混床旁流處理在間接空冷系統的應用

摘?要：近年來因特高壓外送建設的需求，我國北方地區新增較多間接空冷燃煤發電機組，尤其是1000MW級大容量間接空冷機組如雨后春筍，而間接空冷系統散熱器鋁翅片腐蝕、泄露及防護一直是電力人探索研究的重點。本文介紹間接空冷系統散熱器鋁翅片運行現狀、腐蝕原因和采取的相應措施。長城發電公司在設計初期新增一套間冷旁流處理系統，以控制間冷水pH、電導率，確保間冷系統安全穩定運行。

關鍵詞：間接空冷系統;散熱器;腐蝕;pH值

1 間接空冷水系統現狀

目前國內間接空冷機組普遍存在間冷水pH值、電導率、鐵、鋁等離子含量高，間冷系統鋁翅片腐蝕泄露，尤其是新建機組初期投運時，各項指標參數異常，冷卻三角管束底部與散熱器分配器連接部位泄露嚴重的問題，且國標、電力相關標準無間接冷卻水控制標準。

2 間接空冷鋁翅片腐蝕因素

（1）pH值。間冷水pH值的高低直接影響間冷系統鋁翅片的腐蝕性能。金屬鋁在水中發生電化學腐蝕的產物分為兩個階段：（1）膠狀Al（OH）3;（2）Al2O3膜。膠狀Al（OH）3不能阻止鋁的電化學腐蝕，只有當膠狀Al（OH）3轉化成Al2O3膜后鋁表面發生鈍化，方可阻止鋁的進一步腐蝕。根據金屬鋁在水中的電位pH圖可以看出：在pH=4.68.3時，在金屬鋁表面可生成致密的Al2O3膜發生鈍化，超過此pH范圍，由于Al2O3膜溶解，進而導致鋁腐蝕，在pH=5.7處出現鋁的最小腐蝕。綜合考慮散熱鋁翅片和碳鋼材質的循環水管道，火電廠間冷循環水pH值控制在7.58.0，可有效防止間冷系統腐蝕。

（2）氧腐蝕。在中性或堿性水中，碳鋼管道主要發生氧腐蝕。在腐蝕電池的作用下，在陰極表面發生氧還原反應：

O2+2H2O+4e→4OH

在陽極表面發生鐵的氧化反應：

Fe→Fe2++2e

在擴散和電遷移的作用下Fe2+向陰極移動，OH向陽極移動，兩者與O2發生一系列反應，最終生成Fe3O4、Fe2O3或Fe（OH）2。當水的pH<4時鐵發生酸性腐蝕，且隨著pH值的降低，腐蝕增大;當水的pH在4～9之間時鐵主要發生氧腐蝕，與水的pH值基本無關;當水的pH在9～13之間時鐵表面發生鈍化，抑制了氧腐蝕，pH越高鈍化膜越穩定。

（3）鋁翅片鈍化劑的影響。散熱鋁翅片制造廠商在設備出廠前采用鈍化工藝處理，如弱堿性MBV法工藝（加熱池液60℃脫脂—清洗—清洗—酸洗—清洗—除鹽水清洗除鹽水清洗鈍化清洗清洗蒸汽養護）。間冷循環水系統投運前未完全沖洗干凈鈍化劑，水中有鹵素離子存在時，鹵素離子與Al3+離子結合不利于Al2O3鈍化膜的形成，加速鋁的腐蝕。

（4）系統問題。根據國內間冷系統運行來看，發現泄漏較嚴重的部位常出現在散熱器冷卻三角進水不銹鋼膨脹節與散熱器分配器處，此處因循環水高速流動產生渦流、湍流，沖刷磨損導致此處更易泄漏。

3 應對措施

（1）間冷循環水加緩蝕劑。間冷水系統中添加氨、聯氨、磷酸鹽等緩蝕劑，使金屬表面形成保護膜，減緩金屬腐蝕。

（2）間冷系統存在鋁、碳鋼、不銹鋼三種主要材質，電化學性質差異大，易形成電偶腐蝕。參考其他電廠運行經驗，在散熱器冷卻三角進水不銹鋼膨脹節與散熱器分配器連接法蘭處增加電絕緣墊片，以避免鋁進口管的電偶腐蝕。在散熱器鋁管的進口處安裝100mm左右的套管可有效防止腐蝕和泄漏。

（3）間冷循環水增加混床/陽床旁流處理系統。間冷循環系統因管線長，系統大，存水量多，采用倒換除鹽水的方法無法有效解決系統pH高的問題，同時造成除鹽水浪費。因此，各電廠經技改或新建初期增加間冷旁流處理系統，對間冷水系統凈化處理。①設備構成。華能內蒙古長城發電公司2×1000MW超超臨界燃煤空冷發電機組間冷水處理初步設計為加氨、聯氨保護方式，經前期調研最終更改處理方式，增設一套間冷旁流處理系統，加氨、聯氨系統保留。旁流處理系統由一臺5μm自清洗過濾器加一套出力為80t/h的混床處理設備串聯組成。②工作原理。間冷水由間冷系統回水管道經增壓泵引接至旁流處理系統，經5μm自清洗過濾器過濾除去水中泥沙等顆粒物雜質后進入混床，間冷水中的雜質離子（Na+、Ca2+、Al3+、Fe2+、Cl、SO42、HSiO3、NO3等）經混床處理后生成水，不會增加系統的雜質離子，處理后的間冷水送至間冷系統供水管道進入間冷系統。在新建機組啟動初期，系統pH值高時，混床內只裝填陽樹脂，使pH值降低至控制標準內。經旁流處理系統的間冷水電導率<1μS/cm，pH=7.58.0時，水的純度提高，離子導電過程遭破壞，間冷系統鋁翅片、循環水碳鋼管道的腐蝕得到有效控制。③設計優越性。a.降低間冷循環水系統腐蝕因子，減少系統腐蝕;b.縮短系統間冷循環水處理時間;c.常規除鹽水換水處理方式，單臺機組日均耗除鹽水約250—300t，換水周期15—20d，且間冷水質易反復。間冷旁流處理系統可大大減少除鹽水量損耗;d.5μm自清洗過濾器+混床處理間冷水，間冷水濁度降至0.5NTU以下，使間冷系統鋁翅片表面清潔，提升換熱器換熱效率，間接降低供電發電煤耗，同時水中大顆粒被去除，防止沖刷腐蝕;e.長城發電公司經過合理設計，將間冷旁流系統與制水車間生水換熱熱源有機結合，間冷水熱源作為生水換熱熱源，同時取消汽機房生水加熱器，降低造價成本。

4 結語

根據其他電廠運行經驗來看，國內間冷機組普遍存在間冷水水質超標，間冷水系統投運后采用倒換除鹽水、加二氧化碳等處理措施，處理效果不佳。目前處理可行方式為加緩蝕劑和混床（陽床）旁流處理系統，因間冷系統運行周期短，暴露出的問題只能后期進行處理，比如增加陽床等臨時處理設備。

華能內蒙古長城發電公司項目在設計初期認真調研其他運行間冷機組，總結經驗教訓，增設自清洗過濾器+混床的間冷旁流處理系統，有效控制間冷水pH值=7.58.0、電導率<1μS/cm，降低腐蝕因子濃度，確保系統安全穩定運行。

參考文獻：

[1]陳穎敏.熱力設備腐蝕與防護.航空工業出版社出版，1999.

[2]孫彤彤.腐蝕與防護手冊[M].北京：化學工業出版社，1989.

作者簡介：魏小強（1984—），男，漢族，寧夏銀川人，本科，工程師，電廠化學技師，從事火力發電廠化學運行管理工作。