循环冷却器在水电站中的应用

李延虎

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉中心，陕西 咸阳 712000）

0 引言

宝鸡峡林家村水利枢纽坝后电站为小Ⅱ型五等工程，总装机容量8000 kW，安装3 台混流式水轮发电机组（其中3200 kW×2 台、1600 kW×1 台）。该电站循环冷却技术供水系统循环水采用的水源，属于硬水。随着时间的推移，设备内部结垢非常严重，影响设备的换热效果，内部器件磨损严重，经常发生停机事件，所以需要更换成无壳程管壳式热交换器。该交换器可以有效减少电站在汛期因为冷却水水质问题而发生的停机事故；减少检修滤水器投入的人力物力财力；增加电站发电效益。

1 水电站概况

宝鸡峡林家村水利枢纽，位于陕西省宝鸡市金台区硖石乡林家村的渭河峡谷出口处，距宝鸡市区4 km。主体工程由大坝和坝后电站两部分组成，大坝为中型Ⅲ等工程，防洪标准按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核；大坝长度208.6 m，坝顶宽12～17 m，坝顶高程637.6 m，坝体加高22.6 m，最大坝高49.6 m，水库正常蓄水位636.0 m，回水长度14.5 km，总库容5000 万m3，终极有效库容3800 万m3（其中调砂库容600万m3)；大坝九个坝段，设10 个闸孔，分别为3 个冲砂底孔，5个泄洪中孔，1 个灌溉引水孔和1 个发电引水孔。

坝后电站为小Ⅱ型五等工程，总装机容量8000 kW，安装3台混流式水轮发电机组（其中3200 kW×2 台、1600 kW×1 台）。

电站机组技术供水系统为循环冷却技术供水系统。系统配置有一个循环水池、四台技术供水泵（三用一备）、3 套尾水循环冷却器（两大一小）、管道、阀门、自动化元件等。工作原理为水泵从循环水池抽水至尾水冷却器，经过尾水冷却器后进入机组各冷却器（空冷器、油冷器），带走机组热量变成热水流到循环水池，然后被水泵抽至尾水循环冷却器中，被外部流动的河水冷却后变成冷水回到机组，如此循环达到冷却机组的目的。

2 现有设备基本情况

电站循环冷却技术供水系统共配置了4 台水泵（三用一备），水泵型号为DFW-80-200，额定流量88 m3/h，电机功率18.5kW，扬程44 m。大机、小机机组冷却水量均按88 m3/h考虑。

随着时间的推移，原设备内部结垢非常严重，影响了设备的换热效果，内部器件磨损严重，经常发生停机事件，所以需要更换成无壳程管壳式热交换器。

3 更换循环冷却器介绍

林家村水电站循环冷却器更换为无壳程管壳式热交换器。其型号为SSJXLQ-3.2/88-LB（大机）/SSJXLQ-1.6/88-LB（小机）。SSJXLQ 为循环冷却器；3.2/1.6 为配套机组容量，MW；88 为冷却水量，m3/h；LB 为立式B型。

每台机组设计一套循环冷却器。冷却器换热管采用20#无缝钢管；支撑采用Q235 钢板制作；连接用的螺栓、螺母及固定用的膨胀螺栓等用GB 不锈钢材料制作，所有螺纹均为GB 相关标准；法兰垫材料为2 mm 石棉垫。

林家村水电站单套冷却器的进出水总管为DN125，配流管为108 mm×4.5 mm，主散热管φ57 mm×3.5 mm，一套冷却器有4 组换热管排。下支撑采用短管—锥体结构，安装时，锥体直接插入大梁上的活动支座孔中即可。上支撑通过膨胀螺栓固定在上支撑牛腿上。安装布置见图1。

图1 结构示意图

4 冷却器的安装调试及检修维护

4.1 安装

循环冷却器在安装之前需要进行一次工地水压试验。试验压力为1.25 MPa，保压30 min。循环冷却器在保压期间，不能出现有害变形和渗漏；如若出现，必须消除后重新进行试验，直到满足要求后方可进行安装。

每台机组设计循环冷却器一套。单套冷却器外形尺寸：4.85 m×1.0 m×2.825 m（大机）/3.3 m×0.9 m×2.325 m（小机）。尾水冷却器布置在安装大梁上，见图2。活动支座放在安装大梁后，需要进行简易固定。

安装步骤：

1）将活动支座按安装图中的图示位置放在安装大梁上，带上调节螺钉，见图2。

图2 活动支座安装示意图

2）将循环冷却器吊至安装大梁上，将循环冷却器下部的锥体插入活动支座的孔中，见图3。

图3 冷却器下部椎体安装示意图

3）将循环冷却器进出水管与预埋水管连接定位，定位的时候利用循环冷却器进出水管上的法兰、弯管及活动支座上的调节螺栓来调整误差。

4）循环冷却器定好位后，将法兰点焊在弯管上，将循环冷却器吊起，用膨胀螺栓将活动支座固定。

5）放下循环冷却器，给法兰带上螺栓，焊死法兰。

6）固定上支撑。

安装时的要求：安装前检查预埋进出水管误差，以便用未焊法兰盘的弯管进行调整。

安装时，不需要专用工具，安装常用工具为：吊运设备、电钻机、扳手、焊机、定位仪、榔头等。安装时，若安装大梁上有预埋钢板，则把活动支座焊接在预埋钢板上。

4.2 试运行

4.2.1 工地水压试验

为检查循环冷却器是否在运输中的损害，在安装前必须进行工地水压试验。工地水压试验：冷却器试验压力为1.25 MPa，保压时间30 min。

试验步骤：

（1）试验开始之前用压缩空气对循环水冷却器内部进行吹扫，清除冷却器内部残留的焊渣等杂物。

（2）用挡板将循环水冷却器进出口封好。

（3）将打压泵与循环水冷却器一端的挡板上的阀门连接在一起，同时打开另一端挡板上的阀门排气，然后将循环水冷却器置于立放状态。

（4）用打压泵对循环水冷却器进行充水，至循环水冷却器内部充满水。

（5）当循环冷却器内部充满水后，关闭排气端挡板处的阀门，对循环水冷却器内部进行加压，至压力达到1.25 MPa。然后关闭进水端的阀门，使循环水冷却器内部压力保持在1.25 MPa。

（6）关闭打压泵，保持循环水冷却器内部压力1.25 MPa，保压时间30min。

（7）在保压期间对循环水冷却器进行检查，有无渗漏、变形等情况。

（8）在保压期间若无渗漏、变形等情况，待保压时间过后即可将循环水冷却器内的水放掉，即可进行安装。

若在保压期间出现渗漏、变形等情况，必须查明原因，进行处理。处理好后，需要重新进行水压试验，直至试验合格方可进行安装。

4.2.2 循环试验

为了保证循环冷却系统不漏水，需进行循环试验。当整个系统安装完毕，开启循环水泵，循环冷却水经循环水泵、循环冷却器、机组、回到水池。待水池水位稳定后，开始计时，试验八个小时，要求水池水位不能降低，如水位下降，应查明原因并消除。

4.3 调试

在系统做循环试验的时候，同时调整机组各冷却器前端的阀门，使进入各冷却器内的冷却水水量满足机组要求。

4.4 检修

当循环冷却器需要检修时，应停止机组运行，同时准备后扳手等拧螺栓的工具以及起吊工具等。建议检修时间安排在最低水位时。检修时，先拆除冷却器的上支撑连接螺栓和连接弯管，利用起吊设备将冷却器起吊至检修平台，然后进行检查、除去外表面的覆盖物等。

4.5 维护

（1）冷却水对水质的要求

①不含漂浮物；②不含泥沙；③暂时硬度不大于8～12 度（德国度，每毫升含10 mg CaO 成为一德国度）；④pH 值7～8；⑤氯离子＜300 mg/L；⑥硫酸根离子与氯离子之和＜1500 mg/L。

（2）防腐

林家村水电站循环冷却器本体的材质是20#无缝钢管，外表面进行热喷锌防腐。

（3）防蚀

同防腐处理一样。

（4）防垢

结垢是指冷却水中的盐类由于水温升高，碳酸根与氧气结合产生水垢的物质，例如Ca，附着在机组冷却器的表面，降低了冷却器散热效果，致使机组温度升高，影响机组正常运行。清除冷却器结垢可以有多种方法，如超声波等。也可在循环水池中加少量的软水即可解决防垢问题，或者在检修时，利用工业除垢剂将冷却器表面的垢清除即可。

（5）防水生物

水生物生长有一定环境条件，循环冷却器内部可通过循环水池加药杀死即可。如水生物生长在循环冷却器外部，可在每年机组检修时，对尾水冷却器表面覆盖物进行人工处理。在尾水冷却器表面喷洒农药，将水生物杀死。建议对水生物残骸进行焚烧，勿倒入河流污染河水。

（6）监测

循环冷却器长期处于尾水位以下。

监测循环水池水位：目的是检查尾水冷却器是否漏水，如果发现循环水池水位有不正常下降，各处连接都不漏水，则应检查循环冷却器是否漏水，以便进行检修。

监测循环冷却器散热效果：目的是检查循环冷却器散热面积，机组在额定负荷运行，机组各冷却器进水温度是否小于等于28℃。

5 结语

经过一段时间的试运行，新更换的冷却循环器效果显著：

（1）减少了电站在汛期因为冷却水水质问题而发生的停机事故；减少了检修滤水器投入的人力物力财力；增加电站发电效益。

（2）延长机组冷却器的使用寿命；循环水中不含泥沙，不会对机组冷却器的铜管造成磨损；同时，循环水中不含钙、镁等离子，为软水，机组冷却器不会结垢降低散热效果。不仅减少了大量的维护检修工作，也延长了机组冷却器的寿命。

（3）有利于实现电站的自动化。