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凝汽器运行现状分析及治理措施

作者:郭小健 来源:科学与财富 202020期 时间:2020-11-19

摘要:某公司凝汽器为上海动力设备有限公司生产的 N—17650型凝汽器,单壳体,对分双流程,表面式。内部换热管为铜管,其中主冷区为黄铜管(HSn70—1AB),空冷...

  摘要:某公司凝汽器为上海动力设备有限公司生产的 N—17650型凝汽器,单壳体,对分双流程,表面式。内部换热管为铜管,其中主冷区为黄铜管(HSn70—1AB),空冷区和凝汽器顶部园同段为白铜管(BFe30—1—1),数量共19520根。凝汽器运行存在溶氧超标,铜管泄漏等一系列问题,通过分析原因,对对凝汽器补水管道,及换热管进行改造。

  关键词:铜管泄漏;氨蚀;凝结水溶氧;补水雾化;不锈钢节能管

  一、近年来凝汽器运行存在主要原因分析

  1、溶氧问题

  根据我厂设备的实际情况,分析造成凝结水溶解氧含量大的可能性有如下几种:凝泵密封环泄漏、真空系统泄漏、真空泵的工作效率低、蒸汽中夹带的氧气及各种回收的疏水带入的氧气(量不大)、凝结水过冷度高引起溶解量增加、凝汽器补水中的溶解氧量过大。

  结合以上分析,组织人员采取以下措施进行原因分析:首先检查了各凝泵密封环工作情况,确认密封水压力及回水都在正常状态,另根据历次大修时更换下来的密封部件来看,密封环与轴套贴合处的摩擦均匀,O 型圈完整,无明显缺陷。认为各密封环工作尚属正常。

  根据运营部最近进行的真空严密性试验的结果来看,可以说各机组的严密性是非常好的,若存在泄漏的话,只能是在热井水面以下了。于是组织人员对 #4机可能泄露的部位进行全面检查,要求维护人员对 #4机与凝汽器水面以下相连的真空系统所有阀门、法兰及焊口进行检查。通过对凝汽器热水井放水门,凝结水泵入口门,备泵出口门、逆止门,热井水位计,凝泵进口安全阀,汽侧人孔门,凝结水泵入口滤网及其排污、排气门,凝汽器水位变送器,共计二百多个部位进行裹保鲜膜及抹黄油处理,但收效甚微。

  我厂凝汽器的水位控制在750mm 左右,是比较低的,通过报表数据显示目前各凝结水过冷度基本在1.5℃到3.0℃之间,基本符合设计要求。再通过真空泵运行方式的切换,认为各真空泵的抽气能力也是正常的。故过冷度大,及真空泵的原因也基本被排除了。

  补水量大、补入的除盐水溶解氧大、也是造成凝结水溶解氧大的重要原因之一。注意到各机凝结水含氧量不稳定,忽高忽低,其趋势的变化与机组负荷及真空度都关系不大。补水量愈大,凝结水溶氧就愈易超标。由于二期机组比一期两台机供热量多,需要的补水量也明显要大。至此,可以认为补水量过大及补充除盐水中的含氧过高是凝结水溶氧高的主要因素。随着公司供热事业的不断发展,大量的补水不可避免,所以必须解决补水后溶氧增高的问题。

  2、泄漏问题

  凝汽器铜管的泄漏因汽轮机凝汽器的构造、材质、使用条件和冷却水质、安装工艺等因素的不同,其腐蚀泄漏形式是多种多样的。一般常见的腐蚀有以下几种:1、溃疡腐蚀;2、冲击性腐蚀;3、脱锌腐蚀;4、热点腐蚀;5、应力腐蚀;6、腐蚀疲劳;7、蒸汽侧的氨腐蚀;

  根据我厂历年来抽管检查的实际情况,发现的腐蚀有两种:1、水侧溃疡腐蚀(由内而外);

  2、蒸汽侧的氨腐蚀(由外而内)

  铜管的溃疡腐蚀:多发生在投运3—5年间,基本由铜镀膜不均造成,近几年已未发生此类腐蚀。

  铜管的氨蚀:我厂近年来凝汽器的发生的腐蚀,表现为典型的氨腐蚀。

  氨气的分配系数较二氧化碳为小,因而凝汽器抽气时,空气基本被抽走,而氨易于富集水中,特别是在水中有溶解氧时,铜管的氨蚀更易发生。这种氨腐蚀属电化学腐蚀类型,其阳极过程是铜在氨性环境中的

  氧化过程:Cu+4NH3→〔Cu(NH3)4〕2+ +2e;

  阴极过程是溶解氧的還原过程:1/2O2+H20+2e→ZOH-

  由于腐蚀产物为可溶性的铬离子,因而腐蚀过程可无阻滞进行,其特征主要是铜管均匀减薄,有时也出现横向条状腐蚀沟。资料显示常温下氨水溶液氨的气液相分配比大约在7~10即汽侧氨浓度是凝结水的7~10倍,加上空抽区局部富集以及隔板处凝结水过冷的影响,空抽区的氨含量比主凝结水高数十或数百倍, 个别情况下可达上千倍。当凝结水pH为9.3时, 由NH4OH→NH+4+OH- 的电离平衡可推算出凝结水中氨含量为0.37mg/L,如果pH控制不当,凝结水pH达9.5时,凝结水中氨含量为0.92mg/L,空抽区按浓缩1000倍计算氨含量分别为370mg/L和920mg/L。在如此高浓度的氨环境下,就极易产生氨蚀。有研究表明, 氨含量小于100mg/L,少量的氨提高了溶液的pH,黄铜表面被覆盖的氧化物或氢氧化物所保护,腐蚀受到阻滞,而当氨浓度增大到能与铜离子形成可溶性铜氨络离子时(对HSn701A铜管,氨浓度约300mg/L以上),铜管的腐蚀速度剧增。氨腐蚀常表现为铜管外壁的均匀减薄,但隔板孔处由于凝结水过冷,溶解的氨浓度大大增加,引起铜管环带状的氨蚀而产生切痕,甚至导致凝汽器铜管的切断,腐蚀多发生在空冷区及以下氨浓缩区。由于我厂凝汽器空冷区为白铜管(BFe30—1—1),耐腐蚀性高,空冷区下方为黄铜管(HSn70—1AB),耐腐蚀性低,故往往在空冷区下方的铜管先发生泄漏。

  二、整改技术措施

  1、针对凝结水溶氧问题,对凝汽器补水管道加装雾化装置。

  为改善机组大量补水后凝结水溶氧偏高以及低负荷时凝结水溶氧上升的情况,同时亦为了减小凝结水过冷度,在各机组大、小修中对凝汽器补水管道进行了改造:

  下图为原补水管道图:

  改造方案:在原凝汽器喉部外面的Ф159补水管上加装一个手动阀门,并在其前开口引出两路Ф108、Ф133补水管,从 #7、#8低加两侧进入凝汽器,其布置方向平行于凝汽器铜管方向,并在进入凝汽器前各安装一只电动阀。改造后补水管道图如下:

  Ф108补水管的喷嘴以水平方向喷出,Ф133补水管的喷嘴一排以水平方向喷出,另一排以斜向下方向(与水平方向呈60°夹角)喷出。两路补水管道呈对冲喷雾方式,可使凝汽器喉部形成雾化区。这样,补水雾化后,可以使补水中含有的空气离析溢出而被真空泵抽走,降低了凝结水的含氧量。

  2015年10月中旬,#4机凝结水溶氧超标50—60ug/ L,经数日排查,系统无明显漏点。联系运行投入雾化装置后,溶氧指标立刻下降至15ug/ L 左右。

  2、针对凝汽器铜管泄漏问题,将空冷区下方铜管更换为薄壁扰流强化换热不锈钢管为解决此类问题,拟将空冷区下方腐蚀严重的黄铜管更换为316L 不锈钢管,可显著提高空冷区下方区域内的管道抗腐蚀性,减少凝汽器氨蚀泄漏。理论上不锈钢316是耐氨水腐蚀的,在100摄氏度及以下温度对任何浓度的氨水都具有优异的耐腐蚀性。

  不锈钢虽然耐腐蚀性好,但导热性能比铜差,不锈钢管的传热性能虽然不锈钢管的导热系数仅为 B30—1—1的55%和 HSn70—1A 的15%,但不锈钢管凝汽器总传热效率不一定比铜合金管低,因为不锈钢管壁较薄,一般为铜合金管的50%-71%;与铜合金管相比,不锈钢管腐蚀产物较少,管壁光洁,不易沾污。因此具有较高的清洁系数和较低的流动阻力,另外我们采用了扰流强化换热不锈钢管。主要是将管道内壁压制出导流花纹,增加管道内冷却水的雷诺数,以达到强化换热的目的。

  三、结论

  上述是笔者近年来对在公司设备运行中发生的一些问题所做的一些分析和改造工作。从实际情况来看,取得了预期的效果,凝汽器故障率得到降低,凝结水水质得到了保障。在设备管理工作上克难攻坚任重而道远,其中不足之处希望得到各位领导、同事的批评指正。

  参考文献:

  [1] 提高机组真空泵气动门可靠性的方法研究[J]. 郭勇,邵程安. 浙江电力.2018(09)

  [2] 冷却水源对真空泵性能的影响[J]. 钱秋裕,郝洪亮. 热力发电.2012(03)

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