一種凝汽器傳熱管在線清洗裝置丟球缺陷處理

吳軍

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222002）

0 引 言

熱力發電廠和核電廠均是以海水作為最終冷源的電站，而海水在通過旋轉濾網后進入凝汽器前一般都會設置二次濾網，海水在通過凝汽器換熱后，在凝汽器出口的海水管道上一般設置有收球網，與其他相關設備一起共同構成凝汽器傳熱管在線清洗裝置。機組運行期間，若膠球清洗裝置頻繁丟球，將導致傳熱管內壁清洗不充分，淤泥及海洋生物在管壁不斷積聚，長此以往不僅會產生額外的人力、物力，增加運行成本，而且將嚴重影響凝汽器的換熱性能，影響機組的安全穩定運行[1]。

1 情況簡介

某電站1、2號機組的膠球清洗系統設備均是由德國某公司供貨。每臺機組包括4臺二次濾網、4臺收球網、2臺膠球收集容器、4臺膠球泵和8個控制柜。1臺二次濾網和1臺收球網構成一個通道，分別由2個控制柜控制，1臺膠球收集容器對應一側的2個通道，每臺膠球收集容器前有2臺膠球收集泵收集膠球。收球網為臥式布置，間隙為10 mm，驅動方式為電動裝置驅動，收球網由兩塊D字形的網板組成，如圖1所示。當兩塊網板處于關閉位置，膠球隨水流流至收球網時，將膠球導流至膠球收集管線入口，通過特殊設計的水翼，能夠產生紊流，可減少濾網外部區域雜物的累積，同時也能夠引導膠球至收集管線入口。

圖1 收球網結構示意圖

收球網有兩個基本狀態，第一個是運行位，亦稱閉狀態，此時收球網處于收球狀態。執行機構是由力矩關斷的，以確保收球網關閉嚴密，不留縫隙，防止膠球逃逸，如圖2所示。第二個是反洗位，也就是打開狀態。當收球網表面垃圾越來越多的時候，網前后壓差會不斷上升，達到設定的反洗值，收球網打開反洗，如圖3所示。

圖2 收球網閉狀態

圖3 收球網反洗位

2 膠球的選型

膠球選型與管子材料、管子幾何條件、水的流速和溫度、水生物學和化學，以及安裝系統的水力參數有關。按材質一般分為塑料顆粒球、長壽命球、標準磨料球、金剛砂球、海綿球；按硬度一般分為軟、中軟、中等、中硬、硬、特硬。標稱的球直徑視管內直徑和管內冷卻水流速而定，通常標稱球直徑超過管內直徑1～3 mm，清洗球的硬度根據管中水速、收球網的間隙和收球網角度而定，圖4～圖6為常見的幾種膠球。

圖4 標準清洗球

圖5 帶金剛環清洗球

圖6 高溫清洗球

3 丟球原因及排查思路

該電站的膠球清洗裝置曾頻繁出現丟球問題，因整個膠球系統較為龐大，設備多，原因排查時間長，導致膠球清洗裝置不能及時投入運行。根據該電站的膠球清洗裝置相關設備的結構及原理，結合現場多次缺陷處理情況，總結出以下幾種可能引發膠球清洗裝置頻繁丟球的原因[2-3]。

1）膠球正常磨損。正常運行時膠球會與凝汽器傳熱管摩擦而變小或損壞，進而從收球網中漏出而進入大海，因冬季和夏季循環泵的轉速不同，夏季水流速度變快，膠球磨損也會增加，導致加球頻率增加，每年夏天時兩個機組都會出現膠球更換較頻繁的情況，約10～14 d更換一次膠球，此種情況屬于正常情況，對磨損膠球進行定期更換即可，保證循環回路中的膠球數量。

2）膠球停留在凝汽器聯通管內上方。膠球的密度比海水小，正常會漂在水面，在投運時如果沒有經過一定時間的海水浸泡而直接投運就會造成少部分膠球進入凝汽器聯通管后漂在上方而無法返回，故每次投放膠球時工作人員都會將膠球放在容器內進行一定時間的浸泡，此種情況對膠球減少影響不大，可以忽略。

3）收球網關不嚴或破損。運行期間可通過測量搖臂長度，與其他運行正常的收球網搖臂長度進行對比，判斷收球網是否關閉到位。若參考其它收球網搖臂長度調整后，投運后仍存在丟球問題，則需隔離排空收球網所在管道，進入管道內部檢查收球網關閉情況，判斷有無破損，有無異物夾雜在收球網之間，如圖7所示。若運行期間無球進入管道內部，可投放專門的試驗膠球，收球網運行狀態下，工作人員在排水口設置攔網，觀察及檢查有無大量試驗膠球流出。

圖7 排水口檢查有無流出膠球

4） 膠球收集容器內部的收球閥關不嚴。系統在反沖洗前，按照程序設定會先收球90 min，然后再打開收球網進行15 s反沖洗，如果收球閥關不嚴，那么90 min的收球效果就不好，這樣就會有球在收取網反沖洗時被沖入大海，如圖8所示。

圖8 反洗時膠球被沖入大海

5）系統控制程序執行有誤。膠球清洗裝置反沖洗頻率高也會導致膠球流失，通過與其他運行正常的膠球清洗裝置控制柜中的設置參數對比，可判斷其控制過程是否正常。也可讓相關專業人員對寫入控制柜中的源程序進行檢查，有無亂碼、程序丟失的情況發生。

6）膠球泵揚程不足，葉輪腐蝕。膠球投入到收集室里后，打開收球閥，膠球會隨著管道內海水的流量被自動沖洗到凝汽器或收球網內，此時膠球泵若不能形成一定的循環壓力就會導致膠球滯留在海水管道內，如膠球泵葉輪腐蝕或入口管道有堵塞等。2009年曾出現過因膠球泵葉輪腐蝕而導致膠球減少的情況，現場可通過監測電動機電流、泵的振動、有無異響來判斷收球泵的運行狀況，如圖9所示。

圖9 膠球泵實物圖

7）收球或送球管道堵塞。若海水中海生物、海草、鐵絲等異物卡在收球或送球管道，或貝類海生物依附管道內壁生長，或管道中法蘭密封軟性墊片內徑尺寸偏小，皆會導致相應位置的管道截面積減少，在膠球投送和收回過程中，易截留住經過該位置的膠球，隨著膠球的不斷加入，管道內積聚的膠球會越來越多，直至整個管道內部塞滿膠球。

根據以往現場缺陷分析及排查經驗，可通過以下幾個方法來判斷管道有無堵塞。

a.若運行期間具備隔離窗口，可打開管道中的相關連接法蘭，使用內窺鏡檢查管道內部有無堵塞。

b.若運行期間不具備隔離條件，可通過運行分別隔離收球與送球管道，在海水高潮位的窗口下分別對膠球收集容器進行充水，記錄其充滿時間，與運行正常的膠球清洗裝置充水時間進行橫向對比，可判斷收球、送球管道有無堵塞。

c.隔離膠球收集容器，重新添加一定數量的膠球，投入運行后通過窺視孔觀察膠球循環情況，直至水流中目視不見膠球，對收球管、送球管管道內的流量進行測量，包括總管及支管，通過簡單計算及與運行正常的膠球清洗裝置管道的流量進行橫向對比，可判斷收球、送球管道有無堵塞。

d.通過管道外壁溫度判斷管道有無堵塞，因凝汽器海水出口溫度區別甚微，在管道未堵塞的情況下，管道外壁溫度差異很小。目前該方法一般只有在管道完全堵死的情況下使用。

4 排查效果與經驗總結

2017年開始至今，通過使用上述7個誘發丟球原因的排查方法，使該電站1、2號機組對于運行期間出現的丟球缺陷，在短時間內便能確定丟球原因，這有利于及時干預并采取相關處理措施，從而確保膠球清洗裝置功能正常，保證凝汽器的換熱性能。

對于已安裝凝汽器膠球系統的電廠，丟球問題難以避免，其中膠球泵損壞、收球網關閉不嚴、管道堵塞又是誘發膠球丟失的主要因素，通過上述一些在線查找手段，在無需隔離設備的情況下便能確定原因，可有效避免運行隔離和設備解體產生的人力、物力，大幅減少作業時間，提高工作效率。對于頻繁引起丟球的設備，可適當修改其維修策略，比如增加解體大修頻率、縮短預維周期、薄弱位置重點檢查等。因各個電廠采用的凝汽器膠球清洗裝置結構可能存在差異，致使丟球的誘因也會不同，可參考以上原因排查方法制定相關措施，在確保機組連續運行的基礎上，由外至內、先易后難，逐個對誘因進行排查。

5 結 論

本文僅對以往丟球缺陷處理經驗進行總結，供同行參考，提供的相關思路及方法，可在短時間內便能確定丟球原因，這有利于及時干預并采取相關處理措施，從而確保膠球清洗裝置功能正常，保證凝汽器的換熱性能。上述方法并不一定是最優方法，比如在不考慮成本的條件下，可以結合現場使用膠球的尺寸、材質等參數，研發出定位球，運行中通過對其GPS定位，確定膠球有無流出排水口，從而判斷收球網關閉狀態，為原因排查奠定基礎。