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火力發電廠汽機冷油器，管式冷油器的應用與分析，為節約成本，清除管式冷油器換熱管束油側的油泥、油垢，提高管式冷油器的換熱效果，降低管式冷油器堿洗后對潤滑油的污染，通過對清洗方案的多次研究及改進，對比冷油器換熱管束表面油泥、油垢清除效果，冷油器堿洗后的換熱效果及機組運行后的油質檢測結果以獲得佳堿洗方案，為同類機組的管式冷油器堿洗提供一定經驗。
火力發電廠汽輪機潤滑油一般使用高質量、均質的精煉礦物質油，具有潤滑、調速、冷卻、密封等作用，汽輪機軸瓦、頂軸裝置、發電機密封油裝置及危急遮斷裝置必須使用可靠且合格的潤滑油質，潤滑油系統是汽輪機系統重要的組成部分。在汽輪發電機組的正常運行中，因潤滑油質不斷地流動與管壁沖刷，軸瓦熱量的傳遞以及軸封漏氣均會導致潤滑油升溫，其產生的熱量若不能及時傳遞出去，不僅降低潤滑性能，而且會導致油質的惡化，潤滑油中機械雜質和油泥繼而增加。惡化的油質不僅使得軸瓦處油膜不穩，嚴重時導致汽輪機轉子振動超標，軸瓦及軸徑磨損，不利于汽輪機安全運行。
因此，在汽輪機正常運行中，冷油器對汽輪機的安全運行起著非常重要的作用。隨著機組常年運行，潤滑油中的雜質，尤其是油泥會逐漸附著在冷油器的表面，使得汽機冷油器，管式冷油器的換熱效果不斷惡化，終無法保證冷油器出口油溫（冷油器出口油溫控制在45℃),系統油溫不斷升高，終威脅機組的安全運行。常規電廠中，冷油器采用管式或板式，隨著技術的發展，板式冷油器的研究及應用日趨成熟，其冷卻效果和經濟性均優于管式冷油。但一些電廠中，因設計理念及經濟問題，仍沿用汽機冷油器，管式冷油器。因此，在不額外度增加經濟成本，且保證汽輪機組安全運行的條件下，如何維持管式冷油器換熱效率，是迫切需要解決的問題。
1設備概述
某電站一期裝機容量為4×330MW，汽輪機潤滑油冷油器采用管殼式雙聯冷油器（詳見圖1），該冷油器由殼體、水室、管子、擋板組成，潤滑油在冷油器殼體內繞管束外環流，而冷卻水流經管內，以閉式循環水作為冷卻水，以除鹽水作為閉式循環水，水側不易結垢。每臺機組配置一套管殼式雙聯冷油器，換熱管材質為TP316，冷卻面積為2×250m3，冷卻水量為480t/h，冷卻水入口設計大溫度為35℃,出口油溫：43~49℃。
該電站一期工程自2012年后各機組相繼投產，自2015年進入商業運維模式。由于該國家電力極其短缺，機組常年滿負荷運行，未曾開展常規年度檢修及大修項目，冷油器換熱效果日趨變差，尤其在夏季，當地氣溫可達51℃,閉式水溫約39℃,兩套冷油器同時運行，進水調門開度100%，冷油器進口潤滑油溫度57~63℃,冷油器出口油溫已達48~51℃,該狀況下的機組仍要求滿負荷持續運行半年之久，非常不利于機組的安全運行。經過與業主方的溝通、申請，要求機組在用電量較小的冬季開展年度檢修工作，在此期間，研究并開展了冷油器堿洗的工作。
2堿洗方案
積存在列管式冷油器的油泥、油垢，在一定溫度下可以與堿洗液產生皂化反應、乳化作用以及浸透潤濕作用，將管壁表面的油泥、油垢進行清除。由于水側為干凈的閉式水，結垢傾向較小，對冷油器冷卻效果影響小，因此只需針對冷油器油側進行清洗。結合現場實際情況，氫氧化鈉庫存量較多，使用安全性也在可控范圍之內，因此選定氫氧化鈉作為冷油器堿洗的化學藥品。
關于潤滑油循環中堿洗工藝應用的研究，通過大流量除鹽水沖洗，再進行堿液循環清洗，可有效除去系統內油污，并去除系統內的大部分顆粒狀機械雜質。該堿洗工藝對新建電廠潤滑油系統的堿洗有較好的效果，但對于長時間運行的電廠的潤滑油系統不適合。潤滑油系統在長時間運行后，尤其是冷油器管束的表面，附著較多的油泥、油垢，在堿液中油泥、油垢會松動并溶于堿洗液中，若對系統進行循環沖洗，堿洗液中的油泥及油垢會積沉在軸瓦、油封、射油器等空間流動性較弱的地方，嚴重時造成堵塞。由于該電站設計時間較早，其油系統回油套管及油箱是內襯防腐油漆的碳鋼材質，若使用堿洗液對管道及油箱循環沖洗，將會導致防腐油漆脫落。在該電站一期四臺機組的冷油器堿洗的過程中，通過不斷摸索和研究，共產生了三種堿洗方案，新方案均是在前一方案的基礎上進行優化和改進，使得冷油器堿洗的效果變得更好，次生污染較小。
2.1冷油器堿洗方案1
將冷油器換熱管束從冷油器內吊出并運至堿洗作業區域，用溫度為280℃,壓力為1.0MPa的輔助蒸汽進行吹掃換熱管束的油側，初步清除表面的油泥油垢。將堿洗水箱內的工業水加熱至50℃,起堿洗水泵（流量為200m3/h，壓力為1.0MPa），開啟再循環門，配置0.7%的氫氧化鈉堿洗溶液，將換熱管束浸泡在溫度為50℃,堿度為0.7%的堿洗溶液，浸泡時間為48h。浸泡結束后，將堿洗水箱內的廢水排至工業廢水池。重新配制溫度為50℃,堿度為0.7%的堿洗溶液，再次浸泡48h。二次浸泡結束后，用工業水沖洗管束油側至無污水排出，同時用輔助蒸汽吹掃換熱管束水側污漬，吹掃完畢后用布繩拖拉的方法逐根清理水側污漬，后用工業水沖洗換熱管束水側至無污水排出。待換熱管束表面無水漬后，將換熱管束回裝，同時對換熱管束水側進行壓力試驗，試驗壓力為工作壓力的1.5倍，兩小時內無泄壓現象則試驗合格（圖2）。
通過高溫蒸汽吹掃，可以將冷油器換熱管束表面的雜質及部分油泥清理掉，減少后續浸泡和堿洗的負擔。在清洗水箱內，將換熱管束浸泡在溫度為50℃,堿度為0.7%的堿洗溶液內48h，可以將管束表面的油泥、油垢松動，通過沖洗水泵在清洗水箱內造成的擾動，部分油泥從管束表面清除，油泥、油垢浮于堿洗液水面。
2.2汽機冷油器，管式冷油器堿洗方案2
冷油器堿洗方案2的堿洗流程與方案1相同，在冷油器堿洗方案1堿洗系統上進行了改進（詳見圖3），在清洗水水箱內增加沖洗管，沖洗管與清洗水泵出口相連，在冷油器管束兩側增加數道沖洗管。該系統可以使得冷油器換熱管束在堿洗液浸泡后，通過數道沖洗管對冷油器管束沖洗。管束每完成一次堿洗，管束在清洗水箱內便旋轉一周，使沖洗管對冷油器每個管束進行沖洗。
2.3汽機冷油器，管式冷油器堿洗方案3
汽機冷油器，管式冷油器堿洗方案3在方案2的基礎上進行了改進，清洗流程不同于冷油器堿洗方案2，冷油器管束浸泡沖洗后，通過加工制作與冷油器外殼相同尺寸的模擬外殼，將冷油器換熱管束在模擬外殼內繼續沖洗兩次，每次沖洗8h，通過冷油器模擬外殼，可以對冷油器管束進行較高壓力和較大流量的沖洗，冷油器模擬外殼出口在遠離沖洗水泵側直接排至清洗水箱。
表1各堿洗方案對潤滑油質的影響的對比
堿洗方案 潤滑油參數 堿洗前 堿洗后
方案1 水分/(mg·L-1) 17.85 17.91
酸值（mgKOH/g） 0.10 0.13
顆粒度(NAS1638) 9.00 14.00
方案2 水分/(mg·L-1) 52.00 52.00
酸值（mgKOH/g） 0.13 0.14
顆粒度(NAS1638) 8.00 10.00
方案3 水分/(mg·L-1) 34.40 35.00
酸值（mgKOH/g） 0.09 0.11
顆粒度(NAS1638) 8.00 9.00
表2各堿洗方對汽機冷油器，管式冷油器換熱效果的比較
方案1 方案2 方案3
清洗前 清洗后 清洗前 清洗后 清洗前 清洗后
機組負荷/MW 219 228 機組負荷/MW 233 221 機組負荷/MW 225 316
閉式水調閥開度/% 100 100 閉式水調閥開度/% 100 100 閉式水調閥開度/% 100 40
冷油器進水溫度/℃ 29.1 29.5 冷油器進水溫度/℃ 28.9 29.2 冷油器進水溫度/℃ 28.0 28.5
冷油器出水溫度/℃ 30.9 31.7 冷油器出水溫度/℃ 31.0 32.0 冷油器出水溫度/℃ 29.9 32.3
閉水水溫升/℃ 1.8 2.2 閉水水溫升/℃ 2.1 2.8 閉水水溫升/℃ 1.9 3.8
冷油器進油溫/℃ 60.8 59.9 冷油器進油溫度/℃ 59.8 57.7 冷油器進油溫度/℃ 59.2 54.5
冷油器出油溫度/℃ 48.5 46.8 冷油器出油溫度/℃ 47.0 43.4 冷油器出油溫度/℃ 46.6 40.0
潤滑油溫降/℃ 12.3 13.1 潤滑油溫降/℃ 12.8 14.8 潤滑油溫降/℃ 12.6 14.5
具體堿洗步驟如下：吊出換熱管束—用輔汽吹掃換熱管束油側—加熱工業水至50℃—配置0.7%氫氧化鈉溶液—起動沖洗水泵，開再循環門，關閉冷油器模擬外殼進口門，將換熱管束浸泡在50℃,堿度為0.7%的堿洗溶液內48h—排水至工業廢水池—重新配置溫度為50℃,堿度為0.7%的堿洗溶液—啟動沖洗水泵，開再循環門，關閉冷油器模擬外殼進口門，將換熱管束浸泡48h—排水至工業廢水池—重新配置溫度為50℃,堿度為0.7%的堿洗溶液—將換熱管束置于冷油器模擬外殼內，關再循環門，開冷油器模擬外殼進口門，啟動沖洗水泵沖洗8h—排水至工業廢水池—重新配置溫度為50℃,堿度為0.7%的堿洗溶液→將換熱管束置于冷油器模擬外殼內，關再循環門，開汽機冷油器，管式冷油器模擬外殼進口門，啟動沖洗水泵沖洗8h—排水至工業廢水池—用工業水沖洗管束至無污水排出—自汽機冷油器，管式冷油器模擬外殼取出換熱管束—拖拉布繩清理換熱管束水側—換熱管束回裝，做壓力試驗（試壓壓力為工作壓力的1.5倍），2h內無泄壓現象則為合格（圖4）。
3堿洗方案效果比較
3.1各方案對換熱器管束表面堿洗效果的比較
比較各方案對冷油器換熱管束表面的的堿洗效果，通過蒸汽吹掃，堿液浸泡，能有效的清除換熱管束表面的油泥、油垢（詳見圖5）。但各方案對換熱管束清潔的深度不同，方案1能夠清除換熱管束表面1~3層的管束，外側3層無肉眼可見油泥、油垢；方案2能夠清除換熱管束表面1-5層的管束，外側5層無肉眼可見油泥、油垢；方案3能夠清除換熱管束中心區域的管束，清理深度深。另外，通過各方案對冷油器換熱管束堿洗后，用白布條穿過冷油器換熱中心區域，進行拖拉檢查，發現從方案1堿洗的冷油器換熱管束中抽出的白布條表面油泥、油垢多，從方案3堿洗的冷油器換熱管束中抽出的白布條上的油泥、油垢少，因此斷定方案3對冷油器換熱管束表面的油泥、油垢的堿洗效果是好的。
3.2各堿洗方案對潤滑油質的影響
冷油器堿洗結束且打壓試驗合格后，為防止冷油器堿洗不徹底導致潤滑油油質惡化，避免惡化的油質污染、堵塞潤滑油系統。啟動交流潤滑油泵前，在潤滑油濾網出口加裝堵板，并用管道連通濾網及主油箱，使得潤滑油通過冷油器循環到主油箱內，循環24h后對潤滑油取樣化驗。
通過取樣化驗的結果（表1）可以得出，各堿洗方案對潤滑油的水分、酸值無影響，證實了冷油器油水結合處是嚴密的。針對各堿洗方案對潤滑油油質顆粒度的比較，油質顆粒度有了不同程度的增加，堿洗方案1對潤滑油顆粒度影響嚴重，顆粒度由9級變為14級，堿洗方案3對潤滑油顆粒度影響小，顆粒度由8級變為9級。因此，堿洗方案3對潤滑油油質的影響要小于堿洗方案1和堿洗方案2。在冷油器堿洗的過程中，堿洗方案1和堿洗方案2無法對冷油器換熱管束核心區域進行清洗，冷油器核心區域的管束表面的油泥、油垢在堿液浸泡后松動，冷油器回裝后，通過交流潤滑油泵一定壓力下的大流量沖洗，松動的油泥、油垢進入潤滑油，導致油質顆粒度增加。惡化的油質可以通過板式濾油機循環濾油進行改善，當潤滑油油質各參數合格后，啟動交流潤滑油泵，使得潤滑油進入系統。
3.3各方案對汽機冷油器，管式冷油器換熱效果的比較
通過各堿洗方案對機組冷油器堿洗后，在機組運行期間對各機組冷油器的運行參數進行了搜集和統計（表2），各堿洗方案對機組的冷油器換熱效果有了不同程度的改善，冷油器進出口閉水、潤滑油溫度均有了不同程度的變化。在機組負荷相近，閉式水回水調閥全開的情況下，方案1的閉水溫升堿洗后較堿洗前增加0.4℃,方案2的閉式水溫升堿洗后較堿洗前增加0.7℃,方案3在機組接近滿負荷且閉式水回水調閥開度為40%時，閉式水溫升增加1.9℃。同樣對比方案1和方案2，方案1的冷油器進油溫度堿洗后較堿洗前減少0.9℃,方案2冷油器進油溫度堿洗后較堿洗前減少2.1℃,方案3在機組接近滿負荷且閉式水回水調閥開度為40%時，冷油器進油溫度堿洗后較堿洗前增加3.7℃。對比潤滑油溫降，方案1冷潤滑油溫降堿洗后較堿洗前增加0.8℃,方案2潤滑油溫降堿洗后較堿洗前增加2.0℃,方案3在機組接近滿負荷且閉式水調閥開度為40%時，潤滑油溫降增加1.9℃。
綜合機組負荷、閉式水回水調閥開度、閉式水溫升、冷油器進油溫度以及潤滑油溫降的參數變化，可以得出方案3對汽機冷油器，管式冷油器換熱效果的影響佳。
4堿洗總結
通過汽機冷油器，管式冷油器的堿洗，可以改善油器換熱管束的換熱效果，堿洗方案3對主機冷油器的表面的油泥、油垢能夠有效的清除，提升換熱管束的換熱效果佳，對潤滑油油質的次生污染小。因冷油器堿洗所導致的潤滑油質惡化的問題，可以通過在線濾油機或板式濾油機得以解決。堿洗方案3能夠明顯改善管式冷油器換熱效果，無需對設備進行更換或技改，其經濟性好，安全性高，施工方便，工期短，可以為同類設備提高換熱效率提供較好的借鑒意義。