利影響日益明顯。
      由于鈦管凝汽器對清潔度要求很高,當鈦管內表面不能得到有效清洗時,降低了凝汽器換熱能力,使機組帶負荷能力下降,甚至發生因凝汽器真空度低被迫使汽輪機減出力運行工況,明顯降低了汽輪機運行的經濟性。自3號、4號機組投運以來,無論是計劃檢修,還是臨時調停,都得安排凝汽器鈦管通洗,擾亂了機組的檢修維護工作,增加了檢修費用和檢修工作量。基于膠球系統對機組安全、經濟、穩定運行的重要性,系統的改造得到了分公司各級領導的關注,并將膠球系統改造定為分公司2011年度科技攻關項目。而如何分析查找原因,確定改造方案,盡快使膠球系統正常運行就成為業技術人員的當務之急。
3系統試驗和分析
      1999年年底開始,為解決這一難題,本人負責編寫了膠球系統試驗方案,在有關人員的配合下進行了許多次試驗,試驗分一臺和兩臺循環水泵(設計工況)兩種運行工況,在上述工況下又分30分鐘、120分鐘循環,正常運行循環和膠球走旁路(膠球不經過凝汽器鈦管)等多種方案,但試驗結果不理想甚至有矛盾,給分析帶來困難。同時,我們積極與國內膠球系統設計制造單位和電廠聯系,了解膠球系統形式、設計特點和運行情況,但結果令人失望,很多電廠的膠球清洗裝置系統不能正常投運,收球率在20%～50%以下。也有的電廠在機組投產后曾花了很大的人力、物力對膠球系統存在的問題進行分析、研究和整治,解決無效后,認為該系統對機組運行影響不大,節能意識不強,使許多電廠的機組已運行多年了,而膠球系統仍處于“備用”狀態,發生較大地能源浪費。
      2010年5月,某公司一位在膠球清洗裝置系統方面有較高造詣的老家多次來我廠調研,在研究了圖紙資料,并做了多次試驗后認為系統設計落后導致內部流場不暢,存在嚴重的積球現象,在凝汽器循環水回水和出水室有渦流區,收球網區域有積球;系統管路尺寸偏小,膠球循環泵流量太小等,并拿出了系統改造方案,同時承諾若由他們負責改造可保證改造成功。經討論雙方對改造方案達成一致意見,并同意在2010年11月3號機組大修期間進行試驗性改造。內容有:
      (1)收球網原導流裝置上游加裝可手動調節角度的導流板;
      (2)膠球引出管口由3″圓形改為3″×4″腰子形;
      (3)系統管路由3″改為4″,T型三通改為Y型以改善流通;
      (4)凝汽器循環水出水室加裝導流板,以改善流場的水力分布。系統改造完成后收球率小于20%,且不穩定。
      2011年10月,利用4號機組大修由北京一家設計、制造膠球系統設備的業公司對該系統進行了較徹底的改造,工作量很大,主要內容有:
      (1)B通道膠球循環泵送裝置改用該公司產品,電機功率僅有原來的50%,節能且不損傷膠球;(2)裝球室出口電動閥旁路加裝全起式單向閥;
      (3)調整兩側收球網位置(轉90°)以改善收球網區域流場;
      (4)在收球管道上加裝匯集器,便于觀察和分析;
      (5)在收球網上改裝導流板;
      (6)收球網網板底部加裝堵板;
      (7)消除凝汽器進/出水室內部渦流區;
      (8)膠球引出管口改成喇叭狀。但結果令人失望。該公司認為收球網結構設計存在重大缺陷,除非更換由他們公司生產的收球網,否則膠球回收率達不到92%的設計要求。
      2011年12月,我們取得了聯系,進行了認真的交流和討論,認為兩次改造雖然沒有取得明顯的效果,但通過改造、試驗和分析,特別是4號機系統改造后機組投運前進行的試驗結果和發現的現象,為我們分析解決問題積累了寶貴的經驗和教訓,具有較大的指導意義。在2012年春節前我們配合3號、4號機組又做了許多試驗,結合前階段工作分析得出如下初步結論:
      (1)膠球系統嚴密性好,并無“跑”球現象。收球網板剛度滿足要求,可以排除更換收球網的方案;
      (2)系統存在積球區域,即在流程上有渦流和“死區”,影響了膠球的循環。
      (3)凝汽器水室尤其是進/出水室水力流場須作改善,兩片收球網上流場分布不對稱。
      (4)裝球室出口電動閥旁路少單向閥,在收球結束停泵時由于壓差作用使球隨水流跑出裝球室。
      (5)積球區域主要在收球網出球口附近,收球網導流裝置需重新設計、制作和安裝。
      (6)原膠球循環泵容量基本滿足使用條件,系統管路設計基本合理。
      (7)膠球質量也直接影響收球率和鈦管清洗效果。
4膠球清洗裝置系統改造方案和實施過程
4.1膠球清洗裝置系統改造方案
      有了兩次膠球清洗裝置系統改造失敗的寶貴的經驗教訓,我們根據以上七點結論,拓寬思路,制定了如下試驗性改造方案:
      (1)在裝球室投球管路出口處到凝汽器出水管彎管段增設輔助試驗管路和隔離球閥;
      (2)回球管路上增加視鏡,以便于試驗觀察;
      (3)凝汽器循環水出水口彎管段內增設導流板,均衡兩側收球網的流場;
      (4)收球網筒體整體轉90度,使收球網軸線與水流平行,均衡兩側收球網的流場;
      (5)收球網筒體上原有導流部件拆除,重新設計、配制和安裝新的導流部件,并調整導流板的安裝角度;
      (6)收球網板底部出球口處增加垂向擋流板;
      (7)裝球室出口電動閥旁路增加全啟式單向閥;
      (8)收球網板電動執行機構調整;
      (9)其他缺陷處理,如消除收球網板周邊縫隙,收球網板局部變形修復、脫焊處修復,凝汽器水室隔板密封條修復等;
      (10)膠球泵裝置恢復,系統管路恢復設計尺寸。
4.2實施過程
      2012年2月3號機組進行C級檢修,方案先在3號機組B側實施,并在A側增設輔助試驗管路和隔離球閥。改造過程中我們回顧了4號機組改造后期所做的兩次很重要的試驗:
      一次在A、B側各投入500個膠球,循環剛開始時在觀察窗看到球在循環,但循環率逐漸減小,六七分鐘后基本看不到球在循環,按規定收球后收球率不到5%。停循環水泵,水室放水后打開人孔門檢查發現85%多的球在凝汽器出水室和收球網上,說明球已順利通過鈦管并到達凝汽器出水室和/或收球網,系統嚴密性較好,凝汽器進出水室流場分布合理。
      二次在A、B側各投入500個膠球,循環剛開始時在觀察窗看到球在循環,循環率逐漸減小,六七分鐘后基本看不到球在循環,繼續循環三十分鐘后停膠球泵,在A、B側再次分別加入400和800個其他顏色的膠球,循環幾分鐘后B側收球網差壓高,膠球泵跳閘,分析可能是球在網上積聚造成。停循環水泵,水室放水后打開人孔門檢查發現90%多的球在凝汽器出水室和收球網上,佐證了我們的判斷,說明收球網出球口上游流場不暢,發生了嚴重的積球現象。
      因此我們將改造的重點放在收球網導流板上,重新設計、配制和安裝新的導流部件,并調整筒體導流板的安裝角度。改造完系統投運后,我們立即進行了試驗和驗收,并取得了非常好的結果,收球率穩定在96%以上。
      同時,通過A側試驗管路試驗發現凝汽器水室基本不存在渦流現象,從而為后續終方案的確定提供了有力依據。
      在3號機組改造成功和試驗結果的基礎上,我們對系統改造方案作了調整和完善,增加了以下內容:
      (1)拆除所有以前改造中在凝汽器水室及管道內加裝的導流板及固定支撐件,以減小對水流的阻力;
      (2)收球網出球口尺寸和形狀恢復;
      (3)拆除在上次改造中增設的輔助試驗管路和隔離球閥;新的改造方案在2014年1月4號機組C級檢修和2014年3月3號機組B級檢修期間實施,并取得了理想的結果。
5膠球清洗裝置系統改造效果
      自2014年一季度3號、4號機組膠球系統相繼改造完成后,我們立即組織有關人員進行了驗收,其結果完全達到了合同規定的收球率大于92%的要求,實際為95%以上。3號機組自2010年11月一次改造至達到要求共進行了三次,4號機組進行了兩次。三年多來我們為解決這一長期困擾機組安全、經濟運行的難題付出了艱苦的努力,取得了明顯效果。從改造后系統投運情況看,3號、4號機組收球率穩定在85%～95%,凝汽器真空平均較改造前提高2kPa以上,為節能降耗作出了貢獻。
      2012年2月,我廠3號機組膠球清洗裝置系統系統改造成功后,由于華能大連電廠3號、4號機組和華能丹東電廠1號、2號機組其膠球系統也為WSA產品,機組投運后一直不能正常運行,我們應邀到以上兩電廠,與該廠的技術人員共同進行試驗、分析原因、討論制定改造方案。到2013年8月,丹東電廠1號機組和大連電廠3號、4號機組的膠球清洗裝置系統系統已改造完成,且投運正常,為兄弟電廠解決了難題。