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600MW汽輪機凝汽器膠球清洗裝置系統的技術改造說明
600MW汽輪機凝汽器膠球清洗裝置系統的技術改造說明，針對哈爾濱電廠600MW汽輪機凝汽器膠球清洗裝置中存在的二次慮網前后水壓壓差大和收球率低的問題，從理論上進行探討，對結構進行復核計算，實際跟蹤觀察分析，終達到完全符合行業標準的要求，為今后國內大中型凝汽器膠球清洗裝置的技術改造和產品設計、制造和運行提供了借鑒。
哈爾濱電廠針對600MW機組凝汽器膠球清洗裝置所存在的問題進行了技術改造。該機的膠球清洗系統自6月安裝投運以來，一直沒有正常投入過運行。在8月檢修期間，為保證循環水的凈化程度，增加了一套固定網芯立式二次濾網，又經過一年的使用，此系統仍‘存在二次濾網前后水壓壓差大和膠球投進去收不回來的兩大技術難題。針對這兩個關鍵的問題，從理論上進行了探討并對結構進行了復核計算，實地跟蹤進行細致的觀察和分析，分別制訂了二次濾網和收球網的技術改造方案。
1二次濾網的技術改造方案
1.1二次濾網的運行概況
哈爾濱電廠600MW汽輪機凝汽器所用的二次濾網是直接裝在凝汽器下部，并與大法蘭口對接的固定網芯立式二次濾網。因為循環水采用松花江江水，水質較差，該濾網自10月交工投運以來，始終存在網芯表面φ8濾孔大面積被污垢雜物堵塞的現象，二次濾網兩側壓差嚴重超限，嚴重影響了凝汽器真空及機組的正常運行。曾多次對凝汽器單側解列，派人員進入到濾網內，用鐵鍬和鋼絲刷清理網芯表面，使φ8濾網孔恢復暢通，來保證凝汽器的正常工作。這種凝汽器單側解列清除濾網網芯表面污垢的方法，給正常有序的生產造成了很大的影響。
1.2觀察與分析
針對濾網芯上中8孔大面積被堵的問題，于5月10日利用電廠檢修清理二次濾網的機會，進入這兩套濾網內，對其網孔被堵的真實情況進行細致的觀察與分析。圖1是該二次濾網的剖面圖。濾網外殼總高3800mm,外殼直徑為φ2860mm,濾網芯的直徑為φ2000mm,循環水的進水管徑為@2240mm。
圖1二次濾網剖面圖
循環水進水管口中心線的水平截面稱為A—A截面、該截面濾網芯孔的堵塞程度如圖2所示。圖中的A處是堵塞嚴重區，是對著進水管口@2240直徑的部位，φ8孔都被堵死，而且被水流沖擊得特別結實，其積聚污垢的厚度，兩臺濾網稍有不同，右側(內圈循環系統)的一臺積垢厚度約3～5mm,越是水流中心積垢越厚，左側(外圈循環系統)的一臺積垢厚度約2～3mm,也是水流中心厚，四周邊沿尚有未被堵塞的孔。
圖2二次濾網的A-A截面
圖中的B處是堵塞不嚴重區，這個區的污垢物大多是纖維狀物質，含有少量粘性的泥沙。這個區域的堵塞物比較容易清除。內圈循環系統的二次濾網這個區域網芯被堵的孔約占這個區的一半。外圈循環系統的二次濾網這個區域網孔被堵的較少，不足這個區所有孔數的1/3。
圖中C處是網孔無堵塞區。此區內濾網表面光潔無垢，只有極少數網孔掛有纖維狀物質，沒有被堵塞不通的孔。由此可以證明，在進水水流切線方向，水流沖刷網芯表面，污垢就積聚不起來。高于進水管口以上水平的截面稱為B—B截面。該截面位置其網芯孔堵塞程度見圖3。在這個截面上網孔被堵的情況總的說來比A—A截面的少，而且沒有像A—A截面的A處那樣堵塞程度嚴重的污垢，也就是說不存在被水流直接沖擊得特別結實的污垢積聚。又因為循環水流的關系，這個截面上3種不同程度的堵塞區域位置有所改變。圖3中的A區是堵塞嚴重區，變動到進水管口位置的左上方，堵塞的網孔數約占這個區域孔數的1/3左右，且堵得不結實，有些是水流旋帶上來的河流石，卡塞在φ8網孔內，這些污垢物是水流沖到濾網芯上的那些未被粘牢的部分隨水流旋帶上來到此區域的。
圖3二次濾網的B-B截面
按上述現實情況分析，確實符合流水沖擊、沖刷、渦流形成和流體內物質聚散的科學原理。
1.3二次濾網基本參數的復核與計算
凝汽器膠球清洗裝置循環水其進出水管口壓差大小和二次濾網的透水率有直接關系。而透水率是和濾網網芯上的孔徑有關，還和網芯上孔的數量有關。通過復核與計算，該機現在所用的二次濾網孔徑小、孔數少，達不到較好水質循環水條件的要求，更不能滿足松花江水水質較差情況下使用。據此，該膠球清洗裝置系統中的二次濾網，無論采用何種改造方案，網芯上的孔數必須增加或者采用擴大孔徑的辦法，使其達到透水率的要求。
這次技術改造選用了擴大孔徑的辦法，把網芯上的147168個④8孔擴為φ10孔。致使二次濾網網芯上開孔截面積的總和與循環水管徑截面積之比由改造前的1.92提高到2.80。
1.4二次濾網的改造方案
1.4.1改造方案1—加裝阻水極和分流導水柱
如圖4所示，這是針對圖2中的A—A截面A區堵塞嚴重情況所采用的直接、簡易的技術措施。造成此處堵塞嚴重的原因是循環水進來時夾帶污垢，沖射正對管口的濾網芯，使其越積越厚，越是水流中心越厚。利用阻水板可直接擋住污垢，不讓污物沖射到網芯上，又利用分流導水柱使水流自身產生分力，減小水流直接沖射網芯的沖力，網芯正面再不會出現堵塞嚴重區的現象了。
圖4改造方案1示意圖
阻水板和分流導水柱的尺寸與安裝角度都進行了精確的設計與計算，其制造與安裝要完全符合結構設計和計算的要求。
1.4.2改造方案2——加外動力變固定式
為旋轉式二次濾網如圖5所示，此方案是網芯在外加動力驅動下，逆進水水流方向旋轉，網孔在多變的旋渦水流沖力的作用下，不致被堵死，保持二次濾網兩側的壓差平穩。
圖5改造方案2
1.4.3改造方案3—利用循環水的自沖力變固定式為自動旋轉式二次濾網如圖6所示，此方案是利用循環水從切線方向進入二次濾網所產生的沖力，在網芯上加裝輪翅，使網芯順進水水流的方向旋轉起來，網孔也是處在多變的旋渦水流沖力的作用下，不被堵塞，同樣可保證二次濾網兩側壓差不超限。采用此方案必須在二次濾網的外殼體上增加一套用來觀察網芯是否在旋轉的窺視孔裝置或電氣信號裝置。
1.5凝汽器膠球清洗裝置二次濾網改造方案的分析比較
上述3個改造方案都是能付諸實現的技術改造方案，都能使二次濾網網芯上濾網孔在水流所產生的沖力作用下不被堵塞或少被堵塞，以此來保證凝汽器循環水進出管的壓差不超限、且還都具有不同程度的消除污垢積聚的能力。
加裝阻水板和分流導水柱方案，可以減少濾孔被堵的數量和延長清除網芯表面積垢的時間間隔。因為網芯不能旋轉，使幾個不同程度的積垢區相對地改換了位置，這3個程度不同的堵塞區還都存在，但大大地減小了積垢的程度。雖然同樣會產生網芯表面積垢的問題，但是像A—A截面A處堅實的積垢區卻是不會再出現了。
方案2和方案3是濾網網芯能旋轉的改造方案，網芯表面處在多變的旋渦水流當中，使污垢積聚不起來。方案2需外加動力，其特點是逆進水水流方向旋轉，網芯表面沖刷切向力大，污垢更難積聚。方案3是利用循環水進水的切向力，推動裝在網芯上的輪翅，使其順水流方向旋轉，網芯表面同樣處在多變的旋渦水流當中，但因為網芯是順水流方向旋轉，使沖刷網芯表面的切向力相對減小。
二次濾網3個技術改造方案的分析比較見表1。
表1
項目 技術難度 改造工程增加的部套、零件和材料 實施工程量 達到故果
方案1 較小 較少 較小 比較理想
方案2 一般 多 大 理想
方案3 大 較多 較大 理想
1.6凝汽器膠球清洗裝置二次濾網改造方案的選定
針對3個改造方案的分析比較，都能達到除污排垢的效果，考慮到原二次濾網的制造尺寸精度和工程量、檢修周期較緊，終選定加阻水板和分流導水柱的技術改造方案。
2收球網的技術改造方案
哈爾濱電廠600MW機組凝汽器膠球清洗裝置系統，每套系統都包括有：加球室、膠球泵、收球網和有關相接的投球、收球管路、閥門等。該系統從6月安裝以來，雖經原生產廠家多次調試，一直未能正常投入運行，其中膠球收球率低的問題不但與整個管路系統有關，更主要的還是與收球網內部結構有關。
在7月5日，利用機組檢修的機會打開兩臺加球室，又進入兩個臥式收球網內，對整個膠球清洗裝置系統的各有關部套進行認真、細致的診斷，終確認該膠球清洗裝置存在下列問題：
1.整個凝汽器膠球清洗裝置系統管路過長，使用90°彎頭過多，使膠球流通不暢；
2.每套系統中的投球管在等直徑的情況下由一根管分成兩根管往里投球，再是收球網內收球管也是等直徑的，由兩根管合并成一根管接往膠球泵收球，都是不合理的；
3.收球網內的收球部分設計有問題，它不能使膠球很順利地聚集到膠球泵的收球管路內，每個系統中凡離回膠球泵遠的那條收球管路都是被循環水中的泥沙、石子等雜物堵死的；
4.在收球網的前端裝有一個波紋補償節(膨脹節),由于補償節內的護環與外殼體的裝配間隙大小不均，當膠球隨循環水從凝汽器內部工作完畢后進入到收球網腔內時，在混亂無序的水流旋渦力量的作用下，部分膠球被迫進入到護環與殼體的夾縫當中，造成膠球丟失現象嚴重。
管路系統的具體改造內容(其中數字是按一套系統計算):
1.改變膠球泵進加球室的管路走向，減短0.5m管路，減少2個90°彎頭；
2.改變加球室到二次濾網上端投球管路走向，改用一個投球口，并改到里側靠凝汽器本體的位置，使之減短2.5m管路，減少8個90°彎頭；
3.改變原收球管路走向。改造后的收球管路是從收球網后的球石分離器頂部接管進膠球泵的。這條管路減短2.5m,還減少3個90°彎頭。
在改造過程中，整個系統要用彎頭的地方在可能的情況下盡量采用大半徑彎頭，以減少彎頭的阻力，從而保證了膠球泵的出力。
凝汽器膠球清洗裝置收球網的改造：
1.在收球網內新做了一個不銹鋼板制作的集球盒。改變了原設計從下部兩根φ108管收球而采用一根φ159管，從側向收球(側向進入球石分離器再回膠球泵)。
2.清理收球網內活動柵板縫隙中的石子等雜物，修正活動柵板條之間的縫隙寬度。
3.將收球網內兩側擋水盲板改為各鉆有1000個①10孔的固定柵板。該兩塊固定柵板可增加透水面積0.157m2。每個凝汽器膠球清洗裝置系統管路中增加一個球石分離器，使能穿過二次濾網網孔又通不過收球網柵板縫隙的石子用球石分離器聚集起來排出管路，再不會被膠球泵吸入進入下一個循環。校正波紋補償器護環與外殼體的間隙，使其均勻，在保證膨脹節工作性能的前提下，膠球再不能進入護環和外殼體間的縫隙之中。
3凝汽器膠球清洗裝置二次濾網改造后的效果
1.二次濾網前后的壓差由改造前的0.02MPa減小到0.005MPa。由于阻力的減小使循環水的流量每小時相應增加700m3,從而有效地提高了凝汽器的換熱效率。
2.改造后，經過3次投球試驗，兩套膠球清洗裝置的收球率都達到95%以上，收到了預期的效果。表2列出了1997年8月15日試驗記錄。
表2凝汽器膠球清洗裝置系統投試記錄
外循環系統(2號菜) 內循環系統(I號泵)
投球 600個 600個
一次收球 570個 597個
一次收球率 95% 99.5%
二次收球 8個 2個
二次收球率 I.33% 0.33%
總收球率 96.33% 99.83%
3.通過對哈爾濱電廠600MW機組凝汽器膠球清洗裝置的技術改造，證明了本次改造方案是可行的是成功的，完全符合行業標準的要求。