胶球清洗

胶球清洗（精选7篇）

胶球清洗 篇1

引言

在发电过程中, 凝汽器管壁出现的不同程度污垢将影响凝汽器换热, 造成机组真空降低, 增加发电煤耗。目前, 大多数电厂主要是采用周期性高压清洗对结垢进行处理, 即胶球清洗。凝汽器胶球清洗装置是由收球网、胶球输送泵、装球室、控制器、胶球及阀门管路等部件组成的, 它借助高压水流的作用将大于凝汽器冷却管内径的清洁胶球挤过冷却管, 对冷却管进行反复擦洗, 清洗凝汽器冷却管内污垢并带出杂质, 从而可以实现延长冷却管使用寿命、提高发电厂经济效益、保障机组安全运行的目的。而胶球清洗系统清洁效果能否达到最佳, 依赖于胶球个数是否足量、胶球半径是否够大。在运行中总是存在这样那样的原因导致清洗过程中胶球的堵塞, 出现丢球现象或者造成胶球磨损, 这都直接影响了清洗效果。目前, 国内电厂中大都采用定期人工检查的方法判断是否需要加球或换球, 费时费力, 误差较大。因此, 为提高电厂的经济效益以及自动化水平, 急需开发回收胶球自动监测系统。

针对胶球清洗系统胶球回收率低、回收胶球数量检测困难等问题, 国外已经有两家研究机构对此进行了研究:2003年, 德国Taprogge公司研发了利用光纤传感器对胶球进行计数的胶球回收自动监测器, 并开发了利用水流速度的变化检测管道内部清洗程度的胶球清洗效果监测器[1,2]。2005年, 日本Hitachi公司对原先的胶球清洗系统进行了一系列的内部机械改造, 研制出的新型胶球清洗系统胶球回收率基本上达到了100%[3,4], 但其存在的问题就是无法自动检测胶球的磨损程度。两家公司的产品在我国都是按照整套胶球清洗系统售卖, 购价昂贵。

课题目的在于开发一种无需更换原胶球清洗系统, 可以直接附加在原设备上的胶球回收自动监测系统。

1 胶球回收自动监测系统的硬件配置以及软件检测框图

自动监测系统示意图如图1所示。该系统可以自动地监测回收胶球的数量及其半径, 这样运行人员就可以根据检测结果适时地添加或更换胶球, 保证胶球的数量以及质量, 以期达到最佳的清洗效果。通过多次试验, 摄像机的最佳有效位置及其范围得以确定, 并根据强度承受力和光照特点选择了合适的材料。本系统硬件配置如图2所示, 其中透明管道材料为铸造钢、光学玻璃, 管道内侧不同角度装有频闪灯, 摄像机拍摄角度垂直于密封玻璃面, 拍摄焦距可调。

本文软件模块的任务就是从一周期的连续图像中自动检测出所有胶球的数量及磨损程度。其软件检测框图如图3所示。首先通过工业摄像机采集胶球连续图像, 并根据时间顺序存储;然后利用图像拼接算法去除每两幅连续图像之间的重复部分, 再进行灰度变换、图像平滑等一系列预处理过程去噪, 去噪后采用基于最小误差分割法的灰度图二值化变换对图像进行分割, 得到目标明确的分割图像;最后, 在此基础上, 进行胶球位置定位, 获得胶球的数量及磨损状况。

2 图像拼接

要想记录水流循环一周期内的所有胶球数, 必须对由水流带动胶球的所有流动画面进行图像采集, 为保证图像的连贯性与完整性, 硬件配置图像采集窗口为10cm×10cm, 而利用软件将拍摄频率设为40Hz。这样虽然能够保障图像不会缺失, 但同时造成了连续两幅图像之间搭界位置图像的重复。因此, 必须首先对每两幅连续图像进行图像拼接, 将重复部分去掉。

寻找每两幅图像的最佳拼接位置, 本文采取的拼接方法是:对相邻的两幅图像而言, 前一幅中心线的右面, 和后一幅中心线的左面是有重合部分的。在本文中, 通过窗口大小以及频率的最佳设置, 使得重合部分最大宽度仅为单幅图像的1/10, 这极大地减少了拼接算法的匹配空间, 同时也缩短了拼接时间。因此, 匹配时只需在前一幅图像右边界1/10的空间中定义一个搜索模板 (以一个像素为中心, 宽和高自己定义) , 分别计算这个模板中所有像素点与后一幅图像中相对应位置的像素点的RGB差的平方和, 得到的最小的那个值时的像素点的位置, 即为最佳匹配位置, 将其记录下来, 并将前一幅图像的右半幅与后一幅图像的左半幅进行拼接。这样循环将所有图像全部遍历, 找到每两幅图像的最佳匹配位置, 即可得到没有重复部分连续的流动画面。

3 图像预处理

3.1 真彩色转换为灰度图

真彩色图中包含最多达224种颜色, 难于实施对比, 所以通常将其转为灰度图。将真彩色图灰度化有许多方法, 其中比较常用的方法有平均值法、最大值法、加权法和单色法。

平均值法, 就是将图像的R、G、B值求平均, 然后将平均值作为灰度图的灰度值;最大值法, 就是求像素R、G、B值的最大值, 将其最大值作为灰度图的灰度值;单色值法, 就是将图像的R、G、B值的任何一个值作为灰度图的灰度值。

自然界中的所有颜色都可以由红 (R) 绿 (G) 蓝 (B) 三原色组合而成, RGB色彩系统是通过将R、G、B这三种颜色相加产生其他颜色, 是最常用的颜色系统。YUV是被欧洲电视系统采用的一种颜色编码方法 (属于PAL) 。其中“Y"表示明亮度 (luminance或Luma) , 即灰度值;而“U”和“V”表示的则是色度 (Chrominance Chroma) , 作用是描述影像色彩及饱和度, 用于指定像素的颜色。“亮度”是通过RGB输入信号来创建的, 方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。YUV与RGB各值之间有着如下对应关系:

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Y代表了图像的灰度值, U, V代表色度值, 用Y分量能够表示出像素点的灰度值, 即:

(1)

由式 (1) , 根据图像的R、G、B值求出Y值, 然后将像素点的R、G、B值都赋值成Y, 就能将真彩色图转换成灰度图。图4为运用此法转换成的灰度图。

3.2 图像平滑

图像平滑主要是为了消除噪声。噪声并不限于人眼所能看的见的失真和变形, 有些噪声只有在进行图像处理时才可以发现。为了去除噪声, 有必要对图像进行平滑, 可以采用低通滤波的方法去除高频干扰。图像平滑包括空域法和频域法两大类, 在空域法中, 图像平滑的常用方法是采用均值滤波或中值滤波[5]。

针对水流中胶球图像的特点, 本文采用了均值滤波, 它是用一个有奇数点的滑动窗口矩阵在图像上滑动, 将窗口中心点对应的图像像素点的灰度值用窗口内的各个点的灰度值的平均值代替。即假定一幅1×1个像素的图像f (x, y) , 平滑处理后得到一幅图像g (x, y) , g (x, y) 由式 (2) 决定:

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其中:x, y=0, 1, 2, …, l-1;S是 (x, y) 点邻域中点的坐标的集合;M是集合内坐标的总数。式 (2) 说明, 平滑化的图像g (x, y) 中的每个像素的灰度值均由包含在 (x, y) 的预定邻域中的f (x, y) 的几个像素的灰度值的平均值来确定。本文采用的是一个3×3的邻域窗口。

另外, 要注意一点, 在用窗口扫描图像过程中, 对于图像的4个边缘的像素点, 进行了另外处理, 否则, 边界噪声也会对实验结果造成较大影响。平滑结果如图5所示。

4 基于最小误差分割法的灰度图二值化变换

灰度图的二值化变换就是将一幅灰度图转换成黑白二值图像。具体方法是首先指定一个阈值, 如果图像中某象素的灰度值小于该阈值, 则该像素的灰度值设置为0 (黑) , 否则设为255 (白) 。变换函数表达式如下

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其中T为指定的阈值。阈值选取是图像处理中的基本问题, 是直接影响图像目标识别和跟踪的重要课题之一。国内外学者针对这一课题进行了广泛深入的研究, 提出很多阈值选取方法[6]。其中最小误差法, 受目标大小和噪声影响小, 对小目标图像仍具有好的分割效果, 是一种理论严密、效果较佳的阈值选取方法。

本文根据胶球图像的特点, 采用了最小误差分割算法进行梯度图像分割。

用最小误差法求取最佳阈值t[7]的计算公式如下:

(3)

式 (3) 为计算图像最佳分割阈值的判断准则函数, 它表示了最小错误分割概率的问题。其中:

undefined,

为两类的样本总数;

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undefined,

为两类样本的方差;

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undefined,

为两类样本的分布均值。

通过循环计算每个t值对应的J (t) , 从中找出J (t) 最小值对应的t, 为分割的最佳阈值。

undefined (对于256级灰度图, l=255)

(a) 人为估计阈值分割后 (b) 最小误差法阈值分割

由图6两种处理结果可知:采用最小误差分割算法获得的二值化图像效果更好。

5 胶球位置定位

众所周知, 光照条件对图像处理结果有着至关重要的影响。有鉴于此, 本装置在封闭管道内侧不同角度配置有一定数量的频闪灯, 这有效地避免了光照不稳定、不均匀现象以及图像中阴影的出现。在得到分割后的二值化图像的基础上, 采用水平/垂直投影变换即可实现胶球的边界定位。而所谓水平/垂直投影变换就是将图像的某行 (或某列) 投影到水平 (垂直) 轴, 将该行 (列) 的黑点 (或白点) 数目累加起来。这里根据需要, 将每一列像素的黑点数相累加得到图像在水平方向上黑像素点的分布函数, 根据黑像素点的分布, 来确定胶球的上下边界和左右边界, 从而获得胶球的数量以及半径。定位结果如图7所示。

6 结语

在仿真实验台上, 对300个样本球 (其中包括280个完好球, 20个破损球) 进行循环监测, 实验证明, 本胶球监测系统能够快速、准确地判断并显示回收胶球的数量及磨损程度, 准确率大于99.5%;在数量或完好程度低于规定阈值时, 能够给出自动报警信号;另外, 备有历史记录, 方便工作人员查阅。

随着国内电厂市场化的加深, 节能降耗工作的进一步开展, 胶球清洗系统的节能产品需求将越来越旺盛。而凝汽器清洗胶球回收自动监测系统的使用, 能明显地提高发电机组的真空, 有效地减少汽轮机排汽损失, 降低汽轮机的汽耗率。

由于国内一直没有此类产品, 国外进口产品价格昂贵, 而且国外公司都是成套售卖, 国内电厂不得不换掉并未完全失效的胶球清洗系统, 造成了极大的资源浪费。应用本产品时只需作为原胶球清洗系统的附加系统使用, 避免了资源浪费, 大大减少了资金。经查新本产品的研制国内未见报导。

参考文献

[1]TAPROGGE Gesellschaft mbH.Ball Effectiveness Monitor BEM[EB/OL].http://hal mel.com.au/hal mel/Brochures/Taprogge%20New/Ball%20effectiveness%20monitor%20BEM.pdf, 2006-04-24.

[2]TAPROGGE Gesellschaft mbH.Ball Recirculation Monitor BRM[EB/OL], http://hal mel.com.au/hal mel/Brochures/Taprogge%20New/Ball%20Recirculation%20monitor%20BRM.pdf, 2006-04-24.

[3]S.Kaneko, et al.Heat Exchanger Tube Cleaning Systemand Operation Method[P].Japanese Patent:3302897, 2002-04-26.

[4]Akihito Suzuki, Kenchu Seki, Dr.Eng.Takeo Takei.”High-performance Condenser Tube Cleaning System-Featur-ing Advanced Ball Collecting Technology[J].Hitachi Re-view, 2005, 54 (3) .

[5]姜会亮, 郭振民, 胡学龙.数字图像处理中几种平滑技术的研究比较[J].现代电子技术, 2004, 27 (8) , 80-84.

[6]刘文萍, 吴立德.图像分割中阈值选取方法比较研究[J].模式识别与人工智能, 1997, 10 (3) :271-277.

[7]殷春芳, 李正明, 等.一种混合遗传算法在图像分割中的应用[J].计算机仿真, 2004, 21 (8) :158-160.

胶球清洗 篇2

1 胶球清洗装置使用效果不好原因分析

过去一些电厂胶球清洗装置使用中存在的问题是胶球回收率极低, 好时不足80%, 最差的根本就收不到胶球, 其主要体现在跑球与凝汽器水室内积球。经查找相关资料及分析设备内部结构, 最终确认跑球和积球的主要原因如下:

1) 收球网内格栅间隙不均, 有的过大造成跑球。

2) 收球网限位不准, 未能关到位使间隙过大造成跑球。

3) 清洗过程中, 循环水系统内压力太小, 胶球较多未能通过凝汽器换热管而积球。

4) 胶球泵出力不够, 清洗运行开2台循环水泵时系统内水压力高于胶球泵出口压力, 造成不能将胶球送入凝汽器内。

5) 凝汽器内水室存在较多死区和涡流, 使湿态密度较小的胶球滞留在凝汽器水室中造成大量积球。

2 胶球清洗装置的改进

1) 首先在收球网选型及定制上, 认真确认好相关技术参数, 如收球网的格栅间距6mm, 误差不超过±0.4mm, 活动网板与固定网板间的间隙均匀, 网板关到位后间隙不得大于4mm, 滤网材质、网板和主轴材质用1Cr18Ni9Ti, 防止生锈卡球等。

2) 胶球泵选型时, 泵出口压力必须高于2台循环水泵同时开启时的系统水压力。为此选用JQ125-22胶球泵, 其扬程22m, 流量100m3/h。

3) 在进行胶球清洗装置安装时, 同步打开凝汽器两端的水室, 对水室内所有拐角和死区进行封堵。

3 安装胶球清洗装置

2014年4月20日, 利用停窑检修时间, 安装胶球清洗装置。安装工作按下述技术要求进行:

1) 安装前对到货设备按技术参数要求进行验收, 特别是收球网, 确保设备制造质量达标。

2) 各管路和弯头的安装按图1进行。收球网的出胶球口必须高于胶球泵入口0.5m及以上;各接口有弯头过渡连接的, 弯头要大于或等于90°, 弯径最好大于2.5倍管径。

3) 收球网安装完后, 仔细检查手动合网和开网开关是否灵活, 开或关要到位及无磕碰现象。

4) 打开凝汽器的水室大门, 按图2增焊导水板并同时封堵拐角和死区;进出口水室的中间流程隔板与水室盖及管板的衔接处的狭缝可能引起水流的倒窜, 导致胶球卡于此, 此次检修对该类狭缝进行了封堵;新安装的导流板与水室盖板或管板的衔接处, 未焊接的狭缝也会引起水流的倒窜, 对此加软橡胶垫 (或泡沫软塑料) 进行密封。

粗线条为增加的导流板

4 效果

安装完成进行了通水及试压, 确认无漏水后, 对胶球清洗装置进行调试, 随后投入在线清洗运行。

1) 初投胶球进行在线清洗时, 也存在少量失球, 主要为凝汽器内部导流板未能完全封堵好而局部短路窜水, 当这些局部短路窜水的缝隙吸满胶球后, 在线清洗时收球率达98%~100%, 最终达到了大于96%的技术要求。

2) 凝汽器内的换热管经过在线清洗后, 原结垢虽然仍存在 (硬垢胶球不能清除) , 但管内原沉积的淤泥已彻底清理干净, 凝汽器换热效果有了很大的提高。

3) 水室内部安装导流板后, 消除了水室内各死角产生的涡流阻力, 不会再存积胶球, 并且使水流更顺畅, 循环水泵单台运行时的出口水压力也有所下降, 胶球从投入清洗到回到收球室的单个行程时间不到1s, 而单边清洗完成后收球的时间也基本在3min内完成, 然后进行另一边在线清洗。

4) 现每周定期在线清理2次, 可以保持凝汽器内的换热管长期不沉积淤泥, 达到了:“凝汽器端差应控制在4~6℃, 排汽温度控制在45℃以下”的要求, 也不需要人工清理换热管, 汽轮机可长期保持较高的运行效率。

胶球清洗 篇3

凝汽器的污染一般指铜管污染, 汽侧的污染较少, 一般可用化学方法清洗;水侧污染是最主要的, 因为循环水中含有部分杂物及水生动植物, 它们会污染甚至堵塞铜管, 使清洁度下降, 严重影响换热。长期运行的凝汽器, 其铜管内壁一般都会结垢, 如果利用人工机械清洗工作量很大, 工期长, 工作环境恶劣, 而且需要停机进行。而采用胶球自动清洗装置, 不仅可在机组不停运时进行, 提高劳动生产率、减轻劳动强度, 而且可以经常进行, 使凝汽器一直保持较清洁的运行状况。胶球清洗装置是将海绵球输入凝汽器冷却水入口管, 在循环水流的推动下, 海绵球通过冷却水管, 对冷却水管进行擦洗, 减少热阻, 增大换热系数, 降低凝汽器的端差和汽轮机背压, 提高汽机热效率, 达到清扫的目的, 同时减缓不锈钢管内侧腐蚀及改善劳动条件。它的优点是可使凝汽器冷却水管保持在清洁状态下运行和不停机即可达到清扫冷却水管的目的。

2 造成凝汽器的真空比较低的原因分析

根据我厂300MW机组情况, 凝汽器真空比较低的主要原因是:胶球系统一直不正常, 收球率很低、毫无规律, 清洗效果低以及自动收球不能运行等。

胶球系统主要存在以下问题:

(1) 胶球清洗装置控制程序上存在的问题。PLC程序紊乱, 不能满足系统的正常清洗流程, 且各种运行方式切换时会造成系统设备误动作, 而使胶球丢失等问题。

(2) 胶球泵进出口2个手动、1个电动球形门因结垢进杂物等原因, 造成阀门经常卡涩开关不动。

(3) 凉水塔配水管断裂, 淋水填料脱落, 堵塞滤网。通过滤网的杂物堵塞收球网、管。

(4) 收球网内部设计有不合理处;收球管没有排污手段。

(5) 运行、管理、检修人员对新的设备不熟悉,

出现上述问题时, 不但影响了运行人员监视和操作, 更为安全生产运行埋下了重大隐患, 使机组运行的经济性降低, 不符合节能降耗的控制目标。

3 针对出现问题, 制定解决办法

(1) 检查、调试PLC程序、解决胶球系统中程控存在额问题。

(2) 对胶球系统全面排查, 重点检查阀门情况, 利用排除法, 边查边试验逐渐缩小范围。

(3) 组织攻关小组每星期进行一次攻关研讨会, 找出下一步要解决问题, 并编发会议纪要下发。

(4) 针对检查出的问题, 落实责任人, 限期进行整改。

(5) 通过技术培训、技术比武, 使运行人员、检修、管理人员对整个胶球系统有个全面、细致的了解, 提高各自的技术业务水平。为胶球系统能够正常稳定投运。

提高可靠技术保障。

4 解决实际问题时所采取的措施和方法

4.1 运行人员对新设备操作不熟练

需在岗运行人员都分批进行过技术培训。设备管理人员、检修人员对新设备特性不熟悉。应对对胶球清洗系统特性、控制程序、工艺流程进行了专项技术培训。还针对运行规程不详尽。检修责任分工不明确, 运行规程对使用的操作未做明确的规定的问题。修订规范了检修、运行规程, 并要求按照各自的规程对设备进行管理。强化了热控、检修及运行人员技术素质

4.2 控制PLC程序设置不合理

收球网在运行方式切换过程中会自动打开造成跑球;滤网清洗在自动程序中每次启动都要动作, 一旦卡住, 整个程序无法走下去。控制设计的不合理, 成为运行的一个重要问题。需进行改进。针对此问题, 热控进行了以下工作: (1) 购买软件及数据线建立笔记本和PLC的通讯, 读出原程序, (2) 根据运行需要重新编制合理的程序, (3) 系统投入运行联动就地执行机构调试PLC程序, (4) 针对调试问题进一步更改PLC程序直至达到要求。

4.3 收球网系统结构存在问题

网内水流特性较差, 易堵球, 排污不便。收球网内由厂家加装改善网内水流动特性的锥台型工件, 改善水流特;利用检修机会检查凉水塔配水管及填料, 对损坏的设备进行恢复;在收球管上改装总门, 可以作为排污检查用, 定期排污;解决收球管堵的问题。

4.4 阀门、电动门易坏

系统长期运行不当, 造成了损耗。更换新型阀门, 消除机械故障。针对此问题, 同电气专业一起检查就地执行机构, 将收球网的开关状态信号接点调试完好, 更改电动球阀的开关指令与反馈接线, 同时调整了阀门的力矩过载动作值, 对胶球泵进出口2个手动、1个电动球形门更换全不锈钢结构阀门, 经过调整试验后就地的就地执行机构都能正确可靠动作。

4.5 盘柜工艺较差

现场盘柜接线工艺不规范, 检修不便, 经常造成控制柜掉电。通过大量的查线、校线、整理盘柜, 彻底解决因工艺不规范影响控制系统稳定的问题。

5 效果检查

现在胶球清洗系统能在“手动”和“定时”方式下运行, 且根据运行需要可随时切换, 在每周清洗滤网时切换至手动方式, 清洗完毕后再投入定时, 系统自动按照程序进行循环运行, 大大减轻了运行人员手动操作的劳动强度。

将胶球系统上存在问题解决完后, 投入运行收球率平均达到95%以上。系统优化前、后效果对比如下:

系统优化前300MW胶球系统运行参数

5号机:胶球泵加球200个投运, 收球收球80个, 收球率:40%, 凝汽器端差:8.2℃。

6号机:胶球泵加球190个投运, 收球收球70个, 收球率:37%, 凝汽器端差:8.3℃。

系统优化后300MW胶球系统运行参数

5号机:胶球泵加球200个投运, 收球收球190个, 收球率:95%, 凝汽器端差:3.2℃。

6号机:胶球泵加球190个投运, 收球收球182个, 收球率:95.7%, 凝汽器端差:3.2℃。

6 经济效益

胶球清洗系统对经济性的影响

(1) 无胶球清洗或胶球清洗系统无法投运曲线, 如图1。

(2) 胶球清洗正常投运曲线如图2。

从上图可以看出: (a) 连续运行时、机组凝汽器端差恒定, 排汽温度曲线为直线。 (b) 间断运行时, 胶球系统运行时, 端差小, 排汽温度恒定;胶球清洗系统停止时, 端差增大, 排汽温度升高, 平均排汽温度也高机组效率降低。

端差增加, 凝汽器排汽温度升高对经济性的影响。

一般情况下, 机组胶球清洗投运与不能正常投运最少会使端差增加10~20℃。

(1) 按西安交大专家“火电厂热力系统定量分析”方法计算; (2) 按端差升高5℃计算; (3) 取机组年运行5000小时; (4) 机组煤耗按320克/KW·h时计; (5) 吨标煤费用按460元人民币计。根据300MW机组的热力计算知, 其排汽压力为0.0055MPa.对应排汽温度为34.6℃。若真空系统的真空由于端差增大5℃。 (原因是胶球清洗系统没投或投入不正常) 。效率将降低1%。按分效率与总效率及热耗、煤耗、效率的关系。 (任意分效率发生变化时, 其相对变化率将等于总效率的相对变化率) 。得:胶球正常投运, 端差降低5℃, 全年对煤耗的影响:

按吨标煤460元计, 则全年节约2208000元.

即1台300MW机组使胶球清洗系统正常投运后, 每年可节约220万元。

因此可以看出, 胶球清洗系统能否正常投入运行, 对电厂的经济性影响很大。

7 结束语

通过对300M机组胶球清洗系统的优化, 使得胶球系统投运正常, 投运率达100%, 提高收球率、清洗效果好, 从而使凝汽器的真空保持较高的水平, 降低了机组的汽耗率, 达到节能降耗目的, 它创造出的的经济效益是非常可观的。

参考文献

[1]赵太平.提高凝汽器胶球清洗工作可靠性的途径[J].江西电力, 1999.

[2]张万忠.可编程控制器应用实例[M].北京:中国电力出版社, 2005.

胶球清洗 篇4

在火力发电厂发电机组正常运行过程中, 由于水质及温度等原因凝汽器管内壁会结出不同程度的污垢影响凝汽器换热, 造成机组真空降低, 增加发电煤耗。目前, 大多数电厂对凝汽器的结垢主要是采用周期性胶球清洗的办法进行处理, 即胶球清洗。凝汽器胶周期性球清洗装置是由收球网、胶球输送泵、装球室、控制器、胶球及阀门管路等部件组成的 (如图1所示) 。它借助高压水流的作用将大于凝汽器冷却管内径的清洁胶球挤过冷却水管, 对冷却水管进行反复擦洗, 清洗凝汽器冷却水管内污垢并带出杂质。从而可以实现保证凝汽器管内壁清洁, 延长冷却管使用寿命、保证汽轮机真空、提高发电厂经济效益、保障机组安全运行等目的。而胶球清洗系统清洁效果能否达到最佳, 依赖于胶球个数是否足量。总是存在这样那样的原因导致清洗过程中胶球的堵塞, 出现丢球现象, 这都直接影响了清洗程度及换热效果。目前, 国内电厂中大都采用定期人工检查的方法判断是否需要加球或换球, 费时费力, 使得运行人员劳动强度增加带来诸多不便。因此, 为提高电厂的经济效益以及自动化水平, 急需开发回收胶球自动监测系统。

针对胶球清洗系统胶球回收率低、回收胶球数量检测困难等问题, 国外已经有研究机构对此进行了研究。2003年, 德国Taprogge公司研发了利用光纤传感器对胶球进行计数的胶球回收自动监测器, 并开发了利用水流速度的变化检测管道内部清洗程度的胶球清洗效果监测器。2005年, 日本Hitachi公司对原先的胶球清洗系统进行了一系列的内部机械改造, 研制出的新型胶球清洗系统, 胶球回收率虽然基本上达到了100%, 但其存在的问题是自动检测胶球的数量精度不高, 只能做为参考值。且两家公司的产品在我国都是按照整套胶球清洗系统售卖, 购价昂贵。

此课题目的在于开发一种无需更换原胶球清洗系统, 可以直接附加在原设备上的胶球回收自动监测系统, 如图1所示, 它可以自动地监测回收胶球的数量, 这样运行人员就可以根据检测结果适时地添加或更换胶球, 保证胶球的数量以及质量, 以期达到最佳的清洗效果。

胶球回收自动监测系统的硬件配置主要有三部分组成。其一为数据采集装置由一段方管两端焊法以便与胶球冲洗管道连接, 在方管对应两侧开孔安装视窗用以安装检测探头。检测探头为四组对照式探头, 用以扑捉管道内通过的胶球, 记录其个数。其二为数据显示装置。检测探头扑捉到的管道内通过的胶球数量通过光纤传送给计数器直观的显示出胶球数量。其三为收球室在胶球泵的入口端加一胶球泵其作用就是此新加的收球室与原有的收球室相配合使胶球清洗系统内胶球在检测时间段内只进行一个周期的运行以保证不重复计数。

2 胶球计数的实现

本装置采用对照式光纤传感器, 无胶球通过时, 光纤传感器的入射端发出的光线能够被接收端接收, 如果有胶球通过, 光线被遮挡, 接收端接收不到光线信号, 即发出1个脉冲信号, 该脉冲波信号传输到显示装置增加检测胶球数, 如图2所示。

该胶球回收自动监测系统的与国外同类设备的重要区别在于首先将国外的单组测点改为多组测点 (如图2所示) 。国外同类设备是在凝汽器胶球清洗系统中胶球所经过的管道中间安装一个检测探头, 然后经过长达几个小时的检测, 将所检测到的胶球的个数根据统计学的理论进行分析计算得到一个平均值送给显示仪表供电厂运行人员参考。这样给出的胶球的个数是不准确的。因为胶球是有一定重量的, 虽然它有一定的浮力但在管道中间由水带动移动的过程中仍然呈不均匀分布 (管道底部通过的胶球远远多于上部通过的胶球) , 所以虽然统计学的理论是没有问题的, 但由于实际情况比较复杂最终导致给出的结果还是有相当大的误差。

该胶球回收自动监测系统的监测装置吸取了国外同类设备的优点, 在此基础上考虑到实际情况的复杂性, 并对设备进行了改造, 将原来的一组检测探头增加为四组探头 (按设定好的距离安装) , 封住了胶球通过管道的整个横截面, 使得胶球无论在什么位置通过都可以保证被扑捉到。实际测试中假设胶球清洗系统管道中水流的速度为3米/秒, 换句话说扑捉胶球的频率最大不超过150次/秒 (远大于实际水流的速度) , 该套系统检测探头采用HPX系列光纤光电感应器。光纤放大器为HPX-T1型, 光纤为FT8-310型。显示仪表为HB智能双数显计测器。两种设备的检测及显示速度都远大于水流的速度。所以在设备上保证了不会出现丢漏球的发生, 保证了检测的精度。其次为了保证在检测的过程中不重复计数, 在胶球清洗系统中增加了一台收球室, 这样就可以控制在检测的过程中胶球只进行一个循环, 达到不重复计数的目的。

3 操作流程

胶球清洗系统正常运行状态时原收球室新加的收球室都处在开启状态, 胶球泵运行中。当需要进行计数时首先将显示仪表加电予热, 将原收球室关闭 (既将胶球回收到此收球室中) 。经过大约40分钟 (现场操作规定) , 此时胶球清洗系统中的胶球全部收到收球室中。关闭新加的收球室 (保证胶球只运行一个循环周期) , 适当开启原收球室 (控制胶球单位时间内少量均匀的排出) 。经过大约40分钟 (现场操作规定) , 胶球胶球全部回收到新收球室中, 读取显示仪表上的记录既为胶球清洗系统中的胶球个数。

4 结论与展望

在电厂实际的监测中, 对300个样本球进行多次监测。实验证明, 本胶球监测系统能够快速、准确地判断并显示回收胶球的数量准确率大于99.5%, 得到了电厂运行人员的好评。

随着国内电厂操作自动化的大幅度提高, 技术改造工作的进一步开展, 凝汽器清洗胶球回收自动监测系统将受到广泛的关注的和使用, 它能明显地提高发电机组的真空, 有效地减少汽轮机排汽损失, 降低汽轮机的汽耗率, 提高了经济效益。

由于国内一直没有此类产品, 国外进口产品价格昂贵, 而且国外公司都是成套售卖, 造成了极大的资源浪费。应用本产品时只需作为原胶球清洗系统的附加系统使用, 避免了资源浪费, 大大减少了资金投入。而且降低了运行人员的劳动强度。因此说, 本产品的成功研制填补了国内空白, 具有很好的市场前景和推广价值。

摘要：针对凝汽器结垢进行胶球清洗过程中容易丢球毁球而导致胶球数量不足问题, 研制出一种能够自动检测胶球数量的自动监测装置, 它采用对照式光纤传感器检测胶球。首先, 将国外的单组测点改为多组测点, 这样就大大的提高了检测的精确度。其次, 原来是多循环采样, 然后再进行繁琐的计算以找出一个平均值, 现将这一过程改为单循环操作, 既节省了不必要的大量复杂计算, 也使得检测结果一目了然。多次试验结果表明, 此装置具有非常好的实时性和精确度。该装置的成功研制填补了国内空白。

关键词：凝汽器,胶球清洗自动监测装置,多组测点,单循环操作

参考文献

[1] TAPROGGE Gesellschaft mbH. “Ball Effectiveness Monitor BEM”, http://halmel.com.au/halmel/Brochures/Taprogge%20New/Ball% 20effectiveness%20monitor%20BEM.pdf.

[2] TAPROGGE Gesellschaft mbH. “Ball Recirculation Monitor BRM”, http://halmel.com.au /halmel/Brochures/Taprogge%20New/Ball%20 Recirculation%20monitor%20BRM.pdf.

[3]S.Kaneko et al., Patent No.3302897, “Heat Exchanger Tube Cleaning Systemand Operation Method, ”registration date;A-pril26, 2002, in Japanese.

胶球清洗 篇5

凝汽器常用的清洗方法有机械清洗、酸洗、通风干燥、高压水枪击振冲洗及胶球清洗。其中, 胶球清洗具有劳动强度小、安全可靠等优点, 成为减小凝汽器端差、提高汽轮机循环热效率、降低发电煤耗的有效手段。胶球清洗既可以保证汽轮机的正常运行, 又可以达到良好的清洗效果, 因而被我国各电厂普遍采用。山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城电厂装机容量为2×150 MW, #1、#2汽轮发电机机组2009年投运发电, 每台机组配备2套胶球清洗装置, 凝汽器东西侧各1套。但是胶球清洗装置的收球率自投产以来一直偏低, 最高时只能达到80%, 有时甚至为零。为此, 对胶球清洗装置收球率低的原因进行了分析和排查, 并对胶球清洗装置和凝汽器系统进行了部分改造。

二、凝汽器胶球清洗装置的清洗原理及组成

凝汽器胶球清洗装置所用胶球有硬胶球和软胶球两种, 所用胶球不同, 清洗原理亦有区别。硬胶球的直径比管束内径小1—2mm, 胶球随冷却水进入管束后不规则地跳动, 与管束内壁碰撞, 加之水流的冲刷作用, 将附着在管壁上的沉积物清洗掉;软胶球的直径比管束内径大1—2 mm, 质地柔软的海绵胶球随冷却水进入管束后, 即被压缩变形与管壁全周接触, 从而将管壁的污垢清洗掉。凝汽器胶球清洗装置由胶球输送泵、二次滤网、装球室和收球网几大部件组成。把经过浸泡合格的胶球填入装球室, 启动胶球输送泵, 胶球进入循环水管路, 经凝汽器的进水室进入管束进行清洗。胶球流出管束后随水流到达收球网, 被胶球泵入口负压吸人泵内, 重复上述过程, 反复清洗。

三、胶球收球率低的原因

1、循环水压力低、水量小, 胶球穿越管束能量不足, 堵在管口或管束内。2、收球活动网板的执行机构设计不合理。收球活动网板的转轴由电动装置来驱动, 执行机构限位调整不当导致活动网板不能关闭到位, 致使壳体与内壁之间形成较大的缝隙, 造成跑球。3、收球活动网板的间隙不均匀, 致使收球网污染而堵球或卡球。4、凝汽器进口水室存在涡流、死角, 胶球聚集在水室中。5、胶球质量差, 新球较硬或过大, 不易通过管束。6、环形管道长, 增大了胶球循环阻力, 在阀门和弯头处容易产生积球。7、凝汽器水室结构不合理。

四、原因排查

1、夏季工况下收球率明显偏高, 最高可达到95%, 最低也有80%;而冬季工况下收球率明显较低, 只有50%左右, 有时甚至为零。分析运行方式可知, 由于冬季工况下循环水泵采用低速运行, 造成循环水流速降低, 胶球穿越管束时能量不足, 堵在管口或管束内。在凝汽器检修时发现凝汽器管束内存有大量胶球, 证实了该分析的正确性。2、胶球清洗装置收球网为倒V形结构, 收球网的开启和关闭为电动操作。检修时进入收球网内检查发现, 收球网关闭不到位, 存在缝隙, 造成跑球现象。3、检查胶球。系统选用的胶球为“软球”, 直径为18 mm, 经浸泡后发现, 胶球湿态密度与循环水相同, 胶球可以浮在水中任意位置, 说明胶球质量合格。4、机组检修凝汽器水室发现凝汽器防涡流板安装不合理, 存在较大的缝隙, 部分胶球进入后无法出来, 影响了收球率;另外凝汽器水侧放水管未加装滤网, 大量胶球进入内部无法收到。5、对胶球系统管道进行检查发现有积球现象, 说明胶球系统管道设计不合理。

五、改进措施

1、在冬季工况下, 胶球清洗装置投入时增加1台循环水泵以提高循环水流速, 保证收球率在合格范围内。2、对收球网重新调整限位, 且规定收球网电动关闭后再手动关闭, 确保其严密。3、利用胶球吸水机对新胶球进行压水排气处理, 确保胶球吸满水, 保证其密度与循环水的密度一致, 不会漂浮在水面上影响收球;定期检查胶球质量, 发现胶球磨损或失去弹性应及时更换。4、将凝汽器水室防涡流板处的缝隙消除, 在放水管管口加装滤网, 防止胶球进入死角无法回收。

六、改进后的效果

通过以上改进措施, 胶球收球率低的问题得到了彻底解决, 如今胶球收球率均在95%以上, 凝汽器端差全年平均为3℃。实践表明, 胶球清洗装置的定期正常投用, 能及时清除掉凝汽器管束内壁污物, 使凝汽器管束保持较高的清洁度, 对提高机组经济性能起到非常重要的作用。但是, 单独靠胶球清洗装置来提高收球率也不现实的, 需要对相关的设备进行改造及循环水运行方式进行配合调整才能提高收球率。

参考文献

[1]陈贵星, 尚勇.汽轮机凝汽器胶球清洗系统控制的完善

[2]华北电力技术, 2007 (1)

[3]缪国钧, 葛晓霞.凝汽器脏污及漏气对循环水系统优化目标值的影响[J]

胶球清洗 篇6

关键词：水冷式冷凝器,胶球在线清洗,污垢热阻,温度端差,真空度

0 引言

凝汽设备是凝汽式汽轮机装置的四个基本组成部分之一, 凝汽式汽轮机和背压式汽轮机的差别之一就是具有凝汽器。凝汽设备的工作性能, 直接影响到整个汽轮机装置的功率、热效率和运行可靠性。冷凝器按照排汽凝结方式的不同, 可以分为混合式冷凝器和表面式冷凝器。其中, 混合式冷凝器的优点在于结构简单、制作成本低, 而且这种冷凝器形成真空和保持真空度的能力也不差;但是, 混合式冷凝器最大的缺点是凝结水和不洁净的冷却水相混合, 使凝结水的水质变坏, 因此不能作为锅炉的给水, 现代汽轮机装置中已经不采用混合式冷凝器。相反地, 用水作为冷却工质的表面式冷凝器的传热系数比较高, 而且能够保证冷凝器维持高的真空度和获得清洁的、几乎不含氧的且过冷度很小的凝结水, 所谓过冷度就是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和冷凝水温度的差值。因此, 表面式冷凝器是现代汽轮机装置中应用最广泛的凝汽器, 我公司采用的是平卧型列管式水冷冷凝器07E001。

1 水冷式冷凝器运行中出现的问题及处理

1.1 运行中出现的问题及原因分析

2013年3月30日10时, 随着循环水温度上升至26℃时, 发现蒸汽透平01MT01和07MT01的真空度上涨较快, 到11:00时真空度上升至0.03MPa (A) , 而07E001在2013年2月份大修时刚刚清洗过, 且针对蒸汽透平轴封汽的密封系统进行了全面的检查和维护保养。为保证整套装置的安全稳定运行, 我们首先采取开辅助抽吸器的方法进行控制, 并对真空系统导淋管线进行排查, 看是否存在漏点, 经确认, 真空系统一切正常。同时, 联系供水厂, 要求采取措施降低循环水温度, 避免真空系统进一步恶化。对循环水系统的各个换热器进行取样分析, 发现换热器09E002A/B进出口循环水氨氮正常;换热器09E005进口循环水氨氮正常, 但是出口氨氮含量为168mg/L;07E001进出口循环水温差减小, 且进出口氨氮含量严重超标, 取样分析进出口氨含量均为120mg/L, 而正常运行时氨含量不超过2mg/L。由于氨氮含量的大大增加, 加剧了冷凝器铜管管束内壁的结垢速度, 且冷凝器进出口温差显著减小, 更加说明了冷凝器因结垢致使其换热效果明显下降。因此, 我们对09E005进行在线堵漏, 从源头上解决氨氮超标;对07E001采用胶球在线自动清洗, 清除冷凝器内部的污泥与污垢, 从而保证07E001的正常运行。

1.2 水冷式冷凝器胶球在线自动清洗原理简介

水冷式冷凝器胶球在线自动清洗装置 (见图1) 工作原理为, 通过清洗泵将胶球送入列管式冷凝器管程中, 循环水压力大约在0.4MPa, 清洗胶球依靠循环水压力随着循环水在冷凝器管内流动, 通过胶球与冷凝器管壁间的相互摩擦来清洗掉冷凝器管壁上的沉积物。在冷凝器出口端利用胶球收球器回收胶球, 胶球的回收是通过收集装置的驱动机构来实现的 (见图2) , 利用驱动机构带动循环水管道内部收球网形状的改变, 形成正“八”字或者倒“八”字形, 以达到收集胶球的目的。然后, 再将回收的胶球送至清洗泵, 由清洗泵将胶球再次送至循环水入口处, 这样就形成一个清洗循环。我公司采用特殊的清洗泵来实现胶球在线清洗, 由于循环过程是自动的、毋需停车, 时间间隔短, 沉积物在形成初期就被擦掉, 使管壁永保洁净, 始终保持冷凝器的换热效率处于最佳状态, 克服由于污垢的产生而引起冷凝器换热效率的下降, 从而降低蒸汽消耗, 提高汽轮机的工作效率。

1.3 污垢热阻对冷凝器真空度的影响分析

冷凝器传热系数的大小对冷凝器温度端差、对冷凝器的工作过程有很大的影响。冷凝器的工作过程基本上是蒸汽空气混合物沿着冷却管束流动时产生凝结水而放热的过程。热量由蒸汽向冷却水的传递过程经历了三个阶段, 包括蒸汽空气混合物向冷却水管壁的传热、管壁本身的传热和管壁向冷却水的传热。因此, 冷凝器传热过程中的热阻是由三部分组成的, 即水侧的放热热阻、管壁的热阻以及汽侧的放热热阻。由于冷却水所走的管程结垢, 增加了水侧的热阻值, 致使冷凝器的传热系数降低, 冷凝器温度端差也将会明显减小。冷凝器温度端差的减小, 必定会影响到冷凝器的换热效果, 而冷凝器换热效果的好坏直接影响到蒸汽透平系统的真空度, 进而影响到蒸汽透平对蒸汽的消耗以及凝汽式汽轮机的工作性能。

正常生产时, 汽轮机排放的低压蒸汽与循环水在冷凝器中进行热交换, 低压蒸汽被循环水冷却至饱和温度以下, 进而形成冷凝液排出。这一热交换过程中冷凝器的对数平均温差Δt我们可以近似地认为是冷凝器端差Δt2与冷却水进出口温差Δt3一半之和;即此时我们可以认为冷凝器的循环水进出口温度为定值, 则冷凝器的换热效果就只与冷凝器端差的变化量相关。冷凝器端差的计算公式如下:

由冷凝器端差计算公式可知, 冷凝器的换热量Q、换热面积S、设计传热系数Kf和冷却水的进出口温差Δt3都是一定的, 则影响冷凝器端差Δt的主要因素就是循环水侧的污垢热阻Rf, 所以, 我们可以说污垢热阻的大小直接影响到冷凝器的换热效果。

对于凝汽式汽轮机的凝汽器而言, 其冷凝效果的好坏直接影响到系统的真空度。当排汽凝结成水后, 体积就大大缩小, 使凝汽器汽侧形成高度真空, 这是汽水系统完成循环的必要条件。凝汽式汽轮机凝汽器真空度升高, 不仅增加了汽轮机的蒸汽消耗及机组出力, 而且降低了汽轮机的工作性能。07E001在线胶球自动清洗除垢后, 凝汽器的真空度显著下降, 由最高时的0.032MPa (A) 下降至0.020 MPa (A) 左右, 蒸汽透平01MT01的蒸汽消耗F01006由25.18t/h下降至23.06t/h, 蒸汽透平07MT01的蒸汽消耗F07005由45.78t/h下降至43.36t/h, 蒸汽消耗每小时降低了近5t, 每天能够降耗增效2.5万元左右, 有利于实现集团公司制定的“节能减耗、争创利润、扭亏转盈”的生产目标;由此, 还延长了压缩机的使用寿命, 提高了设备的整体性能, 实现了设备的安稳长满优运行。

2 结束语

胶球清洗 篇7

目前各发电企业凝汽器的循环冷却水系统均采用开式循环或闭式循环。循环水在与空气接触过程中, 还会将空气中的灰尘、微生物、污染气体 (如二氧化硫、硫化氢、氨等) 或昆虫等带入循环水系统, 引起水质污染, 产生细菌和藻类繁殖 (对于循环水系统采用开式循环的上述问题尤为严重) 。当微生物繁殖时, 其微生物的分泌物与循环水中的有机物、无机物聚积而形成粘泥, 沉积在系统中, 造成凝汽器铜管的脏污。

棕红色物质即为微生物粘泥。微生物粘泥是以微生物菌体及其粘结在一起的粘性物质为主体组成, 进而形成污垢沉淀在凝汽器铜管内表面, 增加凝汽器管束的换热热阻, 降低循环水的冷却效果, 尤其是在夏季会导致机组凝汽器真空较低, 甚至影响机组的发电负荷。目前各发电企业基本上都采用胶球清洗的方法清除附着在凝汽器铜管表面的粘泥等污垢。有鉴于此, 凝汽器胶球清洗系统的运行是否正常, 由于与凝汽器铜管清洁程度的高低直接相关联, 因此各企业均把提高胶球清洗系统投入率以及胶球的收球率当做一项重要的指标了。国标规定[1]:“5.6.5胶球清洗系统:收球率超过90%为合格, 达到94%为良好, 达到97%为优秀”可是据兄弟企业的调查统计, 发电企业的收球率普遍较低, 一般只有百分之五十左右。本文针对笔者所在企业收球率低的原因进行了分析, 希望对相关企业提高收球率能有所帮助。

2 运行中发现的问题

河北华电石家庄热电有限公司#21、22机组为200MW扩大单元制供热机组, 凝汽器的循环冷却水采用闭式循环。自2003年机组投运, 笔者根据多年来凝汽器运行以及检修期间的发现, 对凝汽器胶球清洗系统收球率低的原因做了分析一些如下。

2.1 系统结构上存在涡流区

机组投运初期, 曾经很长时间胶球清洗系统收球率不到百分之十。在凉水塔的填料层中只找到了少部分胶球, 但其余的大部分胶球一直未发现。

在机组试运行结束后的检修期间, 清洗凝汽器铜管时, 曾经从图中所示的直角部位取出板结成块状的胶球聚合体。

经分析后笔者认为出现上述现象的原因有三。一是凝汽器结构上存在涡流区, 胶球一旦进入涡流区, 不易逸出, 并与其他胶球和水室壁频繁碰撞;二是采购的胶球质量较差, 弹性差, 强度差;三是循环水水质较差, 硬度大, 藻类多, 尤其是夏季。在采用更换胶球和循环水水质监督后, 胶球的收球率达到了百分之九十七以上。

2.2 收球管路存在堵球部位

在胶球清洗系统采用上述措施运行一段时间后, 收球率显著下降至百分之十以下。

经笔者敲打如左图中漆皮脱落的部位后, 收球率迅速上升至百分之九十以上。

由此可知, 该段管路管径较细, 且弯角较多, 这造成了胶球堵塞回球管路。笔者建议将回球管路管径增加1.5倍, 并尽量减少弯头, 即可彻底解决堵球问题。

2.3 循环水加药对胶球强度的影响

在采取有针对性的措施后, 本单位的收球率仍出现缓慢下降的问题。笔者发现此种现象通常是在化学向循环水中加入除藻剂后出现。针对这一发现, 笔者做了一个简单的实验, 将全新的胶球泡入加药后的循环水中。

如上图中所示, 左边的胶球为未经浸泡过的新胶球;右边的胶球为经过加药后的循环水浸泡五天的胶球。

笔者发现, 经加药后的循环水浸泡的胶球弹性很差, 强度也很差, 用手不费力就可以撕开, 外表面松弛, 颜色发白并有粘性。

受实验条件所限, 笔者只是采用静置浸泡的方法, 但可以想象如果增加机械扰动以后, 胶球的特性下降一定会更快, 由此导致的结果就是胶球破碎后无法被收球网捕获, 从而造成收球率下降。

笔者查找了胶球的规格和材质等资料以及国标对胶球的规定, 只发现对胶球的要求如下“3.4合格胶球必须满足下列条件:1) 耐磨, 质地柔软富于弹性, 材质均匀, 气孔均匀贯通;2) 湿态胶球相对密度为1.00~1.15;3) 在使用条件下能正常使用;4) 在使用期限内及使用条件下, 湿态胶球直径比凝汽器冷却管 (以下简称冷却管) 内径大1mm~2mm”[1]。对于循环水水质, 尤其是加入除藻剂或是除垢剂等化学药品后, 会对胶球的性能产生何种影响并未作说明与要求。同时, 胶球生产企业提供的资料并无胶球成分的说明。另一方面, 循环水中加入的药剂成分也不明确。两者是否存在化学反应, 反应后的产物对系统是否会产生新的影响, 这些问题均有待进一步的证明。但有一点可以肯定, 循环水加药后, 对胶球的老化有加速的作用, 尤其是在夏季循环水温度比较高的时期。

3 解决方案

首先, 利用机组检修时期对胶球清洗系统进行改造, 这主要是解决回球管路容易发生堵塞的问题。其次, 应采购合格的胶球并在使用前尽可能做一些实验, 以确定本企业采用的循环水处理药剂对所使用的胶球是否存在加速老化的现象, 并据此确定胶球的更换时间。

笔者所在企业, 目前采取了使用合格胶球, 提高胶球更换频率等措施后, 收球率一直在百分之九十四以上。

参考文献