干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)在火電機組汽水系統(tǒng)全保護中的應(yīng)用

張 兆，黨志軍，文慧峰，連 衛(wèi)

(1.西安益通熱工技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054)

火力發(fā)電機組長期停(備)用，如果不采取有效防銹蝕保護措施，系統(tǒng)中殘留水分和外界空氣進入，會使整個熱力系統(tǒng)金屬內(nèi)表面遭到氧腐蝕，即發(fā)生停用腐蝕[1-7]，其腐蝕速率一般遠大于運行期間的腐蝕速率，從而造成機組熱力設(shè)備的腐蝕損壞，影響機組安全，造成重大經(jīng)濟損失。干風(fēng)保養(yǎng)是一種有效防止停用腐蝕的技術(shù)，適用于長期停(備)用機組熱力設(shè)備的保養(yǎng)[8]，其成本低、操作簡單、維護方便、環(huán)保、能耗低、安全可靠。當前，與干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用案例主要集中于單體熱力設(shè)備、結(jié)構(gòu)較為簡單系統(tǒng)的腐蝕防護，運行方式主要采用開式運行和閉式運行[9-18]。結(jié)合火電機組汽水系統(tǒng)的特點，對火電機組整個汽水系統(tǒng)全保護采用干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)進行了論述。

1 干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)原理

根據(jù)DL/T 956—2017《火力發(fā)電廠停(備)用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》，對于火電機組汽水系統(tǒng)普遍采用的碳鋼材料來說，“當空氣濕度高于臨界值60%時，碳鋼的腐蝕速率急劇增加，高的相對濕度下(60%～100%)碳鋼的腐蝕速度是低相對濕度(30%～55%)的100～1000倍”，碳鋼腐蝕速率與相對濕度變化關(guān)系如圖1所示。空氣中相對濕度是影響材質(zhì)腐蝕的主要因素之一，在機組停(備)用期間維持熱力設(shè)備內(nèi)相對濕度小于臨界值，就能有效保護熱力設(shè)備，即保證熱力設(shè)備內(nèi)相對濕度處于免受腐蝕的干燥狀態(tài)[19-20]。

圖1 碳鋼腐蝕速率與空氣相對濕度的關(guān)系

干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)通過設(shè)計一整套保養(yǎng)系統(tǒng)、采用特定的運行方式，將常溫空氣通過專門的除濕設(shè)備除濕，產(chǎn)生常溫干燥空氣(干風(fēng))，再將干風(fēng)通入熱力設(shè)備，除去熱力設(shè)備中的殘留水分，使熱力設(shè)備表面達到干燥而得到保護。

2 干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)在火電機組汽水系統(tǒng)全保護中的應(yīng)用分析

火電機組汽水系統(tǒng)主要包括低壓給水系統(tǒng)、高壓給水系統(tǒng)、鍋爐、汽輪機及其相關(guān)的輔助系統(tǒng)等，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備多、支路多、容積大、循環(huán)阻力大、停運后整體嚴密性差、系統(tǒng)殘留水多、不易排凈、系統(tǒng)盲端多等特點。

對比其他腐蝕防護保養(yǎng)技術(shù)，火力發(fā)電機組汽水系統(tǒng)保護采用干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)勢在于可有效去除系統(tǒng)內(nèi)殘留水分，尤其是通過擴散和攜帶去除系統(tǒng)盲端的殘留水分，使整個汽水系統(tǒng)處于免受腐蝕的干燥狀態(tài)，同時，對環(huán)境無污染。結(jié)合火電機組汽水系統(tǒng)的特點分析，干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)在火電機組汽水系統(tǒng)中的應(yīng)用存在以下限制因素：①干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)采用全閉式循環(huán)運行方式不適用于汽水系統(tǒng)全保護，若長期采用開式運行，經(jīng)濟成本、能耗相對較高；②對除濕設(shè)備干風(fēng)出口風(fēng)壓要求更高；③汽水系統(tǒng)自身嚴密性差的特性會導(dǎo)致干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)在閉式運行時末級熱力設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)負壓現(xiàn)象，使外部空氣漏入熱力設(shè)備，影響保養(yǎng)效果；④系統(tǒng)管道元件，尤其是止回閥，對干風(fēng)回路有隔斷作用，影響干風(fēng)的正常流通。

為了將干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用于汽水系統(tǒng)全保護，而不僅局限于單體熱力設(shè)備或結(jié)構(gòu)較為簡單的系統(tǒng)，考慮經(jīng)濟性、運行便利性、能耗等因素，采取如下應(yīng)對措施：①汽水系統(tǒng)全保護選用風(fēng)量大、風(fēng)壓高的除濕設(shè)備為汽水系統(tǒng)提供干風(fēng)及循環(huán)動力；②干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計為半開式循環(huán)方式；③根據(jù)火電機組汽水系統(tǒng)熱力設(shè)備的現(xiàn)場布置情況設(shè)計合適的系統(tǒng)接口，將火電機組汽水系統(tǒng)設(shè)計為多個回路，以循環(huán)回路為主，直排回路為輔；④編制汽水系統(tǒng)閥門狀態(tài)清單，確保被保養(yǎng)回路暢通；⑤在每個回路設(shè)置多個相對濕度監(jiān)測點；⑥優(yōu)化干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)運行方式。

綜上所述，根據(jù)干風(fēng)保養(yǎng)的技術(shù)特點，結(jié)合機組汽水系統(tǒng)實際情況，通過優(yōu)化設(shè)計、采用合理的運行方式，干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)在火電機組汽水系統(tǒng)全保護中應(yīng)用是可行的，既能滿足保養(yǎng)效果，又能保證經(jīng)濟性。

3 干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用實例

3.1 機組概況

某電廠機組為2×600 MW超臨界燃煤機組，鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造DG2141/25.4-II7型國產(chǎn)超臨界變壓本生直流鍋爐，鍋爐型式為一次再熱、單爐膛、前后墻對沖燃燒、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、固態(tài)排渣、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、露天布置、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型爐。汽輪機由東方汽輪機有限公司制造C660/630-24.2/1.0/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、抽汽凝汽式汽輪機。當?shù)囟嗄昶骄鄬穸葹?2%，由于機組需長期停用，停用周期預(yù)計2年，停用周期內(nèi)為防止停用腐蝕損壞設(shè)備，影響機組啟動安全，需對其汽水系統(tǒng)采用干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)實施全保護。

3.2 保養(yǎng)范圍

機組汽水系統(tǒng)全保護范圍主要包括凝結(jié)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、除氧器、省煤器、水冷壁、啟動分離系統(tǒng)、過熱器、再熱器、汽輪機、小機、軸封系統(tǒng)、漏氣系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)、一、二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)、相變換熱器凝結(jié)水側(cè)系統(tǒng)、等離子暖風(fēng)器系統(tǒng)及其連接管路等。

3.3 干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)

a.每臺機組汽水系統(tǒng)全保護，設(shè)計2臺除濕設(shè)備，分別形成回路。

b.1號除濕設(shè)備保護范圍：給水系統(tǒng)、除氧器、省煤器、水冷壁、啟動分離系統(tǒng)、過熱器、高壓缸、高加汽側(cè)、除氧器。系統(tǒng)簡圖如圖2所示。

圖2 1號除濕設(shè)備系統(tǒng)簡圖

圖3 2號除濕設(shè)備系統(tǒng)簡圖

c.2號除濕設(shè)備保護范圍：凝結(jié)水系統(tǒng)、再熱器、中低壓缸、小機供汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、漏氣系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)、一、二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)、相變換熱器凝結(jié)水側(cè)系統(tǒng)、等離子暖風(fēng)器系統(tǒng)及其連接管路。系統(tǒng)簡圖如圖3所示。

d.除濕設(shè)備運行過程中自動監(jiān)測回風(fēng)的相對濕度，當回風(fēng)相對濕度大于設(shè)定值45%時，自動啟動除濕功能。

e.正常運行后，在干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)循環(huán)回路末端即除氧器和凝汽器熱井內(nèi)部安裝金屬腐蝕指示片。

f.運行方式：開式運行與半開半閉式運行相結(jié)合。

g.機組汽水系統(tǒng)主要熱力設(shè)備排空氣口、疏水口等位置設(shè)置多個相對濕度監(jiān)測點。

3.4 保養(yǎng)效果

干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)投運后，爐側(cè)部分監(jiān)測點相對濕度隨時間的變化如圖4所示，機側(cè)部分監(jiān)測點相對濕度隨時間變化如圖5所示；干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)投運6個月后，檢查干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)末端熱力設(shè)備內(nèi)懸掛的腐蝕指示片的表面狀態(tài)如圖6、圖7所示，熱力設(shè)備內(nèi)表面狀態(tài)如圖8至圖10所示。

由圖4、圖5可見，干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)投運后，汽水系統(tǒng)內(nèi)相對濕度呈明顯下降趨勢，爐側(cè)運行10天左右其相對濕度低于60%，機側(cè)運行20天左右其相對濕度低于60%，機側(cè)系統(tǒng)相對濕度達到保養(yǎng)要求的時間明顯長于爐側(cè)，這是因為機側(cè)系統(tǒng)較爐側(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜更容易有殘留水分。

圖4 爐側(cè)的部分監(jiān)測點相對濕度隨時間的變化

圖5 機側(cè)的部分監(jiān)測點相對濕度隨時間的變化

(a)保養(yǎng)前

(b)保養(yǎng)6個月后圖6 凝汽器熱井腐蝕指示片表面狀態(tài)

(a)保養(yǎng)前

(b)保養(yǎng)6個月后圖7 除氧器腐蝕指示片表面狀態(tài)

由圖6、圖7可見，干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)運行6個月后，干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)回路末端設(shè)備凝汽器熱井和除氧器內(nèi)懸掛的腐蝕指示片依舊光亮如新，無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，保養(yǎng)效果明顯。

(a)保養(yǎng)前

(b)保養(yǎng)6個月后圖8 凝汽器熱井內(nèi)表面狀態(tài)

(a)保養(yǎng)前

(b)保養(yǎng)6個月后圖9 除氧器內(nèi)表面狀態(tài)

(a)保養(yǎng)前

(b)保養(yǎng)6個月后圖10 汽輪機葉片表面狀態(tài)

由圖8至圖10可見，干風(fēng)保養(yǎng)系統(tǒng)運行6個月后，設(shè)備內(nèi)表面無明顯腐蝕加劇現(xiàn)象，停用腐蝕得到有效抑制，除氧器、凝汽器熱井底部積水已完全去除。

保養(yǎng)結(jié)束后，機組啟動運行正常，汽水系統(tǒng)指標很快達標，滿足DL/T 956—2017《火力發(fā)電廠停(備)用熱力設(shè)備防銹蝕導(dǎo)則》要求，實現(xiàn)了長期保養(yǎng)目標。

4 結(jié)語

干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)結(jié)合火電機組汽水系統(tǒng)的特點，經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和采用開式與半開半閉式結(jié)合運行的方式，有效解決了火電機組汽水系統(tǒng)全保護應(yīng)用中的技術(shù)難題。通過干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)在某電廠600 MW超臨界機組汽水系統(tǒng)全保護中的首次成功應(yīng)用，進一步說明了干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)在長期停(備)用火電機組汽水系統(tǒng)全保護中應(yīng)用可行且保養(yǎng)效果明顯，實現(xiàn)了預(yù)期目標，有效降低了經(jīng)濟成本，且對環(huán)境無污染。火電機組汽水系統(tǒng)全保護干風(fēng)保養(yǎng)技術(shù)的成功應(yīng)用可為其他相似復(fù)雜系統(tǒng)的全保護提供了參考和借鑒方案。