火電機組熱力系統在線清洗技術應用

達海華

(甘肅大唐國際連城發電有限責任公司，甘肅 蘭州 730332)

火力發電機組傳統的化學清洗管道方式存在工藝復雜、清洗成本高、污染環境、易造成管道腐蝕泄漏、須停機清洗等缺點，已經滿足不了現代發電設備高效、環保與長周期運行的要求。針對此現狀，熱力系統在線清洗技術應運而生。近年來，國內已經有多臺300 MW及300 MW以上機組采用在線清洗技術進行管道清洗。

1 機組熱力系統在線清洗原理

熱力系統在線清洗利用鍋爐、汽輪機等熱力設備在帶負荷正常運行狀態下，加入清洗劑，使設備去垢、防腐蝕，發電機組安全、高效運行。在線清洗技術為非溶解性清洗，其通過特種清洗劑作用于腐蝕產物和垢層，產生滲透、擠壓、剝落等界面效應，使垢層和腐蝕產物變成微細粉末并逐步脫落。脫落的微細粉末分散、懸浮于水和蒸汽中，通過鍋爐定排、連排系統排出熱力設備之外。除了清除垢層，它還可以防止結垢物質在受熱面上沉積，能在金屬表面形成致密鈍化膜，使金屬進入鈍態，從而使基體金屬得到保護。特種清洗劑在高溫環境中的揮發物與在高溫高壓無氧環境中的部分分解產物，隨水汽介質貫穿于整個熱力系統，使過熱器、再熱器的氧化物緩慢還原而逐步粉化脫落；部分清洗劑隨蒸汽直達汽輪機，從而使汽輪機系統也得到清洗。

某電廠采用的在線清洗劑為OLCA-1，該藥劑溶解于水后pH值大于8，不會對金屬造成酸性腐蝕。藥劑中的活性成分可改善汽、液2相的流體動力學穩定性，使蒸汽膨脹做功過程穩定、均勻，從而減少液相出現時的不可逆損失，降低蒸汽凝結時誘導流動引起的葉片振動(斷裂)危險。同時，因藥劑中的活性成分能大大減小水滴生成尺寸及水滴表面張力，既可減少在滑參數停機過程中濕蒸汽區前移所帶來的沖擊腐蝕，又可保持汽輪機動、靜葉片潔凈、光滑，使汽輪機始終工作在高效率狀態。在機組運行過程中，用專用加藥設備將OLCA-1經給水管道加入熱力系統即可。由于該廠給水加藥泵出口管上設有十八胺停爐保護加藥接口，因此可通過該接口利用停爐保護加藥溶液箱及高壓泵將清洗劑加入熱力系統內，該操作簡便且不需要購買專用加藥設備。給水管道加藥點在除氧器下水管上。

清洗劑在熱力系統中的流程如下：除氧器下水管→給水泵→高壓加熱器→省煤器→汽包→四周水冷壁→低壓過熱器→高壓過熱器→汽輪機高壓缸及葉片→低壓再熱器→高壓再熱器→汽輪機中低壓缸及葉片→凝汽器管汽側→凝結泵→軸封冷卻器→低壓加熱器→除氧器。

鍋爐水側的垢層和腐蝕產物微細粉末通過連排和定排方式排出熱力設備；鍋爐蒸汽系統和汽輪機系統的垢層和腐蝕產物微細粉末通過凝汽器熱井排污和給水管道上的濾網截留等方式排出。

2 機組熱力系統在線清洗步驟和方法

2.1 總體方案

在機組檢修前1～2個月，分階段由少到多將清洗劑加入熱力系統，在機組運行過程中完成清洗。由于該電廠為首次進行在線清洗，制定了加藥控制表，如表1所示。

2.2 準備工作

(1) 檢查清洗劑加藥系統正常備用。

(2) 對清洗劑進行數量、質量、性能檢測。該藥品正常外觀為淺綠色黏稠液體，灼燒殘渣不大于0.001 %，pH值8.5～10.0(1 %水溶液)。

(3) 化學監督各儀器、儀表、分析試劑正常投運或備用，排煙溫度、再熱蒸汽出口溫度監控系統正常投運。

(4) 確定清洗質量監測點，確定清洗后割管位置。在檢修期間割管取樣時將待割管兩邊的鰭片用切割機割開，保證管樣不因進行熱割而失真。

(5) 確定清洗效果對照監測點，做好清洗前管樣表面狀況記錄。

(6) 為防止清洗下來的垢層等產物堵塞凝結水入口濾網造成機組斷水，清洗前將凝結水入口濾網由80目更換為20～30目，以確保機組運行安全。

2.3 配藥

配藥比例為，藥品：除鹽水=1:(10～20)。向藥箱加除鹽水至藥箱容積的2/3，然后加藥30～60 kg(20 kg/桶)，再輕微攪拌2～3 s(切忌長時間劇烈攪拌，以免產生大量泡沫)。

2.4 分階段加藥操作

(1) 加藥操作盡量安排在白天，加藥前解列凝結水精處理高速混床；停運水汽在線電導率表，解列連排；檢查加藥系統連接正常，加藥門已開啟。

(2) 啟動加藥泵將藥品從給水泵入口加入熱力系統，加藥時間控制為1 h。

(3) 藥品可分幾次配制加入，加藥結束后向系統加除鹽水20 m in沖洗管道。

(4) 加藥2 h后調整連排開度大于15 %，流量控制在10～15 t/h；排污操作盡量安排在鍋爐最低負荷時。各階段具體加藥、連排調整、定排及連排全開時間安排如表1所示。

(5) 為了保護儀表電極不受高濃度清洗藥品的影響，加藥前將所有電導率表退出運行，加藥3 h后再投入運行，進行水汽品質監測。

表1 加藥控制及排污

2.5 化學監督

(1) 機組加藥期間，水汽常規取樣分析項目、頻率不變，增加Fe指標檢驗：運行班每天4次(03:00，09:00，15:00，21:00各1次)；化學試驗班每天09:00取樣分析凝結水、給水、爐水、飽和蒸汽、過熱蒸汽、再熱蒸汽Fe含量。

(2) 其他常規取樣分析項目、頻率不變。

(3) 在線清洗過程中爐水pH值控制要求比較嚴格，控制目標為(9.6±0.1)，而正常情況下為(9.5±0.2)；爐水電導率控制在小于40 μS/cm；給水pH值控制在(9.5±0.1)；其他各項監督指標均按機組正常運行控制。

2.6 割管檢查

清洗結束后，利用機組停運檢修時間，對水冷壁、省煤器進行割管檢查。管樣最好帶焊口，長度不小于1 000 mm。割管時必須冷割，不得用乙炔氣進行熱割，不得污染管樣內壁，并對汽包內部進行表面檢查。

2.7 注意事項

(1) 加藥期間必須嚴密關注水汽品質，特別是凝結水、給水和爐水。在凝汽器泄漏導致凝結水硬度超標時，須適當加大排污并在藥箱中補加適量的Na3PO4，控制含量在2～5 mg/L，pH值在9.3～10.0，并進行查漏。泄漏消除后要求硬度恢復到正常范圍。若凝結水或給水硬度不小于2 mmol/L，應立即降負荷檢漏除漏，以確保在線清洗的效果。

(2) 如果爐內有酸性雜質進入水汽系統導致pH值小于8.5，應迅速查明原因。同時要減小負荷，加大排污，加入NaOH，迅速將pH值升高到9.5～10.0后運行24 h，然后調整到優化控制范圍。若同時出現凝汽器泄漏，給水硬度超標，則在加大排污的同時加入NaOH和Na3PO4，以防結垢加重。

(3) 隨著藥品的加入，垢層會逐步脫落，垢層中所含成分會影響水汽的品質，如電導率、Cu，Fe，Na，SiO2指標均會增大。因為此時設備正處于保護性清洗狀態，所以不會引起結垢和腐蝕，但由于垢層的脫落并分散在爐水中，可能會使爐水透明度下降，因此必須加大排污。

(4) 機組停運后應對水汽流動緩慢、清洗物不易被排掉的部位進行清理，如省煤器入口聯箱等。

(5) 機組重新啟動時，鍋爐上滿水后應將爐水全部放掉，對系統進行徹底沖洗，然后再上水投運。

(6) 在線清洗過程中要保證定期排污質量，防止定排管路堵塞。每次定排工作結束后，值長、機組長要認真分析定排前后1～24號定排電動門閥體溫度變化情況，判斷1～24號定排管路的暢通情況。發現個別管路堵塞時，應對相應管路手動排污1次并測溫，若仍不暢通應及時處理。定排管路處理好后，應手動補排污1次，同時進行閥體測溫，檢驗暢通情況并做好記錄。

(7) 及時監視凝結水泵入口濾網差壓、凝結水泵電流、凝結水泵出口壓力及凝結器水位的變化，發現凝汽器熱井水位逐漸上升時要及時切換凝結水泵，確保機組安全運行。

(8) 嚴密監視前置泵入口濾網差壓、前置泵入口壓力、除氧器水位以及汽泵出口流量。發現前置泵入口濾網差壓逐步升高時，要及時分析，采取啟動電泵、停運汽泵等措施，來隔離汽泵水側以清掃入口濾網。

3 機組熱力系統在線清洗效果

3.1 清洗效果檢查

該電廠于2011年在4號機大修前1個月對熱力系統進行了在線清洗工作，待機組停運后，在大修時的化學檢查中對各熱力設備的結垢、積鹽、腐蝕狀況進行了詳細檢查，具體如下。

(1) 割開水冷壁下聯箱A，B兩側手孔，檢查其內部呈鋼灰色，無金屬氧化物沉積。

(2) 割管檢查水冷壁管內壁有黑色薄層疏松水垢，質軟；管樣經酸洗去垢后，內壁光滑，無明顯腐蝕。

(3) 檢查省煤器入口聯箱手孔有大量金屬沉積物，取樣檢查多為在線清洗后剝落沉積的腐蝕產物。

(4) 割管檢查省煤器入口管內表面為灰褐色，表面覆蓋有一部分紅褐色附著物，沒有鼓包、剝皮等腐蝕現象。

(5) 割管檢查省煤器出口管樣表面呈黑灰色，表面覆蓋的鐵的氧化物結垢較致密、光滑，沒有鼓包、剝皮等腐蝕現象。酸洗去掉腐蝕產物后，基本沒有腐蝕坑點，且較入口管少。

(6) 割管檢查高溫過熱器內壁附著的氧化皮致密、光滑，但強度不高，部分有脫落現象；氧化皮外層呈鋼灰色，內表面呈黑褐色，無明顯腐蝕點。

(7) 在此次大修熱力設備割管檢查中，發現各種腐蝕產物和垢層有明顯脫落清除現象；汽輪機揭缸檢查，葉片上基本上沒有積鹽現象；水冷壁、省煤器管樣垢層有明顯的脫落和剝離現象。

3.2 清洗效果分析

該電廠于2010年4月對4號機組進行了B級檢修，2011年7月對該機組熱力系統實施了在線清洗，而后進行了A級檢修，2013年7月進行了B級檢修，3次檢修割管檢查結果如表2所示。

表2 4號機鍋爐結垢速率 g/m2·a

通過對水冷壁、省煤器管3次結垢量檢查的結果看，對機組實施在線清洗后，清除、剝離了熱力設備上沉積的結垢層和氧化皮，結垢量有明顯的減少。由于該電廠是首次嘗試進行在線清洗，所以在加藥量控制上相對比較保守，根據實踐經驗，同類其他300 MW機組可適量增大加藥量，以達到更好的清洗效果。

4 結束語

火力發電廠在機組運行中實施在線清洗，不但對熱力設備能起到清洗剝離垢層、腐蝕產物的作用，更具有優良的阻垢效果，減緩了結垢速率，大大提高了機組運行經濟性。相對于傳統的化學清洗，在線清洗具有明顯的先進性，具體如下。

(1) 傳統化學清洗屬于周期性的被動清洗，需要停機進行，不僅影響經濟性，而且對機組安全運行構成威脅。而在線清洗屬于經常性主動清洗，可以隨時進行，不需要停機，經濟效益顯著。

(2) 在線清洗把對金屬表面的清洗、保護工作融為一體，清洗過程中可在金屬表面形成致密鈍化膜，清洗和保護同時進行。而傳統化學清洗使金屬表面變得活化、粗糙，更易被腐蝕。

(3) 傳統化學清洗主要是鍋爐水側的清洗，只能進行局部清洗，局限性強。在線清洗的范圍是全系統，實現了對汽輪機、過熱器、再熱器的清洗，涵蓋了所有熱力設備。

(4) 傳統化學清洗是溶解性除垢，在溶垢的同時也溶解和腐蝕金屬，而且個別材質對清洗介質敏感性較高(例如不銹鋼、奧氏體鋼)，易受到損傷。在線清洗是非溶解性除垢，清洗介質不會溶解和腐蝕金屬，所有的金屬材料都能得到保護。

(5) 傳統化學清洗需要龐大的臨時系統，清洗工藝較為復雜，有工期要求，有清洗材料和設備損耗，且有大量廢液排放，不利于環保。而在線清洗簡單易行，無工期要求，無廢液排放和材料設備損耗，更經濟、環保。

1 曹長武，宋麗莎，羅竹杰，等．火力發電廠化學監督技術[M]．北京：中國電力出版社，2005．