某海濱電廠凝汽器防污防腐措施研究

摘 要：汽輪機凝汽器作為火電廠熱力系統(tǒng)的循環(huán)終端設(shè)備，其運行工況不僅影響機組的穩(wěn)定運行，還影響機組的汽水品質(zhì)。文章針對某海濱電廠海水水質(zhì)特點，對凝汽器的污損和腐蝕進行詳細論述，并提出了有效的防污防腐措施。

關(guān)鍵詞：海濱電廠；凝汽器；防污防腐

1 工程概況

某海濱電廠建設(shè)2×1000MW機組，采用海水直流冷卻。其廠外循環(huán)水系統(tǒng)為：取水口→前池→粗攔污柵→旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→循環(huán)泵取水入口→循環(huán)水泵→凝汽器循環(huán)水供水管道。其中在取水口處采用外購次氯酸鈉的加藥方式進行防污工藝。

2 凝汽器冷卻管材的選型

凝汽器冷卻管是凝汽器的傳熱元件，是凝汽器最主要的部件，冷卻水的水質(zhì)是選擇冷卻管管材的決定因素。在海水中，尤其在被污染海水的腐蝕下，像不銹鋼、黃銅、白銅等材質(zhì)很快就會發(fā)生如點蝕、孔蝕、應(yīng)力腐蝕及磨蝕等現(xiàn)象，到一定程度時，管材發(fā)生泄漏，從而迫使電廠停機。

鈦，具有密度小，比強度高和耐腐蝕等良好的物理性能和機械性能，特別是能耐海水及有污染海水的腐蝕。鈦對于海洋生物、堆積物都有很強的抗腐蝕性能，而且對于凝汽器空抽區(qū)的氨腐蝕更有優(yōu)異的抗蝕性，而耐高速度海水沖刷性能尤為突出[1]。

本工程循環(huán)冷卻水水源為海水，因此，凝汽器冷卻管材選用鈦管。鈦管雖然有優(yōu)異的耐蝕性，但鈦凝汽器管在使用時會發(fā)生或可能發(fā)生縫隙腐蝕、電偶腐蝕、吸氫脆化、水滴侵蝕及生物污損等問題，需引起我們的重視。

3 凝汽器防腐措施

3.1 縫隙腐蝕

縫隙腐蝕與所處的工藝條件有關(guān)，同時還受構(gòu)成縫隙的材料影響。鈦的縫隙腐蝕一般發(fā)生在處理熱的氯化物溶液的換熱器的脹接部位。又因凝汽器運行條件下的海水溫度一般最高為50℃，處于安全區(qū)域，但為了防止可能發(fā)生的腐蝕，制造廠一般對鈦管/鈦管板采用脹接加密封焊接來消除縫隙。

3.2 電偶腐蝕

鈦在海水中電位約為-0.1V（SCE），電位序列靠近貴金屬。在多數(shù)情況下，鈦在電偶中呈陰極，因此本身不會腐蝕，但會使與其接觸的其它金屬更快的腐蝕，而腐蝕程度與它們的面積比相關(guān)性很大，如鈦的面積顯著超過其它金屬面積，則會產(chǎn)生嚴重腐蝕。同時，鈦與電位序列低的金屬連接時，由于呈陰極，會在表面產(chǎn)生析氫現(xiàn)象，和外加電流的作用一樣，當溫度到達一定程度時，就可能發(fā)生氫脆。吸氫速度不僅與溫度有關(guān)，還與氫分壓有關(guān)，在陰極吸氫、氫分壓較大的情況下，即使在較低溫度下，也會發(fā)生吸氫。實踐證明，為避免鈦管吸氫而產(chǎn)生氫脆，應(yīng)控制電位小于-0.75V，由此可知，就理論而言碳鋼水室就不可能達到完全保護（碳鋼的保護電位為-0.85V）。因此，對于鈦管凝汽器的碳鋼水室最好采用襯膠方法防腐。目前，凝汽器制造廠在海水凝汽器制造中，對凝汽器水室均采用耐腐蝕、抗老化龜裂、性能穩(wěn)定具有較長壽命且耐沙粒沖蝕的氯丁橡膠。

3.3 水滴侵蝕

水滴侵蝕是鈦凝汽器由于水滴和蒸汽同時以較高的速度反復(fù)沖向管束外周部位而產(chǎn)生的。日本的廣野火電廠和福島核電廠應(yīng)用鈦凝汽器10多年來，未出現(xiàn)過任何事故，但在運行4萬～5萬小時后，出現(xiàn)了水滴侵蝕現(xiàn)象。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在鈦凝汽器上產(chǎn)生水滴侵蝕的嚴重程度與水滴大小、速度和沖擊數(shù)量有關(guān)，可通過在鈦管管束外測設(shè)置環(huán)狀保護管解決。

3.4 生物污損

汽輪機凝汽器的生物污損一般發(fā)生在含氧的海水中，污損物體大多以藻類為主，由于銅管內(nèi)表面會溶出抑止海藻生物的繁殖得微量銅離子，而鈦管沒有，所以鈦管比銅合金管更容易出現(xiàn)生物污損。當采用加氯處理措施和海綿球清洗措施就能有效抑止生物污損。

另外，根據(jù)制造公司提供的1000MW超超臨界機組熱平衡圖及背壓對功率和熱耗的修正曲線，凝汽器壓力每升高1KPa，汽輪機功率將減少0.8%，熱耗增加0.4%。這意味著，背壓每升高1KPa，汽輪機功率將減少8MW。因此，防止凝汽器生物污損，保證凝汽器鈦管的清潔度，對確保機組背壓在設(shè)計值下運行就顯得特別重要。若想實現(xiàn)上述要求，僅在設(shè)計時根據(jù)規(guī)范要求考慮一定設(shè)計裕量的換熱面積顯然不夠，還需要采取其他外加措施。對需要采用海水進行冷卻的火力發(fā)電廠，常見的做法是在循環(huán)水泵前加設(shè)粗攔污柵和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)以及對循環(huán)水加氯的前提下，在凝汽器前設(shè)置二次濾網(wǎng)和在循環(huán)水系統(tǒng)中裝設(shè)膠球清洗系統(tǒng)[2]。

4 凝汽器防污措施

4.1 凝汽器進口加裝二次濾網(wǎng)

火電廠的循環(huán)水系統(tǒng)一般是在循環(huán)泵取水入口前設(shè)置粗攔污柵及旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。

然而粗攔污柵的柵條間距一般為6厘米，攔污效果有限，只能清除較粗大污物、集中污物和其他飄浮物。

同時，因為旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)安裝在循環(huán)泵取水入口前，而循環(huán)水泵房至主廠房間距離較長。貝殼類或魚蝦類等的幼蟲可輕易穿過旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的網(wǎng)孔進入到循環(huán)水泵房至主廠房間的管路上進行二次生長后進入凝汽器。這種情況下，原有的過濾系統(tǒng)難以保證凝汽器內(nèi)的清潔，需在凝汽器入水口處安裝性能優(yōu)良可靠的二次濾網(wǎng)。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，沿海電廠盡管在循環(huán)水入口安裝有旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)（一次濾網(wǎng)），但在不同海域存在區(qū)域性差異。在富含微生物的海域中，循環(huán)水加氯或電解海水加氯都收效甚微，因為蛤蜊大量附著在欄污柵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)上，而其幼蟲具有很強的的耐氯性，在氯性狀態(tài)下可存活長達58小時之久，所以常規(guī)的加氯方法效果不明顯，這也是海水冷卻電廠目前存在的共性問題。另外研究表明，蚌、貝類等生物不僅耐藥性強，而且對氯離子不敏感，加氯只能抑制其生長速度，并不能將其殺死。同時通過交流發(fā)現(xiàn)，發(fā)生凝汽器堵塞和大量海生物出現(xiàn)和二次生長首次出現(xiàn)多在機組投產(chǎn)1年至1年半期間，說明微生物二次生長需要一定的周期，前期殺死其幼蟲十分重要。許多電廠發(fā)生過凝汽器水室、鈦板、鈦管堵塞現(xiàn)象，其根本來源為：（1）在幼齡期內(nèi)的貝類和海藻等海生物幼蟲體積小，很容易穿過一次濾網(wǎng)，然后逐漸長大到100mm。從幾個電廠看，蚌類、貝類在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后水域二次生長問題較為突出。（2）垃圾碎粒隨著循環(huán)水流能通過有缺陷的一次濾網(wǎng)密封裝置進入凝汽器內(nèi)，從而造成堵塞。

因此，在凝汽器進口加裝二次濾網(wǎng)是必要的。二次濾網(wǎng)的工作原理是利用凝汽器循環(huán)水進出口的壓差，根據(jù)二次濾網(wǎng)前后的壓差信號，對二次濾網(wǎng)上的網(wǎng)格進行逐格反清洗。二次濾網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑通常為5～8mm，最小可做到3mm。

4.2 設(shè)置膠球清洗裝置

膠球清洗裝置由收球網(wǎng)、裝球室和膠球輸送泵等組成的。使用膠球清洗裝置不但可以在不減負荷的情況下清洗凝汽器，而且能提高凝汽器的傳熱效率，還有防止汽輪機熱效率因背壓升高而降低、防止冷卻管因結(jié)垢而腐蝕及延長冷卻管的使用壽命等優(yōu)點。

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB50660-2011）中的相關(guān)規(guī)定“濕冷凝汽器宜裝設(shè)膠球清洗裝置。但對水中含沙較多或可證明管道不結(jié)垢、也不沉積的直流供水系統(tǒng)，則可不設(shè)膠球清洗裝置。”本工程項目可研報告指出，電廠所處海域的含沙量不大，一般均小于0.02kg/m3，結(jié)合規(guī)程規(guī)范要求及廣東電廠的一些實際運行情況，廠內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置膠球清洗裝置。

5 結(jié)束語

隨著火電廠機組容量的不斷增大，對熱力系統(tǒng)汽水品質(zhì)的要求也相應(yīng)提高。海濱電廠因其特殊的地理位置，需要用海水作為冷卻水，因此對海水冷卻系統(tǒng)采取有效的防污防腐措施，才能更好的保障機組的安全高效運行。

參考文獻

[1]呂旺燕，蘇偉，劉世念，等.凝汽器的腐蝕與防護研究進展[J].全面腐蝕控制，2014，28（2）：25-28.

[2]朱小紅，姚杰新.開式冷卻機組凝汽器不銹鋼管微生物腐蝕研究[J].中國科技信息，2011（17）.