(河南能源化工集團(tuán)中原大化公司,河南濮陽,457000)

1 概述

凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)組的重要基本組成部分，凝汽式汽輪機(jī)和背壓式汽輪機(jī)的差別之一就是具有凝汽器。凝汽設(shè)備的運(yùn)行效果直接影響整個(gè)汽輪機(jī)裝置的功率、熱效率和運(yùn)行可靠性。凝氣設(shè)備主要作用:在排汽口形成并且保持規(guī)定的真空度;回收汽輪機(jī)排汽的凝結(jié)水,以干凈的冷凝液作為鍋爐給水供給鍋爐。所謂凝水是蒸汽冷凝下來的水,是質(zhì)量最好的鍋爐給水,對保證鍋爐的正常運(yùn)行和提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有重要意義。

冷凝器按照排汽凝結(jié)方式的不同，可以分為混合式冷凝器和表面式冷凝器?；旌鲜嚼淠魇菍⒗鋮s水噴入冷凝器中,直接與汽輪機(jī)的排汽相接觸混合。使排汽凝結(jié)成水,然后與冷卻水一起排走.混合式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備構(gòu)造簡單、制作成本低，且混合冷凝器建立真空以及維持真空度的能力比較高，所謂的真空就是所測設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，真空度即是設(shè)備內(nèi)所測壓強(qiáng)與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的差值?；旌鲜嚼淠髯畲蟮娜秉c(diǎn)是冷凝液和不干凈的冷卻水相混合，使混合的冷凝液水質(zhì)變差，故不能直接供給鍋爐使用，所以混合式冷凝器已經(jīng)不再應(yīng)用于現(xiàn)代汽輪機(jī)裝置中。相反的，表面冷凝器的冷卻工質(zhì)和蒸汽被冷卻表面分隔開來，互不接觸。用空氣作為冷卻工質(zhì)的稱為空氣冷凝器;用水作為冷卻工質(zhì)的稱為表面冷凝器。空氣冷凝器因?yàn)榭諝獾膫鳠嵯禂?shù)很低,為了凝結(jié)一定數(shù)量的蒸汽就需要很大的冷卻表面使得結(jié)構(gòu)很笨重?？諝饫淠鞯膫鳠嵯禂?shù)要比表面式冷凝器的差很多，能夠保證冷凝器維持高度的真空和獲得清潔的、氧含量極少的且過冷度極低的冷凝液，過冷度是指在一定壓力下冷凝水的溫度低于相應(yīng)壓力下飽和溫度的差值。故現(xiàn)代汽輪機(jī)裝置大多應(yīng)用表面式冷凝器，我廠應(yīng)用的就是列管式水冷凝器，如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 生產(chǎn)過程中常見事故分析與處理

2.1 生產(chǎn)過程中常見事故探討

2016年9月15日至2016年12月5日，循環(huán)水溫度由32℃逐漸降低到25℃，發(fā)現(xiàn)蒸汽透平01MT01和07MT01的真空壓力不降反而持續(xù)上漲，真空度由0.025MPa上升至0.038MPa，和以往數(shù)據(jù)對比后發(fā)現(xiàn)真空系統(tǒng)異常升高，且07E001在2016年2月份大修時(shí)清洗過，對真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性進(jìn)行了詳細(xì)的檢查和維護(hù)。

我們首先將系統(tǒng)進(jìn)行了全面優(yōu)化，另一方面則對真空系統(tǒng)導(dǎo)淋排污管線進(jìn)行篩查，沒有發(fā)現(xiàn)任何漏點(diǎn)，真空系統(tǒng)一切正常。同時(shí)聯(lián)系供水廠，協(xié)調(diào)供水廠盡可能降低循環(huán)水溫度，避免因循環(huán)水溫度高，使表面冷凝器換熱效果變差致使真空繼續(xù)升高。并對循環(huán)水經(jīng)過冷凝器07E001的每臺熱交換器進(jìn)出口氨氮含量取樣分析，以確定前系統(tǒng)是否存在問題(其中循環(huán)水系統(tǒng)流程如圖2所示)，分析結(jié)果表明設(shè)備(09E005)入口、出口指標(biāo)正常，換熱器09E002A/B入口指標(biāo)合格，但出口分析結(jié)果為563mg/l，而泠凝器07E001上水側(cè)與出水側(cè)溫差減小且進(jìn)出口氨氮指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，對冷凝器(07E001)循環(huán)水進(jìn)出口取樣分析氨含量均為344mg/l，但合理值應(yīng)是小于2 mg/l，是日常生產(chǎn)時(shí)的170倍。因?yàn)榘钡笜?biāo)不斷升高，導(dǎo)致冷凝器銅管管束內(nèi)壁結(jié)垢，而設(shè)備進(jìn)出口溫差明顯減小，說明設(shè)備因結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效果不好。因此，我們針對換熱器09E002A/B進(jìn)行堵漏，多方籌措嚴(yán)格控制氨氮含量。而換熱器07E001從建廠到2016年已使用24年，冷卻器2070根管已堵238根，管壁由原先1mm磨損至0.55mm(管子拆除后測量)，對07E001除垢清洗不再有實(shí)際意義。故決定對07E001進(jìn)行列管更換。

圖2 循環(huán)水流程簡圖

2.2 水冷式冷凝器列管材料對比

九十年代應(yīng)用最廣泛的冷卻水管材料是銅合金。淡水工作的冷凝器,常采用銅鋅合金,銅63%,鋅37%。但黃銅的抗腐蝕性能較差,故本廠用含鋁1.5%鋁銅管C6870T-0。

鋁管代替銅管的研究在國內(nèi)也取得一定成果,但鋁管的抗腐蝕能力較差。我廠循環(huán)水有過氨泄漏的例子,故不能采用。

近年來在國外,應(yīng)用不銹鋼管做冷卻水管趨勢迅猛發(fā)展。不銹鋼管有良好的抗腐蝕性，特別在超高參數(shù)機(jī)組中更有優(yōu)越性?，F(xiàn)代高壓鍋爐對給水的質(zhì)量要求很高，要求嚴(yán)格控制給水中金屬離子數(shù)量，采用銅管會使水中含有過量的銅離子而使水受到污染。從金屬導(dǎo)熱率來看,不銹鋼的導(dǎo)熱性能較銅管差些。但是冷卻水管的管壁熱阻僅占冷卻面?zhèn)鳠峥偀嶙璧?%左右,對傳熱性能的影響不大,且考慮冷卻水積垢及腐蝕對傳熱的不良影響,不銹鋼的傳熱性能高于黃銅管,且不銹鋼管近年造價(jià)也低于銅管。本次采用TP3161不銹鋼管。

2.3 水冷式冷凝器列管更換方法

冷凝器列管與管板連接有兩種:填料墊緊法和脹管法。填料墊緊法是在管子周圍用墊料填滿并用螺帽壓緊,防止冷卻水漏入蒸汽空間。其允許水管在受熱后能夠自由膨脹,檢修時(shí)拆換很方便。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,且長期運(yùn)行后因墊料變質(zhì),嚴(yán)密性較差,不易保證凝結(jié)水質(zhì)量。脹管法是用擴(kuò)大器擴(kuò)大管子的直徑使它產(chǎn)生變形和管板緊密接觸而將管子固定在管板上。脹管法結(jié)構(gòu)簡單,制作工藝方便,且在運(yùn)行時(shí)能保證連接處有高度嚴(yán)密性,我廠采用此法。

脹管法連接時(shí),銅管和管板之間固緊,不能自由移動(dòng)，為了補(bǔ)償銅管在運(yùn)行時(shí)的熱變形,在冷凝器內(nèi)部就設(shè)有若干塊中間隔板,將管子略微向上抬,產(chǎn)生一個(gè)預(yù)彎曲,管子抬起的最大撓度可達(dá)3-7mm。中間隔板用螺栓連接或焊接在冷凝器外殼的支耳上。故此列管拆出時(shí)不能在中間截?cái)啵以诓鹎耙葘⑵渑蛎浟π冻?/p>

水冷式冷凝器列管更換方法如圖3，將膨脹節(jié)兩邊用固定板焊接固定。目的是：防止膨脹節(jié)自由膨脹，在吊裝過程中傾斜造成膨脹節(jié)損壞，縮口受力避免膨脹節(jié)受力不均而產(chǎn)生變形。封頭用支撐托架支撐住，封頭拆卸固定螺絲后防止封頭下沉壓壞膨脹節(jié)。在封頭拆卸后，將銅管口打成喇叭口，讓膨脹力卸出。再將喇叭口打開一個(gè)小口，用專用小鏟打入兩側(cè)管壁中，將管口打扁進(jìn)行縮口處理后，將管子打入其中一側(cè)管板中，在另一側(cè)用夾子夾住管口利用滑輪將管子拉出。

圖3 07E001

2.4 更換列管后的效果

換熱器傳熱系數(shù)及傳熱面積大小對換熱器溫度端差、換熱器工況影響較大。換熱器的工作過程基本上是蒸汽空氣混合物沿著冷卻管束流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的凝結(jié)放熱過程。熱量從熱質(zhì)到冷質(zhì)的傳遞過程共經(jīng)三個(gè)階段，它就是由蒸汽空氣混合物向冷卻水管壁的傳熱、管壁本身的傳熱和管壁向冷卻水的傳熱。因此，換熱器傳熱過程中的熱阻是由三部分組成的，即水側(cè)的放熱熱阻、管壁的熱阻以及汽側(cè)的放熱熱阻。冷凝器的列管，水側(cè)無垢，水側(cè)熱阻會降低。管壁的接觸面積變大，管壁的熱阻變小?？傋枳冃?，傳熱系數(shù)變大。換熱器溫度端差也將會大幅變大，冷凝器溫度端差的變大，勢必將提高換熱器的換熱效果，換熱器換熱效果的好壞直接影響到蒸汽透平的真空，也影響到蒸汽透平對蒸汽消耗和對凝汽式汽輪機(jī)的工作性能。換熱器中真空的形成是由于汽輪機(jī)的排汽被凝結(jié)成水，其比容急劇縮小。如蒸汽在絕對壓力4 kPa時(shí)，蒸汽的體積比水容積大3萬多倍。當(dāng)排汽凝結(jié)成水后，體積會縮小很多，使凝汽器汽側(cè)形成高度真空，它是汽水系統(tǒng)完成循環(huán)的必要條件。凝汽式汽輪機(jī)凝汽器真空的下降，真空度的增加，不僅僅增加了汽輪機(jī)的蒸汽消耗和機(jī)組出力，更加降低了汽輪機(jī)的工作性能。通過對水冷式冷凝器07E001列管原有銅管更換不銹鋼管，凝汽器的真空度得到了顯著的變化，如表1。由最高時(shí)的0.035 MPa(真空度)下降至0.015MPa(真空度)左右，即真空上升了近0.020MPa，蒸汽透平01MT01的蒸汽消耗F01006也由24.36 t/h下降至20.13 t/h，蒸汽透平07MT01的蒸汽消耗F07005也由44.37 t/h下降至40.12t/h，機(jī)組消耗降低近8噸/h，每天能夠?yàn)楣窘档?.5萬元左右的蒸汽消耗投入，壓縮機(jī)蒸汽消耗的降低增加了設(shè)備的使用壽命，更加改善了整個(gè)機(jī)組以及真空系統(tǒng)工況，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備“安穩(wěn)、長滿、優(yōu)”的生產(chǎn)目標(biāo)。

表1 冷凝器更換前后真空采集點(diǎn)

3 結(jié)束語

冷凝器換熱列管的更換是提高表面冷凝器換熱效率的一種快捷、簡單有效的辦法。特別是用不銹鋼管替代銅管，使設(shè)備成本大幅降低；冷凝水水質(zhì)有顯著的提高；凝汽器真空大幅度提升。真空度下降，機(jī)組綜合能耗大幅度下降，提高了機(jī)組的做功效率，保證了整個(gè)機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高了做功效率，降低了機(jī)組能耗。