循環(huán)冷卻器在水電站中的應用

李延虎

（陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽 712000）

0 引言

寶雞峽林家村水利樞紐壩后電站為小Ⅱ型五等工程，總裝機容量8000 kW，安裝3 臺混流式水輪發(fā)電機組（其中3200 kW×2 臺、1600 kW×1 臺）。該電站循環(huán)冷卻技術供水系統(tǒng)循環(huán)水采用的水源，屬于硬水。隨著時間的推移，設備內部結垢非常嚴重，影響設備的換熱效果，內部器件磨損嚴重，經常發(fā)生停機事件，所以需要更換成無殼程管殼式熱交換器。該交換器可以有效減少電站在汛期因為冷卻水水質問題而發(fā)生的停機事故；減少檢修濾水器投入的人力物力財力；增加電站發(fā)電效益。

1 水電站概況

寶雞峽林家村水利樞紐，位于陜西省寶雞市金臺區(qū)硤石鄉(xiāng)林家村的渭河峽谷出口處，距寶雞市區(qū)4 km。主體工程由大壩和壩后電站兩部分組成，大壩為中型Ⅲ等工程，防洪標準按50年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核；大壩長度208.6 m，壩頂寬12～17 m，壩頂高程637.6 m，壩體加高22.6 m，最大壩高49.6 m，水庫正常蓄水位636.0 m，回水長度14.5 km，總庫容5000 萬m3，終極有效庫容3800 萬m3（其中調砂庫容600萬m3)；大壩九個壩段，設10 個閘孔，分別為3 個沖砂底孔，5個泄洪中孔，1 個灌溉引水孔和1 個發(fā)電引水孔。

壩后電站為小Ⅱ型五等工程，總裝機容量8000 kW，安裝3臺混流式水輪發(fā)電機組（其中3200 kW×2 臺、1600 kW×1 臺）。

電站機組技術供水系統(tǒng)為循環(huán)冷卻技術供水系統(tǒng)。系統(tǒng)配置有一個循環(huán)水池、四臺技術供水泵（三用一備）、3 套尾水循環(huán)冷卻器（兩大一小）、管道、閥門、自動化元件等。工作原理為水泵從循環(huán)水池抽水至尾水冷卻器，經過尾水冷卻器后進入機組各冷卻器（空冷器、油冷器），帶走機組熱量變成熱水流到循環(huán)水池，然后被水泵抽至尾水循環(huán)冷卻器中，被外部流動的河水冷卻后變成冷水回到機組，如此循環(huán)達到冷卻機組的目的。

2 現(xiàn)有設備基本情況

電站循環(huán)冷卻技術供水系統(tǒng)共配置了4 臺水泵（三用一備），水泵型號為DFW-80-200，額定流量88 m3/h，電機功率18.5kW，揚程44 m。大機、小機機組冷卻水量均按88 m3/h考慮。

隨著時間的推移，原設備內部結垢非常嚴重，影響了設備的換熱效果，內部器件磨損嚴重，經常發(fā)生停機事件，所以需要更換成無殼程管殼式熱交換器。

3 更換循環(huán)冷卻器介紹

林家村水電站循環(huán)冷卻器更換為無殼程管殼式熱交換器。其型號為SSJXLQ-3.2/88-LB（大機）/SSJXLQ-1.6/88-LB（小機）。SSJXLQ 為循環(huán)冷卻器；3.2/1.6 為配套機組容量，MW；88 為冷卻水量，m3/h；LB 為立式B型。

每臺機組設計一套循環(huán)冷卻器。冷卻器換熱管采用20#無縫鋼管；支撐采用Q235 鋼板制作；連接用的螺栓、螺母及固定用的膨脹螺栓等用GB 不銹鋼材料制作，所有螺紋均為GB 相關標準；法蘭墊材料為2 mm 石棉墊。

林家村水電站單套冷卻器的進出水總管為DN125，配流管為108 mm×4.5 mm，主散熱管φ57 mm×3.5 mm，一套冷卻器有4 組換熱管排。下支撐采用短管—錐體結構，安裝時，錐體直接插入大梁上的活動支座孔中即可。上支撐通過膨脹螺栓固定在上支撐牛腿上。安裝布置見圖1。

圖1 結構示意圖

4 冷卻器的安裝調試及檢修維護

4.1 安裝

循環(huán)冷卻器在安裝之前需要進行一次工地水壓試驗。試驗壓力為1.25 MPa，保壓30 min。循環(huán)冷卻器在保壓期間，不能出現(xiàn)有害變形和滲漏；如若出現(xiàn)，必須消除后重新進行試驗，直到滿足要求后方可進行安裝。

每臺機組設計循環(huán)冷卻器一套。單套冷卻器外形尺寸：4.85 m×1.0 m×2.825 m（大機）/3.3 m×0.9 m×2.325 m（小機）。尾水冷卻器布置在安裝大梁上，見圖2。活動支座放在安裝大梁后，需要進行簡易固定。

安裝步驟：

1）將活動支座按安裝圖中的圖示位置放在安裝大梁上，帶上調節(jié)螺釘，見圖2。

圖2 活動支座安裝示意圖

2）將循環(huán)冷卻器吊至安裝大梁上，將循環(huán)冷卻器下部的錐體插入活動支座的孔中，見圖3。

圖3 冷卻器下部椎體安裝示意圖

3）將循環(huán)冷卻器進出水管與預埋水管連接定位，定位的時候利用循環(huán)冷卻器進出水管上的法蘭、彎管及活動支座上的調節(jié)螺栓來調整誤差。

4）循環(huán)冷卻器定好位后，將法蘭點焊在彎管上，將循環(huán)冷卻器吊起，用膨脹螺栓將活動支座固定。

5）放下循環(huán)冷卻器，給法蘭帶上螺栓，焊死法蘭。

6）固定上支撐。

安裝時的要求：安裝前檢查預埋進出水管誤差，以便用未焊法蘭盤的彎管進行調整。

安裝時，不需要專用工具，安裝常用工具為：吊運設備、電鉆機、扳手、焊機、定位儀、榔頭等。安裝時，若安裝大梁上有預埋鋼板，則把活動支座焊接在預埋鋼板上。

4.2 試運行

4.2.1 工地水壓試驗

為檢查循環(huán)冷卻器是否在運輸中的損害，在安裝前必須進行工地水壓試驗。工地水壓試驗：冷卻器試驗壓力為1.25 MPa，保壓時間30 min。

試驗步驟：

（1）試驗開始之前用壓縮空氣對循環(huán)水冷卻器內部進行吹掃，清除冷卻器內部殘留的焊渣等雜物。

（2）用擋板將循環(huán)水冷卻器進出口封好。

（3）將打壓泵與循環(huán)水冷卻器一端的擋板上的閥門連接在一起，同時打開另一端擋板上的閥門排氣，然后將循環(huán)水冷卻器置于立放狀態(tài)。

（4）用打壓泵對循環(huán)水冷卻器進行充水，至循環(huán)水冷卻器內部充滿水。

（5）當循環(huán)冷卻器內部充滿水后，關閉排氣端擋板處的閥門，對循環(huán)水冷卻器內部進行加壓，至壓力達到1.25 MPa。然后關閉進水端的閥門，使循環(huán)水冷卻器內部壓力保持在1.25 MPa。

（6）關閉打壓泵，保持循環(huán)水冷卻器內部壓力1.25 MPa，保壓時間30min。

（7）在保壓期間對循環(huán)水冷卻器進行檢查，有無滲漏、變形等情況。

（8）在保壓期間若無滲漏、變形等情況，待保壓時間過后即可將循環(huán)水冷卻器內的水放掉，即可進行安裝。

若在保壓期間出現(xiàn)滲漏、變形等情況，必須查明原因，進行處理。處理好后，需要重新進行水壓試驗，直至試驗合格方可進行安裝。

4.2.2 循環(huán)試驗

為了保證循環(huán)冷卻系統(tǒng)不漏水，需進行循環(huán)試驗。當整個系統(tǒng)安裝完畢，開啟循環(huán)水泵，循環(huán)冷卻水經循環(huán)水泵、循環(huán)冷卻器、機組、回到水池。待水池水位穩(wěn)定后，開始計時，試驗八個小時，要求水池水位不能降低，如水位下降，應查明原因并消除。

4.3 調試

在系統(tǒng)做循環(huán)試驗的時候，同時調整機組各冷卻器前端的閥門，使進入各冷卻器內的冷卻水水量滿足機組要求。

4.4 檢修

當循環(huán)冷卻器需要檢修時，應停止機組運行，同時準備后扳手等擰螺栓的工具以及起吊工具等。建議檢修時間安排在最低水位時。檢修時，先拆除冷卻器的上支撐連接螺栓和連接彎管，利用起吊設備將冷卻器起吊至檢修平臺，然后進行檢查、除去外表面的覆蓋物等。

4.5 維護

（1）冷卻水對水質的要求

①不含漂浮物；②不含泥沙；③暫時硬度不大于8～12 度（德國度，每毫升含10 mg CaO 成為一德國度）；④pH 值7～8；⑤氯離子＜300 mg/L；⑥硫酸根離子與氯離子之和＜1500 mg/L。

（2）防腐

林家村水電站循環(huán)冷卻器本體的材質是20#無縫鋼管，外表面進行熱噴鋅防腐。

（3）防蝕

同防腐處理一樣。

（4）防垢

結垢是指冷卻水中的鹽類由于水溫升高，碳酸根與氧氣結合產生水垢的物質，例如Ca，附著在機組冷卻器的表面，降低了冷卻器散熱效果，致使機組溫度升高，影響機組正常運行。清除冷卻器結垢可以有多種方法，如超聲波等。也可在循環(huán)水池中加少量的軟水即可解決防垢問題，或者在檢修時，利用工業(yè)除垢劑將冷卻器表面的垢清除即可。

（5）防水生物

水生物生長有一定環(huán)境條件，循環(huán)冷卻器內部可通過循環(huán)水池加藥殺死即可。如水生物生長在循環(huán)冷卻器外部，可在每年機組檢修時，對尾水冷卻器表面覆蓋物進行人工處理。在尾水冷卻器表面噴灑農藥，將水生物殺死。建議對水生物殘骸進行焚燒，勿倒入河流污染河水。

（6）監(jiān)測

循環(huán)冷卻器長期處于尾水位以下。

監(jiān)測循環(huán)水池水位：目的是檢查尾水冷卻器是否漏水，如果發(fā)現(xiàn)循環(huán)水池水位有不正常下降，各處連接都不漏水，則應檢查循環(huán)冷卻器是否漏水，以便進行檢修。

監(jiān)測循環(huán)冷卻器散熱效果：目的是檢查循環(huán)冷卻器散熱面積，機組在額定負荷運行，機組各冷卻器進水溫度是否小于等于28℃。

5 結語

經過一段時間的試運行，新更換的冷卻循環(huán)器效果顯著：

（1）減少了電站在汛期因為冷卻水水質問題而發(fā)生的停機事故；減少了檢修濾水器投入的人力物力財力；增加電站發(fā)電效益。

（2）延長機組冷卻器的使用壽命；循環(huán)水中不含泥沙，不會對機組冷卻器的銅管造成磨損；同時，循環(huán)水中不含鈣、鎂等離子，為軟水，機組冷卻器不會結垢降低散熱效果。不僅減少了大量的維護檢修工作，也延長了機組冷卻器的壽命。

（3）有利于實現(xiàn)電站的自動化。