基于间接空冷岛的冷却三角热交换器内部监视清洗装置和优化运行方式的方法研究

李玉娟，张士龙，任冬梅，付洪波

（1.哈尔滨热电有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

基于间接空冷岛的冷却三角热交换器内部监视清洗装置和优化运行方式的方法研究

李玉娟1，张士龙2，任冬梅1，付洪波1

（1.哈尔滨热电有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

本文提出一种间接空冷岛的冷却三角热交换器内部监视清洗装置和优化运行方式的方法，开展了冷却三角热交换器磨损腐蚀情况监测的装置的研究。通过对间接空冷岛冷却三角热交换器内部磨损腐蚀情况的检测，合理安排间接空冷岛冷却三角扇面的投入时间，延长间接空冷岛整体的使用寿命，对腐蚀严重的间接空冷岛冷却三角热交换器在线隔离更换，避免了冷却三角热交换器运行中泄漏造成的机组非停事故。

空冷岛；冷却三角热交换器；清洗装置；优化运行方式

0　引言

随着电力工业的迅速发展，火力发电厂中的大容量高参数汽轮发电机组不断增加。这些机组在燃用大量煤炭的同时，也耗用大量水资源。电力工业的发展受到了煤炭资源和水资源的制约。在富煤地区，往往由于缺水而不能就地兴建发电厂，因此丰富的煤炭资源不能尽早开发与利用，这在宏观经济上无疑是极大的损失。发电厂汽轮机凝汽设备采用的空气冷却系统（简称发电厂空冷系统），就是为解决在“富煤缺水”地区或干旱地区建设火力发电厂而逐步发展起来的[1]。作为空冷凝汽器的最关键部分，散热器管束主要是由翅片管、管箱和框架组成[2]。根据目前空冷技术的发展和机组的运行情况来看，虽然空冷机组有众多优点，运行可靠，但仍有许多较突出的技术问题亟待解决，如真空系统的严密性、散热器的脏污、夏季出力受阻以及热风回流导致机组跳闸等问题[3]。可见基于间接空冷岛的冷却三角热交换器内部脏污及其磨损腐蚀程度监视清洗装置和优化运行方式的方法研究有较大实际意义。

1　研究的技术背景

间接空冷机组采用带表面式凝汽器和垂直布置空冷散热器的间接空冷系统；空冷系统通风设施为钢筋混凝土双曲线薄壳式风筒冷却塔，散热器在其外围垂直布置。空冷散热器应是由冷却柱（多排椭圆翅片管或多排圆管大翅片）、冷却柱上下联箱、排气或充氮管道接口、进/出水口、支撑冷却柱的钢构架等组成。空冷散热器可以采用铝管铝翅片或钢管钢翅片，均要求垂直布置。主机汽轮机排汽和小汽机排汽均进入主机表面式凝汽器进行冷凝，通过间接空冷系统进行冷却。间冷塔总体布置示意图如图1所示。

间接空冷系统工艺流程是：循环水经管道进入表面式凝汽器的水侧通过表面换热冷却汽侧的汽轮机排汽，受热后的循环水由管道送至空冷塔，通过空冷散热器与空气进行表面换热，水被冷却后，由循环水泵用管道再返回至凝汽器，循环往复。

间接空冷岛的冷却三角热交换器在长期使用中,因为水中含有腐蚀性成分,间接空冷岛的冷却三角热交换器的内侧,腐蚀会比较严重,为了避免间接空冷岛的冷却三角热交换器的水冷管因腐蚀而造成内部物质泄漏,进而可能造成整个机组停机“所以需要对间接空冷岛的冷却三角热交换器的铝翅片空冷散热器进行长期的连续监测,以随时掌握空冷散热器的腐蚀情况,避免空冷散热器出现内部物质泄漏”但是由于机组运行时,空冷散热器处于封闭的环境下,且由于内部环境多变,所以直接检查空冷散热器内部的腐蚀情况,会非常困难。

间接空冷岛冷却三角热交换器运行一段时间后内部会脏污，降低了冷却三角热交换器的换热效率，降低了机组的经济性。

现有技术中主要是通过外部移动式高压水冲洗的方式清洗间接空冷岛冷却三角热交换器外部的脏污的物质，,但是这种方式具有一定的局限性,只能够对间接空冷岛冷却三角热交换器外部的脏污情况进行大致清洗,另外未检测间接空冷岛冷却三角热交换器内部的腐蚀情况,间接空冷岛冷却三角热交换器的壁厚只有1毫米，机组长期运行后间接空冷岛冷却三角热交换器泄漏的隐患较大。

2　研究的理论模型

要解决的技术问题是提供一种方法设计合理、经济投资小、预测结果准确、计算方法容易实现的一种基于间接空冷岛的冷却三角热交换器内部脏污及其磨损腐蚀程度监视清洗装置和优化运行方式的方法。

为克服现有技术中存在的缺点，第一个目的在于提供一种间接空冷岛冷却三角热交换器的腐蚀程度监视装置，该腐蚀程度监视装置可以有效地解决间接空冷岛冷却三角热交换器的铝管铝翅片长期运行中腐蚀程度的监测难度大的问题，第二个目的是提供一种冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置。

为了达到上述第一个目的，提供如下技术方案:

一种间接空冷岛的冷却三角热交换器内部腐蚀程度监视装置,包括:间接空冷岛冷却三角热交换器底部供水管道接口、回水管道接口的有机玻璃窥视窗和冷却三角热交换器顶部的有机玻璃窥视窗;所述有机玻璃窥视窗的内部清扫刷和所述清扫刷的密封圈用于对所述间接空冷岛冷却三角热交换器磨损腐蚀情况监测的装置，该冷却三角热交换器磨损腐蚀情况监测的装置通过探头测量探头至冷却三角热交换器内表面的电压检测腐蚀情况。

该腐蚀程度监视装置直接安装在冷却三角热交换器的本体上，探头设置在冷却三角热交换器的外侧，并通过探头检测电压的变化，与历史数据对比，分析冷却三角热交换器铝管内壁的腐蚀程度，可以通过有机玻璃窥视窗直观地观测铝管内部的腐蚀表面，监测比较简单方便，且在进行监测的时候不需要进行机组停运，有助于提高生产效率。

为了达到上述第二个目的，还提供了一种间接空冷岛冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置。包括:间接空冷岛冷却三角热交换器底部供水管道接口、回水管道接口的有机玻璃窥视窗、冷却三角热交换器顶部的有机玻璃窥视窗、有机玻璃窥视窗的内部清扫刷和清扫刷的密封圈。该冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置连接于冷却三角热交换器回水管道出口电动门前，清洗污水通过冷却三角热交换器供水管道入口电动门后的排水阀排放。通过检测间接空冷岛冷却三角热交换器内部脏污的情况，对其有针对性的清洗。脉冲气水两相流清洗装置如图2所示。

脉冲气水两相流清洗装置通过气泵将气体打入间接空冷岛冷却三角热交换器内部，并通过混水器，使打入间接空冷岛冷却三角热交换器内部的气体成气水两相流，脉冲发生器使气水两相流产生脉冲振动，脉冲振动和气水两相流两种方式共同清洗间接空冷岛冷却三角热交换器内部的脏污物，清洗比较彻底，清洗方法比较简单方便，且在进行清洗的时候不需要进行停机，可以逐一停运扇区轮流对扇区进行清洗，有助于提高生产效率。该脉冲气水两相流清洗装置可以降低塔内总水阻力，降低机组能耗，提高水侧散热系数，降低机组背压，提高机组经济性。

3　应用实例

某发电厂两台机组共设1座间冷塔，两根循环水热水母管进入空冷塔，经过散热后的循环水冷水汇集成两根冷水母管离开空冷塔，去循环水泵房。冷却塔入口垂直布置有带百叶窗的198个冷却三角，被划分成12个功能相同的冷却扇区，每台机组6个冷却扇区。

间接空冷岛的冷却三角热交换器内部磨损腐蚀程度监视装置包括（如图3所示）。

其中有机玻璃窥视窗的内侧与间接空冷岛的冷却三角热交换器的铝管连通，以清扫刷清扫有机玻璃窥视窗的内部的脏污物质，其中有机玻璃窥视窗和清扫刷连接处为密封圈密封，探头安装于有机玻璃窥视窗上，探头由引线连接于DCS，将检测高精度电压放大后传送至集控室监视。

试验中：翅片管内通径25mm，基管壁厚1mm，所加间隙电压48V，实际测量电压47.928V，6个月后测量电压变化至47.961V，电压变化与间隙变化成正比，间隙变化0.017mm，则管道壁厚磨损0.017mm。

该一种间接空冷岛的冷却三角热交换器的腐蚀程度监视装置众多探头分布于冷却三角热交换器流场的特征位置，可以连续在线检测冷却三角热交换器铝管内壁的腐蚀和磨损情况，与历史数据对比分析腐蚀的整体分布情况，分析冷却三角热交换器铝管内部的腐蚀和磨损的速度，计算每个冷却三角热交换器的残余寿命，合理的轮换使用每个扇区，延长整体间冷塔的使用时间。在低负荷时间段安排更换即将破损的冷却三角热交换器，避免机组因为间冷塔冷却三角热交换器破损造成非停。

间接空冷岛的冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置包括（如图4所示）。

其中有机玻璃窥视窗的内侧与间接空冷岛的冷却三角热交换器的铝管连通,以清扫刷清扫有机玻璃窥视窗的内部的脏污物质，其中有机玻璃窥视窗和清扫刷连接处为密封圈密封，窥视窗可以直观的观测冷却三角热交换器的铝管内部的脏污程度，关闭间接空冷岛的冷却三角热交换器进水管和间接空冷岛的冷却三角热交换器出水管管路上的电动门，关闭间接空冷岛的冷却三角热交换器下侧中部排水至地下水箱的电动门，打开冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置排水管道，打开冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置进水管道管路上的小阀门，脉冲气水两相流清洗装置开机，用脉冲振动和气水两相流共同作用清洗间冷塔冷却三角热交换器铝管内部，脏水由冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置排水管道排放至地沟。清洗后用除盐水清洗间冷塔冷却三角热交换器铝管内部，清洗合格后扇区投入备用。

基于上述提供的装置，还提供了一种优化运行方式的方法，通过检测间接空冷岛冷却三角热交换器内部脏污的情况，运行人员对脏污冷却三角热交换器于低负荷时轮换退出运行，对其有针对性的清洗，提高了冷却三角热交换器的换热效率，提高了机组的经济性。例如检查发现#4扇区冷却三角热交换器内部脏污情况较严重，安排夜班负荷低于80%时，退出#4扇区运行，隔离#4扇区，启动脉冲气水两相流清洗装置对#4扇区进行自动清洗，待清洗结束将#4扇区投入备用。

通过对间接空冷岛冷却三角热交换器内部磨损腐蚀情况的检测，合理安排间接空冷岛冷却三角扇面的投入时间，延长间接空冷岛整体的使用寿命，对腐蚀严重的间接空冷岛冷却三角热交换器在线隔离更换，避免了冷却三角热交换器运行中泄漏造成的机组非停事故。

合理的运行方式如下：满负荷时，设计运行扇区全部投入运行；低负荷接近50%负荷时，第一周1、3、5扇区投入运行，第二周2、4、6扇区投入运行，隔周轮换；由于输配管网的存在各扇区的磨损是不一样的，根据电压检测结果，推算远端的扇区的剩余寿命，合理增加远端扇区的运行时间。

4　结语

通过对某电厂间冷机组的实例验证，得出如下结论：

（1）一种间接空冷岛冷却三角热交换器的腐蚀程度监视装置可以有效地解决间接空冷岛冷却三角热交换器的铝管铝翅片长期运行中腐蚀程度的监测难度大的问题。

（2）冷却三角热交换器内部脏污脉冲气水两相流清洗装置可以在线清洗，能够降低塔内总水阻力，降低机组能耗，提高水侧散热系数，降低机组背压，提高机组经济性。

[1]陈广利.大容量汽轮机直接空冷系统的性能分析及研究[D].保定：华北电力大学，2005.

[2]王佩璋.直接空冷机组冬季调试中空冷凝汽器管束冻结问题分析及防范要点[J].西北电建，2007，（2）：73-75,86.

[3]王佩璋.火电直接空冷机组与气候关系[J].热机技术，2006，（2）:60-63.

Based on Indirect Cooling Air Cooling Island Triangle Internal Heat Exchanger Cleaning Device for Monitoring and Optim ization Method of Operation Research

LIYu-juan1，ZHANG Shi-long2，REN Dong-mei1，FU Hong-bo1
（1.Harbin Thermal Power Co.，Ltd，Harbin 150046，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

In this paper,an indirect cooling air cooling island triangle internalheatexchanger cleaning device for monitoringand optimization ofoperationmode,themethod ofcooling triangleheatexchangerwascarried outbywearcorrosionmonitoring device for research.Through the heatexchanger for indirectcoolingair cooling island triangle internalwear corrosion detection,reasonable arrangement of indirectcooling air cooling island triangle sector investment of time,extend the service life of indirectair-cooling island asawhole,the severe corrosion of indirectair-cooling island cooling heatexchanger triangle online change isolation,avoid the cooling triangle in theoperation of theheatexchanger leakage caused by non stop accidentunit.

air cooling island；cooling triangle heat exchanger；cleaning device；to optimize the operation mode

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.007

TM621.28

B

2095-3429（2016）05-0028-04

李玉娟（1967-），女，哈尔滨人，本科，工程师，主要从事集控运行培训工作。

2016-08-01

2016-09-22