凝汽器海水二次濾網故障分析及改進

李文偉

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

引言

某公司2 臺300 MW 汽輪發電機組凝汽器采用海水循環冷卻，冷卻系統共安裝有4 臺大流量二次濾網，用于過濾海洋生物和其它雜質，提高機組熱效率，保證機組循環水可靠供應（流程如圖1所示）。由于海水中貝類及雜物較多，特別是進入夏季海生物繁殖更甚，二次濾網需保持高負荷運轉，造成了二次濾網易損壞及故障多發。海水二次濾網屬于300 MW 機組重要輔機設備，一旦發生故障需機組降負荷運行或停機處理，給公司造成較大經濟損失。因此對二次濾網故障進行統計分析并采取改進措施，從根本上解決二次濾網故障意義重大。

圖1 海水二次濾網工作流程圖

1 設備簡介

1.1 二次濾網工作原理

二次濾網所具備的特殊性能，源于降壓反洗（PR-BW），降壓反洗的工作流程如下。

反洗過程中，反洗轉子持續在整個濾網網面上轉動。濾網上被轉子覆蓋區域內的雜質所承受的前后壓差下降。雜質前后壓差下降的同時該區域水流反向，過濾水產生的反洗水流將雜質沖離網板。

二次濾網主要結構如圖2所示，實際工作時，未過濾的冷卻水首先進入濾器A 側，經由濾網有效過濾后，從B 側流出。雜質滯留在濾網上，濾網兩側壓差增加。

圖2 二次濾網主要結構

系統對濾網壓差進行連續監控，當壓差達到某設定值時，系統啟動濾網反洗。排污管一端連接排污閥，另一端連接低壓管段（下游段，與退水渠相連），管內因此順勢產生一股強反向水流，帶動反洗轉子轉動，整個濾網得到有效清洗，雜質直接進入退水渠。

排水管管內有水阻，因此濾網反洗所需的水流量僅為未過濾冷卻水流量的3%～8% 。

濾網反洗所需的水流量相對較小，因此濾網反洗的短暫過程不會對冷凝器的冷卻水供給產生不良影響。

1.2 二次濾網主要參數配置

殼體材質：S235JRG2，襯膠;

公稱直徑：DN1600;

排污管直徑：DN250;

濾網：孔板式共12組，φ5 mm/ 中心距6 mm;

單臺濾網正常流量：17 496 t/h;

單臺濾網最大流量：20 000 t/h;

進水壓力：0.12～0.16 MPa;

出水壓力（排污背壓）：0.06～0.09 MPa;

最小反洗流量：583 m3/h。

2 二次濾網歷史故障及原因分析

經統計，自有記錄以來，四年時間4臺海水二次濾網共發生9次故障，年均2次。

2.1 二次濾網故障情況統計及初步簡要原因分析

（1）排污管脫落3次

初步原因分析：濾網通過海水流量較大（約為4 861 kg/s），排污管長期在流動復雜的海水沖擊下產生脫落。在出廠設計時存在設計缺陷，未充分考慮到二次濾網海水系統的實際情況，未對二次濾網排污管進行加固處理。

臨時處理及預防措施：根據受力分析，對每個濾網排污管相隔120°焊接3 根不銹鋼管支撐。每年年修時重點檢查并更換支架。

（2）濾網損壞（濾網中部產生裂紋）1次

初步原因分析：單組濾網有效過流面積大于排污管的過流能力，這就造成設備反洗時在濾網截留雜質較多情況下，雜質不能完全排除，致使濾網的有效過流能力變小，原水側與凈水側壓差增大，最終導致濾網損壞。

臨時處理及預防措施：更換新濾網，每年停機年修時檢查濾網是否有變形損壞情況。

（3）排污斗卡澀不轉（排污斗外護角鋼變形，頂部與管道內壁卡澀）2次

初步原因分析:夏季海洋生物多，排污工作量大，排污斗排污不順暢，貝殼類異物卡澀導致卡澀。

臨時處理及預防措施:通過對排污斗變形部位及濾網保持架打磨，將排污斗與濾網間隙增大5 mm。每年年修時重點檢查排污斗頂部間隙量是否合格。

（4）傳動減速機和萬向軸連接處銷釘脫落2次

初步原因分析:傳動機構萬向軸處銷子損壞主要由于濾網排污困難或排污運行時間較長，銷子承受剪切力作用，斷裂或擠壓脫落，最終導致排污傳動機構卡死。

臨時處理及預防措施:對傳動機構萬向軸處兩半式銷子進行點焊固定。

（5）排污斗螺栓脫落1次

初步原因分析:經粗算二次濾網排污斗承受水壓力差造成的推力約40 kN 力且處在水流擾動之下，排污斗緊固螺栓未采取防松措施。

臨時處理及預防措施:將排污斗緊固螺栓進行點焊固定防松,每年停機年修時檢查螺栓是否有松動。

2.2 二次濾網故障根本原因分析

從表面上看，故障原因主要是海水流量大，沖擊擾動力大，濾網強度不夠，排污管、排污斗和萬向聯軸節連接固定不牢等。從以往的處理結果看，都是一個故障點解決了，新的故障點又產生了，且故障點主要集中在排污管連接處、排污斗連接處和萬向聯軸節處，而這些部位正是受力較大的部位，是二次濾網的薄弱部位。當一個薄弱部位被加強后，另一個薄弱部位就發生故障，所以從根本原因上分析，懷疑是二次濾網裝置本身存在缺陷，設計不夠合理，造成上述部位承受了本身承載能力以外的載荷。通過仔細深入分析，最終認為二次濾網損壞的根本原因包括以下幾個方面：

(1)現有二次濾網無自動反轉功能。一旦異物進入排污斗與殼體之間的間隙，會造成排污斗與殼體卡澀，且排污斗單方向旋轉時容易造成越卡越緊。

(2)排污斗在轉動的過程中被異物卡?。ㄓ绕涫窃跒V網組底部）使排污斗產生軸向位移，導致排污管固定端損壞并脫落。

(3)現有二次濾網在反清洗時，排污斗處于連續轉動狀態，在每片濾網組沒有停留時間，反洗效果差。

(4)原廠家在設計過程中對二次濾網可能承受的載荷估計不足，對薄弱部位未采取特殊加強措施。

3 二次濾網優化改進方案

結合故障原因分析，制定了以下改進方案以徹底根治原二次濾網故障頻發問題。

（1）采用分度定位的排污方式，使排污斗在每片濾網組的排污過程中給予充分的停頓時間，以保證每次反清洗都能徹底清除濾網所截留雜質。排污結束后使排污斗停留在12點位置，避免排污斗停留在底部時雜物進入排污斗與殼體徑向間隙中。

（2）采用扭矩控制系統，使得排污斗在運轉時遇有嚴重卡滯現象時，能自動反向運轉，避免出現越卡越緊現象。

（3）二次濾網傳動機構采用垂直軸錐齒輪傳遞動力，傳遞動力簡單可靠，徹底解決萬向軸連接結構中銷釘容易脫落、斷裂問題。

（4）將網片數量由原來的12 組增加至20 組，以此減小單個網片的面積，保證網片的過流能力小于排污管的過流能力，并且將現有排污管D250 改為D300，利于排污順暢。

（5）排污斗與濾網保持架之間增加橡膠密封條，防止雜物進入排污斗與保持架端面間隙內。

（6）通過增加每片濾網組的弧度來增大過水面積，降低流速，使更多的雜物處于懸浮狀態，而不是緊壓濾網，這樣反洗時雜物更容易去除。同時將靠近殼體的濾網制作成斜面，使異物更容易掉落。

4 結束語

凝汽器海水二次濾網發生故障后，對機組負荷影響較大，直接關系到發電經濟效益。通過對二次濾網歷史故障的梳理分析，結合故障產生的根源，對二次濾網結構及工作過程進行了改進并付諸實施。改進后的新二次濾網于2018年安裝投入使用，至今再未發生過故障，改進方案是成功的。