热网加热器换热效率低的原因分析及处理

雷 强

(大唐长春第三热电厂,长春 130103)

热网加热器是热网中的重要组成部分,其运行的可靠性、经济性直接影响热网的安全稳定运行。某热电厂现有装机容量 6×220 MW,均为热电联产机组,配置 16台管壳式换热器,热源均来自汽轮机六段抽汽,抽汽采用双管合并母管制,分别向各台加热器的进汽口供汽加热热网水,通过热网水泵向热用户循环供给热水。该热电厂承担全市近30%供热任务 ,年供热量 约 1 200× 104J。

由于该热电厂一期4台加热器运行至今已20余年,设备老化现象明显,管束泄漏频繁,堵管率逐年升高,换热效率明显降低,加重出口母管温度调节难度,影响供热总量的稳定输出。哈尔滨锅炉厂热网加热器《产品设计使用说明书》中规定,堵管数量不得大于总管数量的5%～6%,文献[1]中规定管程与壳程的阻力损失不应超过设计值的 10%。该热电厂平均每 5年就因管束漏泄导致堵管率达到 10%以上,而被迫返厂支付每台高达 100余万元的换管费用,使检修管理费用居高不下。

1 原因分析

加热器换热效率低于设计值的主要原因是堵管率过高,导致有效换热面积降低。造成堵管率高的主要原因是管束泄漏、检修封堵和热网回水中的杂质在管束内淤积、堵塞。管束泄漏原因较多,如进汽挡板脱落或遮挡面积不足,使进汽管两肩处管束因局部过热产生裂纹;管端胀口处焊口因水质腐蚀及冲刷产生渗漏;进水管道内未排净的空气进入加热器内,引起管束振动与隔板磨擦损伤及局部过热造成管束泄漏;管束因水质原因结垢、腐蚀产生漏点等等[2]。恶劣的运行条件是管束泄漏的主要诱因,管束堵管率高会降低换热面,管束前、后压差增大。

该热电厂 2006年投入运行的 4台加热器,当年即频繁发生管束泄漏,平均每台堵管 50余根,统计发现 90%出现在进汽管两侧肩部,对其结构进行检查分析发现加热器进汽处汽室空间较小,高温蒸汽直接冲刷肩部的管束,造成其受损泄漏。利用停运检修期,将进汽管扩容改造后,泄漏现象明显减少。 1至4号热网加热器运行时间较长,管束内存在较明显的内壁结垢,结垢量约为 3.9 kg/m2,严重影响管束换热效率。在采用化学酸洗方式除垢后,虽达到了除垢目的,但酸洗后药剂清洗不彻底,胀口焊缝产生腐蚀,造成大量管束胀口处发生渗漏,对其封堵使得换热效率明显降低。在2010至2011年度供暖初期,发现加热器水侧出入口压差增大,出口水温升高,流量降低。检查发现是因为市区对集中供热管网进行增容改造时,由于管理不善,大量杂质进入热网管路并在压力水的推动下进入加热器,造成管束内堵塞。供暖期内1～4号热网加热器被迫停运 17台次,每次清理碎砂石等杂质约200 kg。由于杂质中的砂石卡涩,因此利用高压清洗机清洗疏通的效果并不明显,严重降低了加热器的换热效率及利用时间。

2 处理方法

2.1 加强系统停运后加热器管束防腐工作

系统停运后,在管束的垂弧中会存积有一定量的酸性热网水,对管束产生腐蚀,容易发生渗漏现象,降低其使用寿命。这时可打开两端人孔,在一侧利用轴流风机将管束内存的水风干,降低化学腐蚀效应,再利用生石灰保持干燥,起到长期防腐效果,延长管束使用寿命。

2.2 局部更换管束

对堵管率超过 10%以上的加热器,通常采用返厂进行整体更换管束的方法,每台费用约 100万元。如维护保养不当,5～6年内随堵管率的攀升,必将再次发生巨额费用,即使自行组织人员施工,材料费也需60余万元。采取局部更换的方法,即可用整体更换一台的费用使多台加热器达得到 100%换热面积,提高缺陷处理比率,可大量节省检修费用。

2.3 彻底除垢疏通管束

堵管不仅是因泄漏造成的检修封堵,还有大量因管束结垢或内部存留杂质对介质水的阻塞,而这些不易发现的缺陷,需要在设备运行期间对运行状态及消缺处理过程中发现的问题进行分析,才能制定正确有效的处理措施。由于2010～2011年度供暖期发现的管束被路基填充石料堵塞现象,在线无法彻底疏通,停运后对加热器进行解体检修时,用长钢筋对全部管束进行疏通,个别由于石子棱角相互卡涩无法疏通时,将钢筋一端焊上电锤头,另一端用低速电锤带动,将石子击碎。在疏通的同时,可将另一侧混合室内注满水,通过水流将管束内堵塞物带出,彻底疏通后再利用高压清洗机及爬管将管束内壁结垢逐根清扫,确保疏通及清扫管束的效果,确保管束换热效率。

2.4 改善运行条件

一般在热网回水母管上安装旋转滤网。在轻微堵塞时宜采用反冲洗排污,在堵塞严重时,需要切换至旁路运行方式,再对滤网进行清扫。在回水母管上操作对相关阀门检修质量要求较高,如因操作不当或阀门临时性故障极有可能造成系统停运事件。为避免此类事件的发生,保证管束疏通后能够长久保持较高换热效率,在加热器入口门后的垂直管段加装滤网,滤网下部加装收集井及排污管,使回水中的杂物及金属氧化皮,经网孔小于加热器管束内径的白钢滤网过滤后聚集在收集井内,可随时开启排污门清除。经滤网过滤后较小杂物可轻松在加热器管束内通过,降低加热器本体管束堵塞概率。如运行过程中滤网前后压差过大,开启排污无效,可通过反冲洗的方式将堵塞滤网网孔的杂物通过排污管排出,不需要停止加热器汽侧运行,操作过程对系统运行参数影响不大。

3 效果对比

4台 JR-1500型管壳式换热器 2010年发生泄漏17次,堵管 39根;2011年发生漏泄 9次,堵管 43根;2012年经治理后,4台加热器共发生泄漏 2次,堵管7根,因处理泄漏缺陷而造成设备停运次数明显降低,提高了设备利用时间。

以前水侧平均压力入口为 0.90～1.10 MPa,出口为 0.60～0.70 MPa。安装滤网装置后,入口为0.75～0.80 M Pa,出口为 0.65～0.70 M Pa,因加热器管束堵塞造成水侧出入口压差大的现象得到明显改善。对一台水侧出入口压差达0.12 M Pa的加热器进行反冲洗试验,冲洗前滤网入口压力为0.83 MPa,出口压力为0.80 MPa,加热器本体入口压力为0.80 M Pa,出口压力为 0.68 M Pa;实施反冲洗5 min后,滤网入口压力为0.80 MPa,出口压力为0.80 MPa,加热器本体入口压力为0.78 M Pa,出口压力为0.72 M Pa,加热器出入口压差明显降低。

未处理前,单台汽轮机 2台加热器疏水量220～230 t/h,经彻底疏通并安装滤网后,疏水流量约 300 t/h,明显提高了加热器的换热效率,并降低疏水泵汽化的概率。在供暖期对发生泄漏的加热器进行处理时,检查发现管束内仅存有少量细碎金属氧化物及杂质,出入口水室杂物明显减少。

4 结束语

对管束内壁结垢及堵塞现象进行彻底疏通整治,使加热器投运后的水室出入口压差降低,管束局部过热爆裂、胀口处焊缝泄漏造成堵管等缺陷明显减少,同时提高了换热效率。运行过程中根据水侧出入口压差变化及时投入滤网反冲洗装置,也能够有效防止热网回水中的杂质堵塞、损伤管束。要保持加热器的换热效率在厂家设计值上限长期稳定运行,需提高调节加热器运行技术的水平,杜绝加热器超温、超压、温升过快。加强检修期对系统回水中的金属氧化物等杂质清扫,坚持每年对加热器管束进行一次彻底疏通清扫,保证停运期间管束的防腐质量。只有改善加热器的运行条件,优化系统运行,才能有效地提高加热器的换热效率和使用寿命。

[1]杨旭中,郭晓克,康慧.热电联产规划设计手册 [M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]刘国军,王鸿昌 ,孔令军.大型热网加热器设计运行经验 [J].电站系统工程,1999,15(6):24-26.