锯末流在线消漏在凝汽器泄漏处理中的应用

张砷钇，王利聪

（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

河南龙宇煤化工有限公司（简称龙宇煤化工）58000m3／h空分装置中，空压机组为汽轮机一拖二的方式同时带动空压机和多轴增压机，汽轮机为单缸抽汽凝汽式，由杭州汽轮机股份有限公司制造。此汽轮机的凝汽系统包括1台凝汽器、1套抽气器、2台冷凝液泵等辅助设备；其中，凝汽器是凝汽式汽轮机的重要组成部分，它将汽轮机排出的蒸汽凝结成水，同时带走蒸汽凝结时放出的热量，建立并维持汽轮机排汽口的真空度，使进入汽轮机的蒸汽膨胀至最低的压力，增加蒸汽的可用焓降，并将凝结水重新送往锅炉作为锅炉给水循环使用，提高整套系统的热经济性。简言之，凝汽器的工作性能直接影响着整套空分装置的热经济性及运行可靠性。

1 凝汽器的结构及工作方式

该凝汽器属列管式换热器，换热面积约4000m2，采用双流道（双流道凝汽器可在汽轮机不停机的情况下清洗单侧冷凝管束）、两流程形式，水室内设有纵隔板，冷却水自冷却水入口进入水室，经冷凝管束至出口水室，再从冷却水出口排出［1］；凝汽器壳体为圆筒形，与前、后管板组成进口水室，管板上装有冷凝管束，为防止冷凝管束在运行中振动，壳体中设有中间管板；凝汽器喉部位于壳体上部，与排汽管相连，为冷凝蒸汽入口；热井位于壳体下部，存储凝结水。

汽轮机来的蒸汽自排汽接管、凝汽器喉部进入凝汽器壳体，与冷凝管束接触后开始凝结，体积很大的蒸汽被凝结成体积很小的凝结水，这样就会在凝汽器汽侧空间形成高度真空，蒸汽凝结时放出的热量传给管程的冷却水，冷凝液经凝汽器出口冷凝液泵加压后作为抽气器的冷却水。上述过程中，通过处于负压的凝汽器及管道的不严密处漏入凝汽器汽侧空间的空气，由抽气器通过抽汽口不断抽出，以保证凝汽器的真空度和良好的传热效果。并设有热井液位自动控制系统及手动定频分析冷凝液品质的监控设施等。

2 凝汽器泄漏案例

凝汽器的真空度对汽轮机运行的经济性影响最大，最直观的监测措施是定时对其出口冷凝液进行分析。2020年3月5日，定期分析发现，凝汽器出口冷凝液电导率和SiO2含量升高——电导率实测值为63μS／cm（控制指标为20μS／cm）、SiO2含量实测值为148mg／L（控制指标为20mg／L），经反复分析验证，确认分析数据准确无误后进行汇报；同时，工艺操作人员发现凝汽器真空度开始出现缓慢下降。分析后认为，出口冷凝液中SiO2含量超标标志着凝汽器可能出现了泄漏。为避免造成误停车，决定先加强监护运行，冷凝液分析频次由原来1次／周视情况增加，务必保证每8h分析1次。经过对冷凝液15d的分析观察，其电导率在50μS／cm上下波动，而SiO2含量先期在100mg／L附近波动、后期则大幅波动且总体上呈上涨趋势。各种分析数据表明，本台凝汽器存在泄漏。

3 原因分析

通过对本台凝汽器的结构、工作原理及所用冷却水水质等进行分析，结合以往的检修经验，认为本台凝汽器泄漏的可能原因如下。

3.1 管板与换热管束连接处可能存在泄漏

凝汽器汽侧处于高真空状态下，运行条件极为苛刻，铜管（换热列管）与管板采用胀接方式，长时间的运行、腐蚀及热胀冷缩可能导致胀接封闭处逐渐松动，形成毛细隙缝，循环冷却水沿隙缝漏入汽侧［2］；同时，循环水运行方式（如流速、浓缩倍数、温度）、循环水水质（包括pH、悬浮物、COD、BOD、微生物含量等指标）、循环水运行控制（添加阻垢缓蚀剂、杀菌剂），以及自然条件下形成的循环水异常情况等，均可能对胀接封闭处形成均匀腐蚀或局部腐蚀［3］。而龙宇煤化工凝汽器所用循环水水质较差（2020年3月15日10：00循环水站循环回水取样分析数据如表1），含有很多对金属有腐蚀性的离子（或物质），易造成管板与铜管焊接部位腐蚀速度加快而最终出现泄漏。

表1凝汽器所用循环水水质分析数据

3.2 冷凝管束可能存在泄漏

凝汽器换热管束的材质为海军铜，管壁较薄，大约只有1mm，冷却水中的Cl-、S2-、氨氮化合物及硫酸盐还原菌等有害成分，在凝汽器水侧极易破坏黄铜在使用期间形成的钝化膜。Cl-具有极高的电负性和穿透性，会使黄铜发生点蚀，Cu进入溶液以CuCl2的形式存在，而S2-的存在（S2-可源自循环水系统设备腐蚀泄漏的工艺介质，也可以是硫酸盐还原菌反应而产生）则进一步加剧了点蚀的发生，长时间运行后可能导致换热管束泄漏［4］。

3.3 换热管束可能存在冲刷腐蚀

循环水中的悬浮物、泥沙等固体颗粒状硬物对凝汽器入口端铜管的冲击及摩擦，长时间运行后入口端铜管前管段内壁虽无明显蚀坑，但表面粗糙，黄铜基体裸露，铜管减薄［5］；同时，管束外的蒸汽及冷凝水也在真空状态下不断地对管束形成冲刷腐蚀，亦会加快管束的泄漏。

4 消漏措施

凝汽器的结构特征决定着其故障类型的单一性。正常生产中通常换热器泄漏的概率较小，且由于换热列管的材质、循环水水质及工艺操作方式的不同，其泄漏量大小及频率亦有随机性。若空压机组凝汽器内漏量较大，汽轮机真空度将持续下降，负压状态可能会瞬间变为正压状态，进入汽轮机内做功的蒸汽无法及时冷凝排出，造成汽轮机内蒸汽压力升高，高压蒸汽管网压力、流量等波动，无法保证汽轮机的正常转速，还会对汽轮机本体造成损伤，影响空压机和增压机的运行，造成整个生产系统工况异常，带来较大的风险和安全隐患。为避免发生事故，必须快速消除凝汽器漏点，恢复其正常运行状态。而当凝汽器出现泄漏现象时，通常根据泄漏量的大小及系统运行的阶段，可采取不同的消漏方式。

4.1 大量泄漏的消除

按常规处理方式，当凝汽器出现大量泄漏时，必须停机处理，即空分装置须停车，这种情况下查漏方式较为简单直观，效果明显，是处理泄漏的根本方法，但会导致整个生产系统停车。停机后，在汽缸及管道温度允许的情况下，向凝汽器灌水并维持24h，查找泄漏的部位。灌水找漏比较直观，容易发现漏点，也容易操作［6］。查出漏点后，对泄漏的管板重新进行焊接消漏，使用与换热管相同或相近材质的锥形堵头对泄漏的换热管进行封堵即可。

采用此种方法消漏，堵管率不得超过20%，否则应择机更换管束，以保证凝汽器的换热效果。另外，此法对系统内关联阀门的质量和密封性能要求较高，当有关阀门密封效果差或阀门关闭不严出现内漏，或者凝汽器冷却水系统无法停运，则必须先采用冷却水管线加设盲板等措施进行隔离，再对泄漏的换热管进行封堵。

4.2 微量泄漏的消除

当凝汽器出现微量泄漏时，通常的应对措施是维持系统运行至系统停车时再彻底消漏；或根据凝汽器双流道、两流程式的结构，在系统不停车的情况下，对冷却水室进行切换，让其单侧运行并分析冷凝水水质，通过对比分析查找泄漏侧，然后打开两侧封头查找漏点和泄漏管束。

凝汽器汽侧为负压，无法通过上述常规方法发现泄漏部位，其查漏通常有：①火焰法和肥皂水沫法——此法只能发现较大的漏点且费事费力；②卤素检漏法——此法耗时较长并有可能产生毒素；③超声波检测法——此法对检修人员专业水平要求较高。查出漏点后，其处理与上述“大量泄漏的消除”所述方法相同。

4.3 锯末流在线消漏

经多次尝试，龙宇煤化工发现空分装置汽轮机组凝汽器的冷却水管线阀门内漏较大，因无法进行有效隔离，系统暂不能进行停车处理，即无法采用上述各种方法进行消漏。经过与业内人士交流与探讨，有一种锯末流堵漏法或可采用，且此法在地质探测、采矿等领域早已成功应用，堵漏效果良好；另据了解，木糠也可用于凝汽器的堵漏，且有明显效果，但其具体实施方式未得到查证。最终，龙宇煤化工决定仿照地质探测和采矿工作的消漏经验，利用现有的有利条件和设备设施、工艺介质等，制作1台凝汽器专用的锯末添加器并尝试实施锯末流在线消漏。

4.3.1 锯末流在线消漏原理

锯末具有松软、吸潮、保温等特性，吸水后变得蓬松，同时具有颗粒小和密度小的特点，将锯末作为消漏介质，锯末在水的流动性及压力作用下，随着冷却水流入凝汽器内，在管程和壳程两侧的压差作用下，水里的锯末会不断地流至真空侧（汽侧），封堵泄漏处，使冷却水无法泄漏至真空侧，从而达到消漏的目的。当然，此法只能临时控制泄漏量，不可长期使用，有停车机会时还是要采用常规查漏消漏方法进行处理。

4.3.2 制作锯末添加器

如何将锯末有效、快速地添加至冷却水内，是采用锯末流在线消漏最关键的一步。据龙宇煤化工的实际情况，自行制作了锯末消漏的专用工具——锯末添加器，该锯末添加器主要由1个主体盛料筒、1个进料口、1个压力表以及进气口、出料口等组成。

4.3.3 锯末添加器工作原理及其应用情况

锯末经锯末添加器进料口加入主体盛料筒中（每次10kg左右为宜），通过与凝汽器连接的出料口将冷却水倒流入锯末添加器筒体内进行注水（对锯末起到搅拌的作用）；注满水后缓慢打开进气阀通入空气加压，当超过预定水压后缓慢全开出料阀，利用高于冷却水压力的气压将锯末随水流由冷却水进水管加入，再流入凝汽器内，利用凝汽器管程和壳程之间的压差将锯末牢牢封堵在泄漏处。上述操作的同时，观察凝汽器加料侧水室排气口，当有气排出时，关闭锯末添加器的进气阀和出料阀，打开底部泄压阀，在泄压的同时检查锯末是否全部进入了凝汽器内。重复进行2～3次上述操作，观察4h后，检查凝结水（冷凝液）水质是否合格。若冷凝液分析合格，凝汽器转入运行状态。若条件允许，可将此侧凝汽器降负荷运行几日，待锯末附着牢固后，凝汽器再全面投用；同时，增大冷凝液分析频次，判定是否再次出现泄漏。若冷凝液电导率和SiO2含量不合格，可重复加注锯末3次左右，其后若冷凝液分析结果仍不合格，则表明凝汽器泄漏量过大，必须采取其他方式进行消漏。

本次凝汽器锯末流在线消漏，共加了2次锯末。第一次合计添加30kg锯末后，堵漏效果明显，冷凝液电导率和SiO2含量大幅降低，电导率为19μS／cm、SiO2含量为18mg／L，符合冷凝液回收标准，其后观察 （监护）运行；至2020年3月23日，冷凝液SiO2含量出现2次较大波动，SiO2含量上涨至140mg／L，而电导率正常，仍为15μS／cm左右。2020年3月23日再次添加30kg锯末进行在线消漏，其后分析冷凝液SiO2含量约9mg／L、电导率为16μS／cm，在正常指标范围内；经过之后7d的运行观察，冷凝液电导率和SiO2含量分析数据稳定，凝汽器转入正常运行状态，标志着锯末流在线消漏成功，避免了系统的停车抢修。

2020年6月17日，龙宇煤化工主生产系统停车检修，空分汽轮机组停车，拆凝汽器两侧循环水封头盖，采用停机查漏法进行查漏：因循环水管线上阀门内漏量较大，在循环水管线内放置潜水泵进行抽水隔离；凝汽器两侧封头拆开后，发现循环水上水处换热管口的锯末较多，部分锯末封堵了换热管口，部分换热铜管内部锯末较多，于是，清洗换热管后按停机查漏法注水查漏，发现共有7根换热管出现泄漏，使用紫铜堵头对其进行封堵，系统重启后凝汽器运行正常。

5 结束语

（1）凝汽器的腐蚀，主要是铜合金管的点蚀和管板的局部腐蚀，大多数泄漏均是较小的漏点，大漏点很少见，不必因此进行停车消漏，而卤素检漏法、超声波检测法要求较高，对于大部分化工企业来说均不具备条件，可操作性差，相比之下，在线消漏方式更为经济、适用。

（2）锯末具有松软、吸潮、保温及颗粒小、密度小等特性，吸水后变得蓬松，且在水中可长时间浸泡，最适合作为此类无毒无害无腐蚀性介质（如凝结水）换热器列管的堵漏介质。

（3）压差可被利用于换热器在线堵漏，即利用换热器管程与壳程两侧压力等级不同而形成的较大压差，促使高压介质流向低压介质内，这样高压侧空气轻而易举地即可将锯末打入压力较低的冷却水中，冷却水利用压差流向真空侧的冷凝液中，无论是向冷却水中添加锯末，还是锯末进行消漏，均可轻松实现，且通常管程与壳程两侧压差越大，操作越简单，堵漏效果越明显。

（4）锯末流在线堵漏法适用于汽轮机组凝汽器等类似结构、工作环境、介质和压力等列管式换热器（即适用于相同结构、相似工作原理的列管式换热器），但并不适用于所有的列管式换热器，应慎用此法，差异较大时需另辟蹊径，以免损坏设备及危及系统的安全、稳定运行。