钛管冷凝器失效原因分析及处理

陈定千，罗坚，龚沈军

（中国船舶重工集团公司第七〇三研究所无锡分部，江苏 无锡 214000）

冷凝器是汽轮机组装置的重要组成部分，其主要作用是在汽轮机排汽口建立并保持真空，提高机组热经济性，同时，回收排汽凝结的水作为锅炉给水，构成循环。冷凝器的运行状况直接影响机组运行的安全性和经济性。目前，电厂运行的冷凝器多采用铜合金换热管，铜合金管具有良好的热传导性，且价格适宜，但在实际应用中出现了腐蚀现象严重、使用寿命短等问题。近年来，钛材料因其优异的耐腐蚀、抗冲刷、高强度、比重轻等特性，在冷凝器制造过程中逐渐得到应用。

本文失效冷凝器采用纯钛TA2（GB/T3625）材质换热管，运行过程中换热管表面形成了一层生物污垢，影响了钛管的热传导性能，导致冷凝器传热恶化、真空下降。关于钛管冷凝器因形成生物污垢而失效的事例还鲜有报导，因此，关于钛管冷凝器形成生物污垢的原因分析及采取的相应处理措施对后续钛冷凝器的运行具有参考价值。

1 故障过程

该冷凝器为某汽轮发电机组配套设备，2016 年5 ～12月随机组开展调试运行，12 月开始连续运行。冷凝器主要技术参数见表1。

表1 冷凝器主要技术参数

2017 年2 ～3 月期间，在机组额定负荷运行过程中，发现冷凝器真空出现缓慢下降趋势。运行人员首先对抽气系统及相关管路的密封性进行了检查排除，但均未解决冷凝器真空下降问题。2017 年4 月，发电机组停机拆检，工作人员打开了冷凝器冷却水进回水口，对冷凝器进行检查。结果发现，冷凝器循环冷却水侧表面附着了一层黏性软垢，如图1 中所示。

图1 冷凝器内冷却水侧管路表面附着粘性软垢

2 故障分析

2.1 运行数据分析

冷凝器端差是衡量其传热效果的重要指标，端差为冷凝器排气压力下的饱和水温与循环冷却水出口温度之间的差值。图2 为本次钛管冷凝器投运以来在额定工况下端差随运行时间的变化情况。分析图2 可知，在2016 年5 月～2017年2 月20 日，冷凝器运行端差基本维持在10 ～13℃，而在2 月20 日～3 月30 日，端差急剧上升，自14.5℃迅速增长至35℃以上，表明在此时间段内，冷凝器的换热性能持续恶化，最终导致了真空的下降。

在冷却水量恒定状态下，冷凝器冷却水进出口水阻力能够直观的反应出冷凝器换热管内的结垢状况。根据运行记录数据，得出了冷凝器进出口水阻力随时间的变化情况，如图3 所示。

图2 冷凝器端差随运行时间变化情况

图3 冷却水进出口水阻力随运行时间变化情况

由图可知，2016 年5 月至17 年2 月底，水阻力基本维持在45 ～55kPa，呈略微增长趋势。而由2 月24 日～3 月15 日，水阻力急剧上升，由54.6kPa 增长至113.7kpa，增加了1 倍之多。表明在此期间，冷凝器换热管内的污垢迅速增长。结合实际拆检图片，确认钛管冷凝器内形成污垢是导致冷凝器传热恶化、真空下降的主要原因。

2.2 污垢形成原因分析

（1）形成生物黏泥。钛管冷凝器表面的污垢为软垢，具有黏滑性。根据相关资料，该污垢应为生物黏泥，是由循环水中的微生物群繁殖，并以这些微生物为主体，混有泥沙、无机物和尘土等形成附着的软泥性沉积物。本次钛管冷凝器所用冷却水为开式循环冷却水系统提供，此系统运行过程中，容易带入大量微生物及灰尘。根据前文分析，故障发生时间段为2 月末至3 月，气温开始回升，冷却水温度变得适宜微生物的生长和繁殖，且此时机组及配套钛管冷凝器为连续运行状态，冷却水中大量微生物随水流进入冷凝器后在管壁附着，逐渐形成了黏性物质的膜，使水中的细小污泥等杂质滞留在管壁上，逐渐形成了生物黏泥。

（2）钛管易于发生微生物附着。随着钛材料在冷凝器中越来越广泛的应用，其存在的问题及解决办法也受到了广泛研究。

目前，相关文献对于钛冷凝器的应用和研究主要集中在钛管与管板的密封焊接、钛管的振动磨损及化学清洗铁污染、油迹等方向上。同时，也有相关研究指出，生物污垢的产生与换热管材料性能有密切关系。由于钛不具有像铜合金一样内在的毒性和相应的杀菌作用，在钛管冷凝器应用过程中应防微生物附着，采取措施控制生物污垢的形成。在本次钛管冷凝器使用过程中，没有预先针对生物污垢的形成采取控制措施，因此，在易于形成生物污垢的条件下，钛管冷凝器在短期内即发生失效。

3 处理措施及效果

3.1 冷凝器清洗

高压水射流技术是利用装置产生高压水，通过特殊喷嘴产生能量高度集中的小水流对管道表面的污垢进行撞击、磨削、粉碎和剥离，达到清洗污垢的目的。采用高压水射流技术对钛管冷凝器进行清洗，清洗后冷凝器管内软垢基本清除，钛管恢复金属光泽。清洗后对冷凝器进行了管侧水压试验，压力0.3MPa，保压30 分钟压力无下降。完成冷凝器清洗后配合机组进行运行调试，在额定工况下，机组真空、冷凝器端差及冷却水进出口水阻力等参数均恢复至正常状态，钛管冷凝器清洗工作达到预期目的。

3.2 添加胶球清洗装置

根据钛管冷凝器相关技术参数，为其配置了胶球清洗装置。在后期冷凝器运行过程中，定期利用胶球装置进行清洗，达到了防止和消除钛管内微生物附着的目的。

3.3 循环冷却水系统微生物控制

根据前文对生物黏泥形成原因的分析，开式循环冷却水系统易产生和带入大量微生物及灰尘。目前，利用化学方法控制循环冷却水系统中的微生物是较为常用及有效的手段。根据循环冷却水系统运行特点，定期交替投入氧化型和非氧化型杀生剂，并跟踪监测循环水质，确保异养菌、生物粘泥量等指标符合规范标准。在采取针对性措施对循环冷却水系统微生物进行控制后，有效避免了钛管冷凝器内生物污垢的形成，保障了钛管冷凝器安全、正常运行。

4 结语

本文对钛管冷凝器运行过程中真空下降的问题进行了分析，并提供了相应处理措施，对钛管冷凝器的运行具有一定参考价值：

（1）钛管冷凝器运行过程中易形成生物污垢，导致冷凝器传热恶化、真空下降。

（2）采用高压水射流技术达到了清洗钛管冷凝器表面生物污垢的目的。

（3）在钛管冷凝器运行过程中配置胶球清洗装置、对开式循环冷却水系统进行微生物控制，能够有效避免钛管冷凝器内生物污垢的形成。