燃機(jī)水冷壁快速結(jié)垢的原因分析

王春霞 張才穩(wěn) 秦大川 高惠華 袁 浩

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

近年來(lái)，燃?xì)鈾C(jī)組憑借其效率高、環(huán)境友好、啟停靈活[1-2]的優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展，但大部分電廠因配置的水冷壁管為鰭片等結(jié)構(gòu)導(dǎo)致割管、補(bǔ)管困難，基本極少開(kāi)展水冷壁的結(jié)垢和腐蝕情況檢查，因此燃?xì)鈾C(jī)組因水冷壁結(jié)垢嚴(yán)重而發(fā)生水冷壁過(guò)熱、垢下腐蝕甚至大面積爆管的事例越來(lái)越多[3-4]。鑒于此，加強(qiáng)對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組水冷壁結(jié)垢的原因分析并提出預(yù)防措施，對(duì)保障電廠的穩(wěn)定運(yùn)行[5-6]具有重要意義。

某電廠采用MHDB-M701F4-Q1型亞臨界余熱鍋爐，于2020年12月投入試運(yùn)行，2021年3月正式投產(chǎn)，在2021年10月割管檢查中發(fā)現(xiàn)水冷壁嚴(yán)重結(jié)垢，結(jié)垢速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常水平。為保障后續(xù)機(jī)組安全運(yùn)行，防止水冷壁垢下腐蝕導(dǎo)致爆管[7-8]，對(duì)水冷壁管垢樣成分進(jìn)行了元素分析、成分分析、垢層厚度檢測(cè)，對(duì)水汽質(zhì)量進(jìn)行了分析，對(duì)給水系統(tǒng)進(jìn)行了全面排查，分析結(jié)垢異常的原因[9-10]，并提出了有效的建議。

1 垢量檢測(cè)

機(jī)組水冷壁割管后垢量檢測(cè)情況如表1所示，從表中可以看出，水冷壁的背火側(cè)結(jié)垢量和結(jié)垢速率明顯比向火側(cè)大，向火側(cè)結(jié)垢速率196.30 g/（m2·a），背火側(cè)結(jié)垢速率592.18 g/（m2·a），向火側(cè)和背火側(cè)的結(jié)垢速率按《火力發(fā)電廠機(jī)組大修化學(xué)檢查導(dǎo)則》（DL/T 1115—2019）均已達(dá)到了三類(lèi)，背火側(cè)結(jié)垢量為532.96 g/m2，結(jié)垢量已達(dá)《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T 794—2012）中汽包鍋爐的化學(xué)清洗標(biāo)準(zhǔn)。

表1 水冷壁割管結(jié)垢和腐蝕檢查情況

水冷壁割管管樣酸洗前后圖片如圖1所示，從圖中可以看到，水冷壁管樣背火側(cè)酸洗前管樣內(nèi)表面有一層深褐色均勻致密氧化層，且從側(cè)面明顯能看到表面垢層有一定厚度，背火側(cè)在清洗過(guò)程中，由黑褐色變?yōu)樯钿P紅色后變?yōu)楹谏?，繼續(xù)清洗后露出金屬本體色，表面粗糙，垢下有少量腐蝕坑分布，深度在0.3～1 mm。水冷壁管樣向火側(cè)酸洗前內(nèi)部有不均勻分布的銹斑，試片兩側(cè)有少量白色沉積物，酸洗后露出金屬本色，垢下局部有點(diǎn)蝕坑，數(shù)量較背火側(cè)多，深度在0.3～1 mm。根據(jù)《火力發(fā)電廠機(jī)組大修化學(xué)檢查導(dǎo)則》（DL/T 1115—2009）達(dá)到了熱力設(shè)備腐蝕二類(lèi)。該機(jī)組的給水處理采用的是AVT（O），主要是為了減少水冷壁的結(jié)垢量，減輕腐蝕。此機(jī)組投運(yùn)時(shí)間不到一年，結(jié)垢腐蝕如此之快，實(shí)屬異常。

2 分析與討論

2.1 垢樣元素分析及其物相分析

2021年10月，采用掃描電鏡對(duì)水冷壁垢樣成分進(jìn)行元素分析，分析結(jié)果如圖2及表2所示；采用XRF對(duì)水冷壁成分進(jìn)行物相分析，分析結(jié)果如圖3及表3所示。

表3 樣品主要物相組成及含量

從表2中可以看出，水冷壁主要成分包括O、Mg、Si、P、Ca、Fe，與正常運(yùn)行時(shí)水冷壁垢樣主要成分為鐵的氧化物情況并不相同，說(shuō)明機(jī)組確實(shí)存在運(yùn)行異常的情況，需要進(jìn)一步排查。

表2 垢樣元素分析結(jié)果

從垢樣物相組成成分來(lái)看，主要含有32.2%的鎂鐵氧化物、11.2%的三氧化二鐵、18.7%的羥基磷酸鈣及37.9%的硅鎂氧復(fù)合物，物相分析結(jié)果與元素分析結(jié)果吻合，表明水冷壁上的垢除了正常運(yùn)行產(chǎn)生外，還有額外帶入水汽的情況，鎂、硅、鈣極可能是循環(huán)水中的成分在水冷壁高溫及爐水加磷酸鹽的高溫堿性環(huán)境下形成了鎂鐵氧化物、硅鎂氧復(fù)合物及羥基磷酸鈣，進(jìn)一步懷疑可能有循環(huán)水漏入水汽系統(tǒng)。

2.2 水汽質(zhì)量分析

2020年12月機(jī)組投運(yùn)后采用的是給水加氨、爐水加磷酸鹽的處理方式，目的是減少水冷壁、汽包等水汽系統(tǒng)的結(jié)垢量，但上述垢量分析和物相分析顯示水冷壁在不到一年的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了大量的難溶垢成分，并已達(dá)到酸洗標(biāo)準(zhǔn)，另外，垢樣成分并非常規(guī)的鐵的氧化物，懷疑給水品質(zhì)惡化[11]。

查閱水汽運(yùn)行監(jiān)督報(bào)表，發(fā)現(xiàn)自投運(yùn)以來(lái)至2021年7月，水汽各項(xiàng)指標(biāo)合格率高于99%，給水的pH值控制在9.5～9.8，給水溶解氧小于20 μg/L，無(wú)精處理裝置，凝結(jié)水出口水質(zhì)合格。2021年7月14日起，凝結(jié)水、給水、爐水中的二氧化硅突然上升，尤其是高壓給水的硅含量從9.5 μg/L升至303.7 μg/L，高壓汽包的爐水硅由7月初的164.4 μg/L升至841.4 μg/L，凝結(jié)水泵出口二氧化硅含量由3.4 μg/L升至166.1 μg/L，如表4所示。

表4 部分水汽指標(biāo)

凝結(jié)水泵、給水、爐水硅在短時(shí)間內(nèi)快速上升，考慮為凝汽器發(fā)生了泄漏，但凝結(jié)水氫電導(dǎo)和硬度在8月12日之前并沒(méi)有凝汽器泄漏的明顯特點(diǎn)，后經(jīng)核實(shí)發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)水出口在線氫電導(dǎo)表由于未及時(shí)更換離子交換樹(shù)脂，前期顯示氫電導(dǎo)并不準(zhǔn)確，凝結(jié)水硬度由于檢測(cè)人員選用的檢測(cè)方法有誤，導(dǎo)致實(shí)際數(shù)據(jù)是前期顯示數(shù)據(jù)的1 000倍，實(shí)際在2021年7月凝結(jié)水硬度已達(dá)到5 μmol/L，結(jié)合水冷壁結(jié)垢量及垢樣成分組成分析，可以判定凝汽器存在大的漏點(diǎn)。

3 凝汽器檢查

停機(jī)對(duì)凝汽器進(jìn)行抽管檢查，發(fā)現(xiàn)凝汽器汽側(cè)有一塊不銹鋼塊未焊接牢固，在機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)的過(guò)程中，鋼塊松動(dòng)掉落在臨近的凝汽器管上，經(jīng)過(guò)初期的砸傷和后期的擠壓，三根凝汽器管破損，出現(xiàn)三個(gè)大的泄漏點(diǎn)，如圖4所示。由此可知，該廠水汽品質(zhì)異常主要是因凝汽器管泄漏，循環(huán)水漏入系統(tǒng)導(dǎo)致。按照凝結(jié)水硬度值的變化情況可知，7月初已經(jīng)開(kāi)始泄漏，8月上旬時(shí)發(fā)展為大漏點(diǎn)。停機(jī)后凝汽器汽側(cè)底部有明顯的泥沙堆積，汽側(cè)支柱及底部有明顯的浮銹。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

（1）該廠水汽指標(biāo)異常主要是因?yàn)槟餍孤?，循環(huán)水漏入凝結(jié)水導(dǎo)致凝結(jié)水、給水、爐水全面超標(biāo)。

（2）水冷壁結(jié)垢異常主要是因?yàn)殄仩t水中漏入了循環(huán)水，導(dǎo)致鈣、鎂、鐵、硅等含量增加，在水冷壁高溫堿性的環(huán)境中沉積成了難溶物，且垢量達(dá)到鍋爐酸洗要求。

（3）從水汽數(shù)據(jù)來(lái)看，凝汽器泄漏從7月中旬已經(jīng)開(kāi)始，由于電廠硬度、氫電導(dǎo)檢測(cè)不準(zhǔn)確，未及時(shí)判斷出凝汽器大漏點(diǎn)的存在，導(dǎo)致水冷壁垢量快速增長(zhǎng)。

（4）從水冷壁沉積物物相分析成分來(lái)看，磷酸鹽參與了水冷壁上水垢濃縮結(jié)晶析出的反應(yīng)。

（5）從水冷壁垢下腐蝕情況來(lái)看，水冷壁存在輕微的垢下堿性腐蝕。

4.2 建議

（1）對(duì)泄漏的凝汽器管進(jìn)行堵漏處理，對(duì)凝汽器汽側(cè)進(jìn)行清理，防止再次啟機(jī)后凝結(jié)水受到汽側(cè)殘留污染源的影響。

（2）對(duì)水冷壁進(jìn)行化學(xué)清洗，并對(duì)化學(xué)清洗后的水冷壁管進(jìn)行腐蝕情況的檢查及驗(yàn)收。

（3）后續(xù)運(yùn)行中應(yīng)至少保證凝泵出口氫電導(dǎo)的準(zhǔn)確性，結(jié)合鈉離子、硬度及其他相關(guān)指標(biāo)，第一時(shí)間判斷凝汽器是否存在泄漏并及時(shí)處理。

（4）如果凝汽器堵漏后，在加藥量充足的情況下，高壓汽包高負(fù)荷磷酸根低、pH值高、爐水硅居高不下，不排除在前面的運(yùn)行中發(fā)生了磷酸鹽隱藏，酸洗水冷壁時(shí)也應(yīng)對(duì)高壓汽包進(jìn)行酸洗，后續(xù)以低磷酸鹽方式運(yùn)行。