凝汽器不銹鋼管的結垢分析及綜合治理

錢錫琳

(江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州 213011)

0 引言

凝汽器設備是汽輪機組的重要組成部分, 它的工作性能直接影響整個汽輪機組的安全性、穩定性和經濟性。凝汽器的結垢會嚴重影響冷凝效果，端差上升，真空度下降，從而影響機組出力，供電煤耗上升[1]。 通過凝汽器的物理清洗及循環水處理工藝優化，能有效減緩凝汽器結垢，提高凝汽器真空，從而提高機組出力。

1 凝汽器運行概況及問題

某公司2015年擴建2臺F 級三菱M701F4燃氣-蒸汽聯合循環機組時，選用配套的凝汽器為表面式、單背壓、雙流程凝汽器，具體參數見表1。

自2016年開始，循環水補充水處理選用投加無磷配方的緩蝕阻垢劑HP-383B-2，殺菌劑主要以氧化型殺菌劑次氯酸鈉為主，每天連續性投加。非氧化型殺菌劑為輔，主要成分為異噻唑啉酮類，循環水濃縮倍率(以鈣離子質量濃度計)控制在3.0～4.0倍。

表1 凝汽器主要參數Tab.1 Main parameters of condenser

2017年9月，在對各機組凝汽器真空度、端差、和溫升進行數據統計時發現，各機組的凝汽器真空度都有不同程度的上升(見表2)，可能發生結垢[2]。

表2 2017年9月部分機組凝汽器運行參數Tab.2 Partial operating parameters of condensers in September 2017

2 凝汽器檢查情況

在2017年6月對1臺機組進行例行化學監督檢查時，發現凝汽器不銹鋼管內有結垢現象。具體檢查情況：凝汽器A/B側的進水端情況總體正常，進水端管口最外端約5 cm處有少量結垢，管內目視檢查光滑光亮，基本沒有結垢的情況(如圖1所示)；個別管口有部分填料碎片、膠球等雜物堵在管子上，花板上有部分黏泥沉積(如圖2所示)；A/B側出水端管子內部均有一薄層0.5 mm厚的硬垢(如圖3所示)，管板上、水室墻壁上、支撐柱上也有一層約0.5～1.0 mm的軟垢(垢樣如圖4所示)，隨后取凝汽器出水側垢樣(灰白色顆粒狀固體)進行分析，結果見表3。

圖1 凝汽器進水側

Fig.1 Water inlet side of condenser

圖2 凝汽器進水側黏泥沉積

Fig.2 Mud deposit on the inlet side ofthe condenser

圖3 凝汽器出水側硬垢

Fig.3 Hard scale at water outlet side of condenser

圖4 凝汽器出水側垢樣

Fig.4 Scale samples on the outletside of condenser

表3 凝汽器管板上垢樣分析報告Tab.3 Analysis report of scale samples oncondenser tube plate%

分析項目質量分數550℃ 灼燒減重2.45950℃灼燒減重40.83酸不溶物4.13氧化鈣(CaO)47.79氧化鎂(MgO)1.45氧化鋅(ZnO)0.09五氧化二磷(P2O5)0.24三氧化二鐵(Fe2O3)0.08合計97.06

以上垢樣分析結果表明：950 ℃ 灼燒減重+氧化鈣+氧化鎂之和約為90.07%，說明垢樣的組成中絕大多數為碳酸鹽垢。另外，有少量的生物黏泥、泥沙類等其他雜質[3]。

3 凝汽器結垢原因分析

3.1 循環冷卻水量偏低

為了降低廠用電耗，根據氣溫情況、機組出力及運行方式等，合理調整投入運行的循環水泵數量及循環水泵(雙速)高、低速狀態，保持機組在經濟真空下運行。

表4 補充水水質Tab.4 Supplementary water quality

夏季循環水溫度偏高，機組單機運行時，循環水流速在5.0 m3/s左右，未能滿足凝汽器60倍的冷卻倍率，導致凝器不銹鋼管內部(水側)結垢，造成凝汽器換熱效率下降，真空度下降。

3.2 循環冷卻水加藥調整不及時

補水為運河水，水質波動較大(見表4)， 主要是總堿度和氯離子質量濃度波動很大。2018年6月和12月相比，補充水氯離子質量濃度相差將近1倍，鈣離子質量濃度、總堿度相差20%～40%，且原水中含有一定濃度的熒光，對無磷藥劑濃度的檢測帶來一定的干擾。

循環水水質日常指標(總硬度、總堿度、電導率、濃縮倍率等)接近藥劑的控制上限。

現場規定的藥劑質量濃度范圍為20～30 mg/L(正常控制范圍)，但在濃縮倍率升高后未能及時調整加藥量，因而造成循環水系統中的藥劑濃度偏低， 是凝汽器逐漸結垢的原因之一。

4 綜合治理

4.1 循環水泵運行方式優化

在降低電耗的同時，保證凝汽器換熱效果，結合不同季節和機組運行方式，對循環水泵運行方式進行優化，在做到經濟運行的同時確保水流速度在正常范圍。

4.2 循環補充水處理加藥方案優化

優化緩蝕阻垢劑加藥質量濃度及水質控制，根據水質隨季節變化較大的特點，分別進行動態模擬試驗，按照季節性補充水水質特點，確定現場緩蝕阻垢劑加藥質量濃度及水質控制方案： 每年4—10月為水質較好時期，按補水量以7 mg/L質量濃度投加藥劑，鈣離子質量濃度≤140 mg/L ，總堿度≤7 mol/L；每年11月到來年3月為冬季枯水期，按補水量以10 mg/L質量濃度投加藥劑，鈣離子質量濃度≤160 mg/L，總堿度≤8 mol/L。

加強對循環冷卻水微生物的控制，用氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌剝離劑相結合的配方，充分發揮以下優點，以消除細菌對某種殺菌劑產生的抗藥性[4]。

(1)氧化性殺菌劑為次氯酸鈉，按循環水量，以2.0～3.0 mg/L質量濃度投加，每日投加2次，每次3 h，控制余氯質量濃度0.3～1.0 mg/L；

(2)非氧化性殺菌方案采用HP-550A(主要成分異噻唑啉酮)殺菌剝離劑，每月投加一次，沖擊式加入集水池，按循環水系統的保有水量，質量濃度加藥為100 mg/L。

4.3 加強日常運行監督

(1)加強對每批次藥劑(循環水緩蝕阻垢劑、次氯酸鈉、非氧化性殺菌劑)質量驗收、抽檢。

(2)加強循環水水質監測，常規項目每天分析一次，總磷測定隔天測一次。

(3)每天監測阻垢劑加藥質量濃度，加藥質量濃度控制在30～35 mg/L，循環水電導率<1 500 μS/cm，循環水濃縮倍率統一以鈣離子質量濃度計算并控制濃縮倍率<3.0倍。如發現指標超標及時進行循環水排污。

(4)對冷卻塔懸掛的試片進行跟蹤，每周檢查并記錄試片情況。

(5)對凝汽器每次檢查的資料進行整理，做好系統性分析。

4.4 凝汽器物理清洗[5]

(1)機組運行一段時間后，用優質金剛砂膠球，對凝汽器進行膠球清洗，時間半個月。

(2)利用機組調停時機，采用高壓水槍對凝汽器進行物理清洗。

高壓沖洗小型試驗：抽取結垢凝汽器不銹鋼管一根，進行高壓水清洗試驗。水壓70 MPa左右,管壁內清洗后無任何結垢及殼層附著物。現場壓力試驗高壓機加壓到100～120 MPa對不銹鋼管沖洗半小時，無任何損壞。

清洗時，在機組進水側和回水側分別進行清洗。清洗噴槍采用撓性噴槍，開始清洗時軟槍清洗壓力設定為30～40 MPa，根據清洗過程中管層清凈率，調整設定清洗壓力為40～50 MPa，最大清洗壓力控制不超過70 MPa。

每臺凝汽器清洗時間為90 h，如部分管口在30～40 MPa未能清洗干凈，清洗壓力需增加到60 MPa，除垢效果良好，整體除垢率達到85%。

5 治理效果檢查

取2017年9月治理前部分機組凝汽器運行參數和2018年4月治理后部分機組凝汽器運行參數進行對比(見表5)。

經過現場水質管理、濃縮倍率控制、凝汽器物理清洗等綜合治理后，凝汽器運行參數比較穩定，系統運行管控正常，無明顯新增結垢情況。

表5 治理前后部分機組凝汽器運行參數對比Tab.5 Partial operating parameters of condenser before and after treatment

6 建議

凝汽器嚴重結垢會影響冷凝效果，端差上升，真空度下降，從而影響機組出力，供電煤耗上升。通過循環水處理工藝優化及凝汽器的物理清洗等手段，能有效減緩凝汽器結垢，提高凝汽器真空，從而提高機組出力。建議如下。

(1)優化循泵運行方式，找到循泵安全運行與經濟運行的最佳結合點。

(2)合理控制系統濃縮倍率有利于節能減排，增加效益。以某公司F級循環水系統為例，循環水量2.0萬m3/h，保有水量1.5萬m3。系統濃縮倍率控制在2.5倍和3.5倍時，補水量相差約70 m3/h，如全年運行8 000 h，則補水總量相差56萬m3。如藥劑以7 mg/L計算，可節省藥劑3.92 t。由此可以看出，循環水系統如能通過對循環水進行緩釋阻垢及殺菌處理，能適當提高循環水濃縮倍率，節能減排空間較大。

高壓物理清洗技術與化學清洗比較，具有以下優點。

(1)選擇適當壓力等級，不會損傷被清洗的基體。

(2)不會造成二次污染，不需要進行潔凈處理。

(3)能針對凝汽器狹窄空間進行清洗作業。

(4)節水，清洗能力強、工作效率高、使用成本低，具有良好的環保和經濟性優勢。

7 結束語

通過優化循泵運行方式及循環補充水加藥處理方案，加強對循環水水質的日常監督，及時調整循環水濃縮倍率，可以減少循環水系統結垢，促進機組節能降耗。應用高壓物理沖洗技術，選擇合適壓力等級，可以有效去除水垢，同時不會損傷被清洗的基體，和化學清洗相比，無二次污染，用水量小、清洗能力強、工作效率高、成本低，具有良好的環保和經濟性優勢。