膠球清洗裝置系統工作原理、設計特點與經濟分析？

     膠球清洗裝置系統工作原理、設計特點與經濟分析？電站凝汽器膠球清洗裝置系統的工作原理、設備特點、技術可行性分析、經濟可行性分析以及風險分析，證明了膠球清洗裝置系統的設計是可行的，可以達到提高經濟效益的目的。

     凝汽器是核電站中凝汽式汽輪機設備的一個重要組成部分，其工作狀態的好壞直接影響到汽輪發電機組的熱經濟性和可靠性。如果凝汽器鈦管結垢，會導致機組真空度惡化，機組出力下降。安裝膠球清洗系統，可以保證機組在運行時凝汽器的清潔度、換熱效率，維持凝汽器的真空度，延長鈦管使用壽命，提高經濟效益。工程是三代機組，采用技術路線，建設2臺1750MW核電機組，每臺機組配置3個凝汽器，每個凝汽器配置兩套膠球清洗裝置系統，每套裝置獨立運行。

1膠球清洗裝置工作原理

     將膠球裝入裝球室內，通過膠球輸送泵送入凝汽器循環冷卻水進水管內，球隨水流進入凝汽器進水室，擴散后膠球均勻地分布進入鈦管，并被擠壓通過鈦管達到凝汽器的后水室，在這個過程中對鈦管進行擦洗，使管內壁污垢隨水流帶出。隨后膠球被循環水出水管上安裝的收球網收集分離出來，通過收球網兩側出球管道，經膠球泵匯集到裝球室。如此循環往復對凝汽器鈦管實現連續清洗。

2膠球清洗裝置系統流程圖

3膠球清洗裝置設備特點

     該膠球清洗裝置系統主要由收球網、膠球泵、裝球室、二次濾網、膠球、分匯器、注球管道以及控制柜等組成。

3.1膠球清洗裝置收球網

     安裝于凝汽器循環冷卻水管路的出水管段上，它的作用是將經過的膠球從循環冷卻水中分離出來，回收再循環。凝汽器循環冷卻水管路的出水管是DN2800、襯膠5mm的管道，所以收球網也采用的相同規格，并且立式布置，法蘭連接。正常工作時，收球網的水阻為2.7kpa。當水阻達到4.2kpa，膠球清洗裝置系統會自動收球，然后進行反沖洗動作。當水阻達到5.0kpa，系統就報警，操作人員需要手動打開收球網，對其進行清洗。

3.2膠球清洗裝置膠球泵

     膠球泵布置在－13.700m標高層上，它的作用是使膠球從收球網中重新進入凝汽器。膠球泵的流量是28～43.3t/h，泵的揚程是12mH2O。采用寬流道、低轉速的用膠球泵，既能提供足夠動力又避免損傷膠球，特別適合連續運行。

3.3膠球清洗裝置裝球室

     裝球室布置在－13.700m標高層上，它的作用是加球、收球、換球以及觀察膠球運行情況。形式是立式筒型。

3.4膠球清洗裝置二次濾網

     安裝于凝汽器循環冷卻水管路的進水管段上，除去可能堵塞凝汽器管子的雜質。的注球管連接到二次濾網殼體上面。

3.5膠球

     膠球清洗裝置在設計工況下，使用球的濕態直徑比凝汽器鈦管內徑大1mm～2mm，且濕態比重和水相近。數量為凝汽器進水室管道數的10%左右。膠球須在水中保持良好的物理性能，保證長期浸泡不膨脹變形，以免堵塞或無法進入冷凝管。并且嚴格控制膠球的密度，保證膠球在水室垂直面上均勻分布，避免膠球飄浮于水面或沉入水室底部，影響清洗效果和收球率。正確選擇膠球，可以確保不損傷管壁。的膠球直徑為21mm，運行壽命為4周。

3.6膠球清洗裝置分匯器

     分匯器規格為DN80/80/80，每套清洗設備有4個分匯器。

3.7注球管道

     注球管道規格為DN80，每個二次濾網上連接4根注球管。這樣可以保證膠球的均勻分布，提高擦洗效果。

3.8膠球清洗裝置控制柜

     為了保證每套膠球清洗系統均能可靠獨立運行，每套膠球清洗裝置系統均配置了一套獨立的就地控制柜系統。控制柜是膠球清洗系統中關鍵部件，關系到整個系統能否安全穩定地運行。

4膠球清洗裝置系統運行

     膠球清洗裝置系統的運行方式有連續運行與間歇運行，的膠球清洗系統是連續運行。機組在正常運行條件下，正常投運膠球清洗系統能保持凝汽器冷卻管潔凈，通過選用合適的膠球和運行方式，能夠保持冷凝器清潔系數在0.95以上(鈦管)。5技術可行性分析

     凝汽器采用海水直流供水冷卻方式，凝汽器冷卻管內壁可能產生的污垢主要包括:化學垢、泥沙垢、生物垢，及油類垢等。同等厚度的微生物垢層所形成的熱阻是化學垢的5~10倍，而且其在海水中的生成速度相當的快。生物垢產生與水溫、流速、水域環境有不同程度的關系，臺山屬南亞熱帶季風氣候區，該地區有大量水產養殖業，凝汽器產生生物垢的可能性很大。化學垢、泥沙垢可以通過停機后人工清洗的方式短時清除。而生物垢和油垢是隨水而生，必須采用在線清洗的方式，方能對生物垢和油垢可以在線有效的清除，保證機組運行期間冷凝管的潔凈度。

     凝汽器冷卻管清洗方法主要包括在線膠球清洗和停機人工清洗。凝汽器在線膠球清洗方式相比人工清洗方法優勢十分明顯。膠球清洗裝置系統在線運行可以在污垢形成初期清除掉凝汽器冷凝管壁上的微觀污垢，保證運行的凝汽器始終保持管壁的高清潔，經濟效益顯著。在線膠球清洗可以避免核電大修時人工沖洗，節約了維修時間和費用。在線膠球清洗對凝汽器的鈦管沒有損害。

     凝汽器管道內壁上容易形成水膜，根據有關數據顯示，水膜對換熱系數的影響甚至大于結垢對換熱系數的影響。安裝膠球清洗系統可以有效地破壞管壁上形成的水膜，提高換熱系數。

     采用直流供水冷卻方式，冷卻水直接取自海水。當地的水溫直接影響核電機組出力。而水溫越高時，膠球清洗裝置系統對機組出力貢獻越大，經濟效益越為明顯。這是因為當水溫高時凝汽器運行在高背壓區，微增曲線變化率大，膠球清洗提高凝汽器真空度，對微增出力的增加越為明顯;而在水溫低的凝汽器低背壓，微增出力變化平緩，膠球清洗提高凝汽器真空度，對機組出力的貢獻就是不是很明顯。所以安裝膠球清洗裝置系統，夏季比冬季所獲得的電廠收益更大。因此，地區水溫偏高的更宜于安裝膠球清洗系統。

     膠球清洗裝置技術在國內外大型火電機組中應用廣泛，已經是成熟的技術。在國外核電機組中也已經成熟應用。因此，雖然在國內核電機組中雖然很少應用，但膠球清洗裝置技術是可行的。

6經濟可行性分析

     安裝膠球清洗裝置系統是通過保持凝汽器的潔凈度、整體換熱系數，保證機組良好的真空度，提高機組出力。根據對同類型的機組調研，如果機組沒有安裝膠球清洗裝置系統，運行一段時間后凝汽器潔凈度系數高為0.85，如果安裝膠球清洗系統后，保守估計潔凈度系數可達到0.95。

     凝汽器面積116500m2，循環水流量91.9m3/s，凝汽器中被循環水帶走的熱量2860800kJ/s。安裝膠球清洗系統后，凝汽器潔凈度提高，根據實際清潔系數數據，假設凝汽器潔凈度系數從0.85提高到0.95，根據凝汽器熱力學計算，凝汽器背壓降低約0.2kPa，機組發電效率提高約0.15%。

     兩臺機組，每臺機組出力取1750MW，年運行小時數7000h，上網電價(稅前)為0.38元/kW·h，同時，忽略由于水溫低的冬季2個月收益。安裝膠球清洗系統與不安裝膠球清洗系統的經濟比較，每年可增加的收益:1.750×106×0.15%×7000×5/6×0.38×2=11637500(元/年)以上估算結果比較保守，因為沒有安裝膠球清洗裝置系統的機組，隨時間機組凝汽器性能還會進一步惡化。在18個月的檢修周期內，不可能進行人工清洗，則凝汽器性能的惡化會更顯著。安裝膠球清洗系統后僅僅是把凝汽器潔凈系數保持到0.85就獲得了很大的收益。

7膠球清洗裝置風險分析

7.1膠球清洗裝置運行風險

     膠球清洗裝置系統對機組運行的風險要小得多，機組運行時，膠球清洗裝置可以運行也可以不運行。也就是，即便是膠球清洗系統出現問題，也不影響機組安全運行。當膠球清洗裝置正常運行時，收球網在正常運行情況下，通常水阻為2.7kPa。當膠球清洗裝置系統不運行時，凝汽器出水管上的收球網打開，收球網水阻可以忽略。在極端情況下，收球網可打開進行清洗，使其從循環水系統中解列，保證循環水系統的安全。因此，膠球清洗系統的設置對整個機組安全運行風險影響很小。

7.2膠球清洗裝置設備風險

     如果膠球清洗設備運行不好，可以不投運，影響經濟運行，但不影響安全運行。膠球清洗設備運行不好，主要表現在:收球率低，收球網卡球、凝汽器被堵、膠球水泡后體積膨脹等。這些問題主要原因在于供應商的設備質量，如膠球的密度、體積膨脹率、壽命，收球網的防腐材料、防腐措施、控制。因此，設備風險完全可以通過對供應商的嚴格要求來控制。

     總之，配置膠球清洗裝置系統的設計是可行的，并且有效地降低了凝汽器的端差，提高了真空，實現了不停機連續地清洗，延長了鈦管的使用壽命，提高了經濟效益。