一种超空泡高压水射流的凝汽器在线清洗装置和清洗方法与流程

本发明属于凝汽器清洗技术领域，具体涉及一种超空泡高压水射流的凝汽器在线清洗装置和清洗方法。

背景技术：

凝汽器是电厂主要辅助设备，在热力循环中起冷源作用，凝汽器工作性能的好坏直接影响到系统的热经济性。

随着我国电力事业的发展，大批沿海、沿江电厂（包括核电厂）被建造，这类电厂的凝汽器大多采用开式冷却，即直接使用来自天然水体（江河湖海）的水作为循环水冷却凝汽器。由于循环水的取水源来自自然水体，会导致一些微生物、贝类和藻类在凝汽器换热管内壁滋生，形成生物质污垢。此外自然水体里的泥沙也会形成泥沙质污垢。凝汽器污垢的存在对电厂的节能减排影响巨大，例如厚度仅为0.2mm的污垢层，就会使纯净蒸汽凝结传热系数降低20%～25%，电厂度电标煤耗上升2g～4g／kwh。

目前在世界范围，对于这类开式冷却的凝汽器生物质污垢一直没有有效在线清洗手段，因此很多沿海、沿江电厂至多只能利用一些手段阻碍污垢的形成，一旦结垢没有有效的手段对抗。这不仅仅会引起电厂的运行效益下降，更是一种安全隐患。

在线清洗国内的普遍采用的方法是向凝汽器内投放胶球，利用胶球与凝汽器换热管壁的摩擦效应驱除污垢。但是胶球清洗的清洗效果并不尽如人意，而且胶球投放系统有时还受到收球率问题的困扰，因此难以根本上解决凝汽器污垢问题。

火电厂凝汽器机器人在线清洗是近年来兴起的新兴技术，可以较为有效地实现电厂凝汽器的在线清洗。目前国内凝汽器机器人清洗主要有三类方法，但是这三类方法均无法有效、安全地对抗开式凝汽器的生物质污垢。第一类是以徐州比此智能科技有限公司为代表的凝汽器换热管内机器人化学清洗技术，这类化学清洗技术无法在开式机组使用，原因在于开式机组的循环水来自自然水体，排放也必须排放回江河湖海。若使用化学物质进行清洗，化学物质进入自然环境是无法避免的，这必然造成严重的生态污染。第二类是以长沙电力学院和郑州赛为公司为代表的，凝汽器换热管外机器人高压喷水清洗技术。该技术属于物理清洗，但无论采用高压水射流喷射还是采用水泵喷射，受限于水下流体的巨大粘性，水射出后能量很快衰减，对换热管内壁的物理冲刷效果非常有限，因此其仅仅对管内沉积的泥沙类有驱除效果，对于管内生物质污垢完全无效。第三类是以中国矿业大学和南京科远股份公司为代表的，凝汽器换热管内机器人高压水射流清洗技术，该技术也属于物理清洗。但该技术的致命问题在于：必须将一个连接着软管的刚性清洗喷头送入凝汽器换热管，存在清洗喷头在凝汽器换热管内卡死或者爆管等安全隐患。

综上所述，目前已有的各类凝汽器机器人在线清洗技术均存在各种不足，电力行业需要新一代的技术解决上述问题。

技术实现要素：

解决的技术问题：本发明的目的是针对凝汽器开式机组生物质污垢清洗，而提供一种利用超空泡高压水射流的凝汽器在线清洗装置和清洗方法，该装置可以确保清洗效果，且无需刚性装置进入凝汽器换热管，是无污染、纯物理的凝汽器在线清洗技术，实现火电厂/核电厂的冷端节能。

技术方案：一种超空泡高压水射流的凝汽器在线清洗装置，包括相互连接的清洗机构和定位机构；

所述清洗机构包括相互连接的对接器和超空泡发生器，超空泡发生器为环形空腔，外环用于压缩空气的输送，内环设有高压水射流喷头，高压水射流喷头与高压水发生装置相连；

所述定位机构包括由二维机器人定位系统控制的滑轨、滑块和液压推进装置，液压推进装置的推进端连接滑块，滑块设置于滑轨上；

所述清洗机构和定位机构是通过超空泡发生器与滑块相连。

进一步地，在所述对接器表面设有密封垫，密封垫中心开有中心孔，中心孔直径为3-6mm。

进一步地，在对接器和超空泡发生器的连接处设有测压孔，测压孔内放有与压力探测器相连的测压软管。

基于上述在线清洗装置的清洗方法，包括以下步骤：

步骤1，二维机器人定位系统对凝汽器换热管管口定位后，液压推进装置推动滑块沿着滑轨运动，滑块推动清洗机构运动，使对接器与换热管管口对接；

步骤2，对接后，超空泡发生器向对接器注入压缩空气，通过压力探测器检测压力，判断对接器与换热管是否对接成功，若对接器与换热管对接成功，启动高压水射流的喷射，开始对换热管内壁的物理清洗，清洗时压缩空气和高压水射流保持同时连续喷入凝汽器换热管，以形成稳定的超空泡射流；

步骤3，清洗完一根换热管后停止压缩空气和高压水，二维机器人定位系统对下一根换热管定位进行清洗，如此循环，完成整个凝汽器的超空泡清洗。

有益效果：本发明提供的清洗装置和清洗方法，从清洗机理角度看，属于纯物理清洗清洗方式，在开式凝汽器清洗领域，完全不存在环境污染的担忧；从清洗效果角度，该技术利用超空泡技术大幅度削弱了水下清洗时来自循环水粘性的影响，使得高压水射流有效清洗射程可以贯穿整根换热管，与直接水下水射流（无空泡）清洗相比，清洗效果大大提高；从系统布局的角度看，只在凝汽器换热管一端布置清洗装置即可，既不需要双侧布置清洗装置，也不需要任何刚性清洗装置进入换热管，彻底避免了清洗过程对凝汽器可能产生的各种安全隐患。

附图说明

图1为实施例1中安置在凝汽器水室内的清洗装置结构图；

图2为实施例1中清洗机构的结构图；

其中，1为凝汽器换热管，2为凝汽器水室管板，3为对接器，4为超空泡发生器，5为滑块，6为二维机器人定位系统，7为高压水射流喷头，8为液压推进装置，9为压缩空气软管，10为滑轨，11为凝汽器水室，12为超高压电磁阀，13为压气机，14为高压水发生装置，15为压力探测器，31测压孔，32为中心注射孔，33为对接器密封垫。

具体实施方式

鉴于已有技术存在的问题：本发明的目的是针对开式机组生物质污垢清洗，而提供一种确保清洗效果的，无需刚性装置进入凝汽器换热管的，无污染、纯物理的凝汽器在线清洗技术，实现火电厂/核电厂的冷端节能。

实施例1

如图1所示，一种超空泡高压水射流的凝汽器在线清洗装置及清洗方法，包括相互连接的清洗机构和定位机构。

所述清洗机构包括相互连接的对接器3和超空泡发生器4，超空泡发生器4为环形空腔，外环用于压缩空气的输送，内环设有高压水射流喷头7，高压水射流喷头与高压水发生装置相连。高压水发生装置14通过高压软管向高压水射流喷头7提供高压水（压力范围为17mpa-30mpa），高压水的开闭由超高压电磁阀12控制。压气机13通过压缩空气软管9向超空泡发生器4提供压缩空气。

所述定位机构包括由二维机器人定位系统6控制的滑轨10、滑块5和液压推进装置8，液压推进装置8的推进端连接滑块5，滑块5设置于滑轨10上。

所述清洗机构的超空泡发生器与定位机构的滑块相连。

如图2所示，清洗机构朝向凝汽器换热管的一端安装有对接器3，用于清洗机构与凝汽器换热管的对接。对接器3表面设有密封垫33，密封垫中心开有中心孔32，中心孔直径为3-6mm；对接器3后连接着超空泡发生器4，其结构为一环形空腔，外环用于压缩空气的输送，内环布置高压水射流喷头7。清洗机构与凝汽器换热管管口对接成功后，外环的压缩空气可以通过对接器的中心孔32流入换热管内部，吹出贯穿整根凝汽器换热管的超空泡；一旦超空泡形成，即可打开超高压电磁阀12，高压水从高压水射流喷头7以超音速射出，水射流的射出的直径小于1mm，可以与压缩空气一起由对接器的中心孔喷入凝汽器换热管。由于超空泡的存在，水射流飞行时周围流体的粘性大大降低，射流的有效清洗射程可以贯穿整个换热管，实现对换热管内壁的高效物理清洗。

如图2所示，在超空泡发生器4与对接器3交界的区域布置有测压孔31，测压孔31通过测压软管与凝汽器外的压力探测器15相连。该结构用于探测清洗机构与凝汽器换热管的对接是否成功。如果对接成功，对接器会连通某一跟换热管，此时超空泡发生器注射压缩空气后，气体从换热管排出，测压管探测到的是低压；若对接的换热管内部发生堵塞，或者二维机器人定位错误没有对准任何一根换热管，此时超空泡发生器注射压缩空气后，由于压缩空气排除不畅，测压管探测到的是高压。

在本实施例中，上述清洗装置被安置在凝汽器水室11内。在水室11左侧是凝汽器水室管板2，在管板2的平面上连接了近一万根凝汽器换热管1。凝汽器超空泡高压水射流在线清洗装置就是要对这些换热管逐根进行清洗。系统工作时，二维机器人定位系统6对管板2平面上的单根或者多根换热管1管口完成二维定位，使得清洗机构的对接器3对准凝汽器换热管1管口。之后液压推进装置8推动滑块5沿着滑轨10向前方（图中左侧）直线运动，滑块5带动清洗机构完成与换热管1管口的对接。对接后，超空泡发生器4向对接器3注射压缩空气，同时通过外置压力探测器15反馈的压力，若压力为低压，说明对接成功，进入下一步。若压力为高压，说明对接失败，放弃该位置的清洗。当压力探测器15显示对接成功，则启动高压水射流的喷射，开始对换热管内壁的物理清洗。清洗时压缩空气和高压水射流必须保持同时连续喷入凝汽器换热管，以形成稳定的超空泡射流。

压缩空气和高压水射流连续喷射4-6分钟后清洗完成。此时，停止压缩空气和高压水的供应，同时液压推进装置拉动滑块，将清洗头从对接位拉回。拉回后启动二维机器人，定位下一根换热管。如此周而复始，完成整个凝汽器的超空泡清洗。

本发明涉及的超空泡高压水射流的凝汽器在线清洗装置及清洗方法在具体实施时有下列几个方面需要说明：

（1）考虑到凝汽器工作时，来自循环水中的木屑、冷却塔的填料碎屑等杂质会影响机器人定位系统的运行，通常要求上述机器人系统被安置于凝汽器回水室内，这样可以利用凝汽器的换热管束过滤掉一部分杂质。但在有特殊要求的情况下，机器人系统也可以布置在其他水室。

（2）系统采用的二维机器人定位装置，只要能够完成二维平面上单点或者多点的定位即可，因此具体结构本发明不作具体限制，可以是直角坐标机器人、双关节机器人，或者其他任何可以完成二维平面定位的机器人装置。

（3）考虑到有大量气体排入凝汽器循环水系统，凝汽器水室下游必须布置排气疏水装置，以避免引起水击、气堵等问题。

（4）本发明涉及的超空泡高压水射流的凝汽器在线清洗装置及清洗方法虽然主要是针对开式凝汽器生物质污垢问题提出的，但是该清洗方法的适用性完全可以扩展到任何一种凝汽器的在线清洗，并不仅限于开式凝汽器。