長(zhǎng)期停運(yùn)機(jī)組熱力設(shè)備防腐措施

丁 勇，楊 鑫，蔡 旺

(華能灌云熱電有限責(zé)任公司，江蘇 連云港 222006)

0 前言

某熱電廠擁有3 臺(tái)220 t/h 超高溫高壓燃煤鍋爐及2 臺(tái)25 MW 背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，主要用于滿足當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)區(qū)集中供熱需求。疫情防控期間尚未復(fù)工復(fù)產(chǎn)，因此該熱電廠處于停運(yùn)狀態(tài)。熱力設(shè)備停運(yùn)檢修或備用期間，其系統(tǒng)內(nèi)水汽若不排干凈就會(huì)殘留水分，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)濕度較大。濕氣附著在鍋爐內(nèi)表面會(huì)形成一層薄膜，薄膜遇到空氣后會(huì)發(fā)生氧腐蝕反應(yīng)，出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。金屬表面如存在泥污或雜質(zhì)，會(huì)使這種反應(yīng)大大加劇。因此，停運(yùn)期間如缺乏有效的防護(hù)措施，整個(gè)水汽系統(tǒng)金屬內(nèi)表面就會(huì)遭受腐蝕，直接影響傳熱效率和系統(tǒng)安全性。

1 保養(yǎng)方法分析

機(jī)組熱力設(shè)備防銹蝕方法選擇的基本原則是綜合考慮給水處理方式、停(備)用時(shí)間的長(zhǎng)短和性質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)條件、可操作性及經(jīng)濟(jì)性。采用的保護(hù)方法應(yīng)確保對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)熱力系統(tǒng)所形成的保護(hù)膜不構(gòu)成破壞，同時(shí)不影響機(jī)組啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)的汽水品質(zhì)。此外，還應(yīng)考慮的因素包括：滿足機(jī)組按電網(wǎng)要求隨時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行的需要；設(shè)有廢液處理設(shè)施的，廢液排放應(yīng)符合GB 8978—1996《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定；凍結(jié)因素；大氣條件，如海濱電廠的鹽霧環(huán)境等；不會(huì)對(duì)檢修工作和檢修人員的安全帶來不利影響等。

為防止設(shè)備停用期間可能受到的腐蝕損壞，一般考慮采用以下幾種思路。

(1) 空氣隔離。防止空氣進(jìn)入停用的管道內(nèi)。

(2) 保持表面干燥。鍋爐表面保持充分干燥。

(3) 藥劑防腐。向管道內(nèi)加入鈍化劑、除氧劑或緩蝕劑，以減緩金屬腐蝕。

該熱電廠地處海邊，空氣濕度在90 %以上，水分鹽度較高，處于長(zhǎng)期停運(yùn)狀態(tài)時(shí)考慮用氨水堿化烘干法和充氮密封法對(duì)熱力設(shè)備進(jìn)行防腐保養(yǎng)。

1.1 氨水堿化烘干法

1.1.1 方法原理

機(jī)組為無銅機(jī)組，采用氨水堿化烘干法防止鐵的腐蝕。根據(jù)Fe-H2O 體系電位，隨著溶液電位的升高，高價(jià)離子以高價(jià)氧化物形式存在顯得更加穩(wěn)定。當(dāng)pH 值逐漸上升時(shí)，能夠穩(wěn)定存在的物質(zhì)類型也從金屬的簡(jiǎn)單陽(yáng)離子轉(zhuǎn)變?yōu)榉请x子態(tài)化合物；當(dāng)pH 值接近10 時(shí)，溶液電位在-600～-300 mV，鐵離子(含F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+,下同)在堿性溶液中形成一種致密的磁性氧化物Fe3O4附著在管壁上形成鐵的保護(hù)膜，這種保護(hù)膜能夠?qū)ζ艿赖墓鼙谛纬闪己玫谋Ｗo(hù)。但當(dāng)鍋爐內(nèi)金屬表面附有水垢或者水渣時(shí)，在其表面就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，使保護(hù)膜受到破壞。保護(hù)膜受到破壞的一個(gè)主要原因就是爐水的pH 值不合格，當(dāng)pH 值小于8 或者大于13 時(shí)，腐蝕會(huì)加快，故爐水pH 值一般為9～11。

停機(jī)前，提高pH 值至達(dá)到要求；停機(jī)后，在鍋爐壓力為0.6～1.6 MPa 時(shí)，打開鍋爐受熱面所有疏放水門和空氣門，熱爐放水，利用余熱烘干鍋爐所有受熱面。

1.1.2 方案實(shí)施

停爐時(shí)，提前4 h 停加磷酸鹽或NaOH，加大除鹽水泵出口、給水泵入口氨的加入量，以盡快使給水的pH 值提高至9.6～10.5，如果停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，則要求更高的pH 值，控制在10.0～10.5。

當(dāng)汽包壓力降至0.6～0.8 MPa，對(duì)流過熱器后煙溫小于400 ℃，汽包壁溫度小于180 ℃，且汽包上下壁溫差小于40 ℃，爐內(nèi)無紅焦時(shí)，按順序開啟過熱器和省煤器疏水閥，開啟4 個(gè)下降管放水閥及爐底分集箱放水一、二次閥進(jìn)行放水，嚴(yán)格控制汽包上下壁溫差不超限。當(dāng)汽包壓力降至0.15 ～0.2 MPa 時(shí)，開啟鍋爐放氣門，鍋爐放水過程中應(yīng)關(guān)閉各人孔門和檢查門，關(guān)閉引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)各風(fēng)門擋板，使鍋爐緩慢冷卻，利用鍋爐余熱將余汽烘干直至鍋內(nèi)空氣濕度達(dá)到60 %以下。

1.2 充氮密封法

1.2.1 方法原理

充氮密封法是水汽系統(tǒng)可靠的熱力設(shè)備防腐保護(hù)方法，適用于長(zhǎng)期停爐備用保養(yǎng)。充氮保養(yǎng)是通過充入N2將O2從受熱面中清除出去，使空氣與金屬表面隔絕，從而達(dá)到防止機(jī)組汽水系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備、管道受腐蝕的目的，確保設(shè)備安全停備。

1.2.2 方案實(shí)施

鍋爐熄火后，關(guān)閉鍋爐各處疏放門、空氣門和取樣門；熱爐放水，余熱烘干；從充氮門充入N2，保證系統(tǒng)壓力不低于0.03 MPa，O2的體積含量不高于2 %。在N2壓力保持0.03 ～0.05 MPa 的條件下，微開水冷壁放水閥和省煤器入口放水閥，利用氮壓放盡爐水和省煤器內(nèi)余水，放空后關(guān)閉上述閥門。每周在飽和蒸汽取樣管上取樣，如果O2的體積含量高于2 %，則進(jìn)一步充氮、置換。

充氮密封法對(duì)于延長(zhǎng)鍋爐、汽機(jī)、熱網(wǎng)管道等機(jī)組設(shè)備的使用壽命具有重要作用。但是，頻繁購(gòu)進(jìn)、更換N2瓶，人力和物力消耗較大，而且爐膛的嚴(yán)密性不足可能導(dǎo)致充氮損失更大。經(jīng)調(diào)研論證，采取購(gòu)進(jìn)制氮機(jī)進(jìn)行充氮保養(yǎng)的方法有效解決了這一問題，極大降低了保養(yǎng)成本，并提高了充氮保養(yǎng)措施的安全性和可靠性。

2 保養(yǎng)效果評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2019—2020 年，該廠先后3 次采用氨水堿化烘干法和充氮密封法對(duì)3 臺(tái)鍋爐做了防腐保養(yǎng)。防腐效果的評(píng)價(jià)主要參考機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的水汽質(zhì)量，保護(hù)效果良好的機(jī)組在啟動(dòng)過程中，沖洗時(shí)間短，水汽質(zhì)量符合集團(tuán)公司關(guān)于燃煤機(jī)組的化學(xué)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)。該廠結(jié)合其鍋爐過熱蒸汽壓力和汽包壓力等級(jí)，要求鍋爐啟動(dòng)時(shí)給水和爐水中的鐵離子含量應(yīng)分別不超過100 μg/L, 200 μg/L，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)主要參考指標(biāo)見表1。

表1 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.2 階段評(píng)價(jià)

2.2.1 冷態(tài)沖洗階段

鍋爐點(diǎn)火前必須進(jìn)行低壓給水系統(tǒng)沖洗，以及鍋爐上水與高壓給水系統(tǒng)冷態(tài)沖洗，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)合格后方可點(diǎn)火。冷態(tài)沖洗階段水汽質(zhì)量主要參考的是除氧器和鍋爐內(nèi)部沖洗后的鐵離子含量，3 次保養(yǎng)效果對(duì)比情況見表2。

表2 冷態(tài)沖洗階段除氧器及鍋爐沖洗效果

2019 年2 月，3 除氧器為隔離狀態(tài)，未參與保養(yǎng)效果評(píng)價(jià)。第3 次保養(yǎng)時(shí)，沖洗次數(shù)明顯減少，基本沖洗一次后水質(zhì)即可達(dá)標(biāo)，大大節(jié)約了用水和能耗，鍋爐的充氮保養(yǎng)效果明顯。

2.2.2 熱態(tài)沖洗階段

鍋爐點(diǎn)火后，投連排，加強(qiáng)定排，進(jìn)行熱態(tài)沖洗，并根據(jù)氨水堿化烘干法的要求，控制給水的pH 值至9.6～10.5，重點(diǎn)對(duì)比3 次保養(yǎng)過程中各臺(tái)鍋爐給水、爐水沖洗時(shí)間及鐵離子含量。該階段除氧器及鍋爐沖洗效果見表3。

表3 熱態(tài)沖洗階段除氧器及鍋爐沖洗效果

3 次保養(yǎng)過程中，鍋爐點(diǎn)火后均需進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的排污，排污初期，給水較渾濁，爐水也明顯渾濁，大量排污0.5 h 左右給水變澄清，2 ～3 h 后爐水顏色變淺，4～5 h 后沖洗結(jié)束。

(1) 2019 年2 月保養(yǎng)停爐前，3 臺(tái)爐爐水鐵離子含量均未達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 2019 年8 月保養(yǎng)停爐前，2，3 號(hào)爐爐水鐵離子含量均控制在200 μg/L 以內(nèi)，達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)；1 號(hào)爐爐水鐵離子含量達(dá)到230 μg/L，略超控制標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 2020 年7 月保養(yǎng)停爐前，3 臺(tái)爐水鐵離子含量均已合格。2，3 號(hào)爐停爐停機(jī)，1 號(hào)爐帶汽機(jī)沖轉(zhuǎn)，點(diǎn)火10 h 后，1 號(hào)爐蒸汽品質(zhì)仍然合格，其飽和蒸汽與過熱蒸汽主要指標(biāo)見表4。

表4 1 號(hào)爐飽和蒸汽與過熱蒸汽品質(zhì)

結(jié)合表1 和4 數(shù)據(jù)可知，1 號(hào)爐飽和蒸汽與過熱蒸汽的氫電導(dǎo)率、SiO2、鐵離子、Na+等指標(biāo)均在合格范圍內(nèi)。

2.3 效果評(píng)價(jià)

結(jié)合3 次點(diǎn)火保養(yǎng)中3 臺(tái)鍋爐的沖洗情況及水質(zhì)數(shù)據(jù)可知，3 臺(tái)鍋爐在停爐期間不可避免地存在腐蝕現(xiàn)象，鍋爐點(diǎn)火后需長(zhǎng)時(shí)間大量排污才能使水質(zhì)好轉(zhuǎn)；第2 次保養(yǎng)效果較第一次有較大提升，第三次保養(yǎng)雖然時(shí)間間隔較長(zhǎng)，但保養(yǎng)效果也值得肯定。由此可見，停爐期間采用氨水堿化烘干法結(jié)合充氮法保養(yǎng)，進(jìn)一步減緩了設(shè)備的銹蝕進(jìn)程。

在節(jié)能層面，氨水堿化烘干法總體保養(yǎng)成本較低，結(jié)合充氮保養(yǎng)，在保證設(shè)備充氮合格的前提下可減少機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)保養(yǎng)次數(shù)，從而可節(jié)約大量燃料成本，降低人力投入。

在環(huán)保層面，氨水堿化烘干法保養(yǎng)結(jié)束后，保養(yǎng)廢水需排至指定的廢水池中，加鹽酸調(diào)節(jié)pH 值至6.0～9.0 后排入外接管網(wǎng)，由廢水處理公司進(jìn)行后續(xù)處置；充氮法保養(yǎng)無腐蝕性，保養(yǎng)過程中無污染物排放，安全環(huán)保。

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合該廠的保養(yǎng)實(shí)踐可知，有效結(jié)合氨水堿化烘干法和充氮法開展停運(yùn)機(jī)組的保養(yǎng)是完全可行的，能極大避免設(shè)備在長(zhǎng)期停運(yùn)期間發(fā)生腐蝕、結(jié)垢或損壞，從而為機(jī)組隨時(shí)安全啟動(dòng)提供保障。