鍋爐水冷壁管內氧化皮處理方法探討

蔡 悅， 薛建綱， 章 鵬

（1.浙江省電力建設有限公司， 浙江 寧波 315010； 2.杭州意能電力技術有限公司， 杭州 310014）

鍋爐水冷壁管內氧化皮處理方法探討

蔡 悅1， 薛建綱1， 章 鵬2

（1.浙江省電力建設有限公司， 浙江 寧波 315010； 2.杭州意能電力技術有限公司， 杭州 310014）

介 紹 600 MW 超 臨 界 機 組 鍋 爐 垂 直 段 水 冷 壁 管 內 氧 化 皮 的 2種 處 理 方 法， 并 進 行 比 較 和 總 結 ，提出在電廠基建過程中需對設備加強監管及檢驗力度，避免因設備質量問題造成重大損失。

高壓水射流；化學清洗；氧化皮

1 氧化皮附著情況

某電廠2號機組為超臨界參數變壓直流本生型鍋爐，采用前后墻對沖，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊Π型結構。爐膛四周為全焊膜式水冷壁，由下部螺旋盤繞上升和上部垂直上升2個不同的結構組成，兩者間由過渡水冷壁和混合集箱轉換連接。 垂直段水冷壁管規格為 Φ31.8 × 9.1mm，材料為 15CrMoG， 節距 63.5mm， 如圖1 所示。

2號機組整套啟動調試期間，當機組負荷升至 520 MW 時， 鍋爐前墻垂直水冷壁發生爆管。發現爐膛泄漏后，對爆管處管段進行換管處理。重新啟動， 當負荷升至 600 MW 時， 爐膛泄漏再次報警，爐內多處位置出現異常聲音，立即緊急停爐。

圖1 過渡段水冷壁結構示意圖

待爐膛冷卻后內部檢查發現，前墻垂直段水冷壁有4處爆管， 左墻垂直水冷壁有 1處爆管，并有多處管子出現漲粗、過燒現象。割管內窺鏡檢查發現，垂直水冷壁進口集箱出口彎頭處有異物堵塞。對前墻、左墻和右墻垂直水冷壁所有進口集箱出口彎頭進行拍片，發現大量彎頭均有不同程度的異物堵塞，對垂直水冷壁管進行全面割管后，利用內窺鏡檢查，發現絕大部分管內壁有大量氧化皮附著， 氧化皮厚度在 0.3～0.5 mm，啟停機過程中氧化皮大量脫落，在彎頭處堆積，如圖2所示，致使垂直水冷壁管內通流面積減小，局部超溫，最終引起短期過熱爆管。

圖2 管子彎頭堵塞的氧化皮形貌

為了保證鍋爐能長期安全穩定運行，必須徹底清除水冷壁管內的氧化皮。根據工程實際情況和國內現有技術條件，現場采用了高壓水射流清洗和化學清洗2種方式。

2 高壓水射流清洗

高壓水射流清洗是將水通過高壓泵增壓到極高壓力（90～150 MPa）， 然后通過特殊噴嘴（孔徑1～2mm）， 以極高的速度（500m/s）噴出能量高度集中的小水流，對垢物進行撞擊、氣蝕、磨削、楔劈、粉碎和剝離，從而達到沖洗目的。實驗證明，采用高壓水射流清洗技術能夠有效清除管內壁的氧化層，且不會對母材本身有影響。

沖洗水冷壁管用的高壓水清洗噴頭為錐體，6個噴射口位于錐體底部圓周上，水流向斜后方噴出，在沖洗管道時高速水流產生很強的反推力帶動噴頭在管內前進。沖洗水管為耐高壓塑料軟管，可任意彎曲，工作人員通過不斷轉動清洗水管帶動噴頭螺旋前進，以保證高壓水可以覆蓋管內每個角落。因此沖洗時噴頭的前進和旋轉速度決定了沖洗效果，實際操作時需根據經驗反復試驗，控制沖洗速度，以達到最佳的沖洗效果。

在垂直水冷壁管沖洗過程中有大量沖洗水從管口流出（25 L/min 左右的用水量）， 如不采取措施將流入爐墻保溫層內?，F場采用保溫外護板卡在管口正下方，將水引流至爐膛內，通過撈渣機將水排出。

3 催化檸檬酸化學清洗

催化檸檬酸化學清洗技術是新型的鍋爐化學清洗技術，具有清洗效率高、腐蝕速率低、清洗溫度低 （60℃左右）、廢液無污染、 對氧化鐵的溶解效果較好等特點。在鍋爐化學清洗之前，首先進行小型試驗來驗證清洗效果：取垂直段水冷壁氧化層較厚的管段和螺旋水冷壁無氧化層的管段作為樣品，圖3為垂直段管子酸洗后的微觀形貌，經酸洗去掉氧化皮后管子最小厚度 8．94 mm， 內壁部份區域有麻坑存在，坑底圓滑，圖4為螺旋水冷壁管內形貌。試驗結果表明催化檸檬酸化學清洗在去除垂直段水冷壁管內氧化皮的同時，對于螺旋段水冷壁管腐蝕作用較輕，滿足規范要求。

圖3 管子橫向剖開內壁表面微觀形貌

圖4 螺旋水冷壁管子內壁形貌

此次 2號鍋爐化學清洗所用清洗液為 6%～10%催化檸檬酸， 并加入緩蝕劑； 漂洗液為 0．1%～0．3%檸 檬酸， 并 加 入 緩 蝕 劑 ； 鈍 化 介 質采 用0．1% ～ 0．2%雙氧水。 考慮到氧化皮集中在垂直水冷壁，應盡量縮小化學清洗的范圍，最終確定清洗液從螺旋水冷壁入口集箱進入，經螺旋水冷壁、中間混合集箱、垂直水冷壁、汽水分離器、貯水罐， 最后從 361 閥前接臨時管路至清洗箱，形成循環。為避免酸液進入過熱器系統，采取在儲水罐進出口加裝臨時水位計的方法，嚴格控制儲水罐水位。同時，在垂直水冷壁和螺旋水冷壁上各取一段作為臨時監視管，隨時觀察水冷壁管清洗程度?；瘜W清洗工藝及檢查流程為：起凝泵進行大流量鍋爐水沖洗→爐本體催化檸檬酸化學清洗→化學清洗期間摸管檢查→再次進行鍋爐大流量水沖洗→漂洗和鈍化。

第一次化學清洗循環建立 12 h后，取樣化驗藥液鐵離子濃度達到平衡 （鐵離子濃度大于 5 000 mg/L）， 檢查垂直水冷壁監視管發現管內氧化層尚未完全去除。因此安排進行第二次化學清洗，經清洗、鈍化后的垂直水冷壁管內壁氧化皮完全清除，鈍化膜形成良好。

為了防止在清洗過程中出現垂直水冷壁進口集箱出口彎頭堵塞，導致垂直管段內清洗液流量低而無法達到清洗效果，當化學清洗循環溫度達到 60℃左右時，對所有彎頭后的管段進行溫度測量， 對溫度明顯低于 60℃的管子進行記錄， 待化學清洗結束后，通過大流量頂排沖洗，再次升溫時進行再次排查。在2次化學清洗、漂洗和鈍化過程中，檢查每一根垂直水冷壁管，最終確認鍋爐前墻左數 352、 353， 右側墻前數 61、 113、 284根垂直管段存在堵管現象。由于堵塞后整根垂直管段沒有清洗，而整管更換施工難度大，又耗費大量工期，所以在割管后采用單根管化學清洗去除氧化皮。清洗結束后，使用內窺鏡進行檢查，90%以上的氧化皮已除去且剩余的氧化皮呈無規律分布。

4 2種方法分析比較

高壓水沖洗屬物理處理方式，設備簡單，效果較好，具有在地面操作性較好、無廢液產生、具有針對性處理個別管段問題而不影響整體水冷壁管等優點。但其缺點也顯而易見：

（1）已安裝的水冷壁管需先割管才能進行管內沖洗，沖洗后還要對口焊接，因垂直水冷壁管內氧化皮范圍大，割管、焊接對口工作量也大，潛在的焊接缺陷增加了系統風險，同時也無法滿足工期要求。

（2）高壓水沖洗噴頭無法通過彎頭， 而檢查發現彎頭處堆積大量氧化皮，無法通過高壓水沖洗徹底清除。

（3）高壓水沖洗在高空作業時， 需搭設牢固的臨時操作平臺，施工環境差，作業時有大量沖洗水從管口溢出，必須對作業人員和周邊設備采取保護措施。

（4）由于管內壁氧化皮較厚且附著牢固， 20m長的垂直水冷壁直管段沖洗一次需 30～40 min 才能達到較好效果，即使多臺設備同時進行不間斷沖洗，也無法滿足對全部垂直水冷壁進行全面沖洗的工期要求。

高壓水沖洗水管內是超高壓水，一旦發生滲漏產生的射流和水管的反彈力會對周圍人員造成傷害，須將水管可靠固定在人員通道以外。但是高壓水沖洗不失為對部分無法通過化學清洗去除過熱器、再熱器管內附著物的有效清洗手段，同時也可作為安裝前在地面進行個別管道內外壁清洗的簡單可靠方式。

對水冷壁整體進行化學清洗，有節省人力、臨時措施相對較少，清洗效果好，工期短等優點。關鍵是清洗液配方必須結合對樣品管的清洗試驗效果來確定，既要保證清洗液成份能快速有效清除管內較厚的氧化皮，同時又不能對內壁沒有氧化皮的管道產生嚴重腐蝕。此次采用的催化檸檬酸溶液是在檸檬酸內加入一定比例的催化劑，既保留了檸檬酸溶解氧化鐵能力較強、反應溫度低、對母材腐蝕少的特點，在加入催化劑后又提高了與氧化鐵反應的速度，減輕了高鐵離子濃度條件下檸檬酸鐵產生沉淀的問題，在清洗過程中配合較高的循環流速，將大量氧化皮溶解后通過清洗液排出。但整體化學清洗方式不可避免會對清洗范圍內其它無氧化皮的管道 （如螺旋水冷壁管、汽水分離器等）造成一定的腐蝕，實質上減少了管道本身的腐蝕余量，一定程度上降低了管道的壽命，且需處理化學清洗后的大量廢液；為消除因清洗液進入過熱器系統造成過熱器腐蝕的風險，必須采取嚴格措施控制儲水罐水位。

5 經驗總結

因施工進度銜接緊密，2號鍋爐的垂直段水冷壁運抵現場后，未在堆場存放即開始地面組合，因此不存在露天長期存放而導致內部嚴重銹蝕的情況，同時管排在地面組合前后均進行了通球試驗，并采用壓縮空氣吹掃，安裝完畢后經歷了水壓試驗、化學清洗、沖管各個階段，所采用方案均為同類型機組成熟方案。沖管后，為避免整套啟動時爆管，現場甚至超出規范要求對部分重要集箱接管座進行了割管內窺鏡檢查，檢查發現了少量管口異物堵塞的隱患，這些隱患在啟動前均已消除。總體上安裝、調試階段是按照規范要求及以往慣例對鍋爐實施防護措施，因此，鍋爐廠在原材料采購過程和水冷壁制造環節中把關不嚴是造成2號鍋爐垂直段水冷壁產生質量問題的主要原因。由于在安裝規范及相關標準上存在盲區，有必要對制造、安裝、化學清洗等各階段需要改進之處進行探討。

（1）因目前各鍋爐制造廠生產任務較為飽滿，普遍存在分包商較多的情況，同時原材料來源較多，管材生產、檢驗、出廠任何一道把關不嚴，都會給現場帶來巨大的損失。因此在鍋爐主機合同簽訂時應充分考慮此種狀況，建議在合同中明確各設備分包商，同時應要求主機廠家提供分包商的設備生產制造資質供建設方審查，對主要受熱面和承壓部件的分包商實際制造水平也應進行現場考察，并加強現場監造的力度，監督制造過程的質量控制狀況。

（2）本次 2 號鍋爐垂直段水冷壁管內氧化皮分布較廣，普遍存在于前墻、左右墻水冷壁管內，尤其前墻分布較為嚴重，現場分析其原因主要是管子在生產制造過程中工藝控制不當，而氧化皮緊密附著在管子內壁，地面組合過程中的通球試驗幾乎無法檢查出來。在安裝過程中，除對集箱進行內窺鏡檢查外，受熱面管排按規范并不要求進行內窺鏡檢查，現場的常規檢查項目未發現水冷壁管的上述問題，最終未能將產品質量問題消除在施工階段，而帶入調試階段。因此，安裝階段的檢查工作十分重要，建議除安裝單位自檢外，在設備到貨質量檢查中增加一定比例的小口徑管內窺鏡檢查，盡量將質量問題消除在施工階段。

（3）從本次化學清洗后的監視管內部情況及割管檢查情況來看，催化檸檬酸對于垂直段水冷壁管內附著的氧化皮有較好的清洗作用，對于提高水冷壁系統的清潔度、保證鍋爐的安全運行起到了較為明顯的作用。因此需要根據實際情況決定采用 EDTA 清洗或檸檬酸清洗。

（4）水壓后的 EDTA 化學清洗只能去除安裝階段或設備存放階段的管內浮銹及一些表面附著物 ， 對 于 厚 度 達 0．3～0．5 mm 的 致 密 氧 化 皮 層 沒有清洗效果。 因此， 加強 EDTA 化學清洗后的檢查也很重要，除按照規范進行常規的監視管及腐蝕片檢查外，可考慮增加進行垂直段水冷壁、省煤器蛇形管的實管割管后內窺鏡檢查，以確保鍋爐水冷壁系統的清潔度在進入調試前已符合要求。

（5）缺陷處理過程中發現個別高空焊口存在通流截面明顯減小的情況。因此，在承壓部件高空組焊過程中應加強對現場焊口的檢查工作，射線檢查時建議將焊口縮頸大小作為檢查內容，縮頸后管內最小允許尺寸可以參考地面通球時的球徑，對于尺寸小于或疑似小于通球球徑的焊口應直接判為不合格，作返工處理，以盡可能減少或避免鍋爐啟動后可能造成的異物堵塞。

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（本文編輯：徐 晗）

A Tentative Study on Treatment of Oxide Scale in Water W all Tubes of Boiler

CAIYue1， XUE Jian-gang1， ZHANG Peng2
（1.Zhejiang Electric Power Construction Co.Ltd.， Ningbo Zhejiang 315010， China；2.E·Energy Technology Co.Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310014，China）

This papermainly presents twomethods of removing scale adhered to vertical segment of the water-cooling wall tubes in boiler of 600 MW supercritical generating units.Through comparing and summarizting these two methods,it recommends that the inspection and supervision on the equipments should be enhanced in plant′s capital construction projects.Meanwhile,great losses caused by poor quality of equipments can be effectively avoided.

high-pressure water jet； chemical cleaning； oxide scale

TK228

： B

： 1007-1881（2010）06-0039-04

2009-11-27

蔡 悅(1984-)， 男， 浙江寧波人， 助理工程師， 從事火力發電廠工程建設鍋爐專業技術工作。