高溫高壓鍋爐及熱力系統化學清洗研究

上海電力建設啟動調整試驗所有限公司 王婷婷

鍋爐在制造加工環節過程中，難以避免會產生帶硅氧化皮，且出廠時，為延長鍋爐使用壽命，通常會選擇在閥門等設備刷涂防腐油劑，此類物質長時間暴露在空氣中，會導致鍋爐金屬表面產生腐蝕性物質。若雜物未及時清除，容易引發安全危害。為此，需要利用化學方法以及化學藥劑清洗相關設備，去除材料表面污垢。本文研究此項課題，具有十分重要的意義。

1 高溫高壓鍋爐及熱力系統的化學清洗分析

1.1 清洗步驟與方案審查

在實施化學清洗前，需要制定合理、科學的化學清洗方案，并對方案內容進行嚴格審查，依照相關標準規定，將化學清洗步驟確定為：用水沖洗熱力系統。實施堿洗脫脂，即采用堿洗劑以及堿性溶液，通過皂化、乳化等作用，使金屬表面的植物油、動物脂肪產生皂化反應，形成水溶性肥皂，從而被有效去除；二次水洗。酸洗、三次水洗+漂洗、中和鈍化。同時，還要確保化學處理裝置在應用前具備一定的制水條件，且保證清洗水合格。

此外，在實施高溫高壓鍋爐及熱力系統的化學清洗前，還要明確相關原則與規范，要求企業第一時間提交酸洗方案，直至審批通過后才可執行。要求清洗方案內需要將設備垢量、污染物成分以及清洗劑用量等內容涵蓋在內，準確標明清洗方式、清洗時間、清洗劑類型，并對各類添加劑提出切實可行的安全措施，制定完善的廢液處理方法。

1.2 清洗范圍與結構特點

以蒸汽壓力在10MPa左右的汽包爐為例，在運行過程中，該鍋爐通常會被安排開展堿煮作業，在作業過程中，為有效提高效果，可能會導致鍋爐超負荷運轉，長此以往會造成鍋爐出現了嚴重的腐蝕問題，影響鍋爐后續的運行狀態，因此需要聯系主管部門，對鍋爐的運行狀態進行詳細分析，并采取相應的優化措施，對鍋爐內部和外部進行定期的化學清洗，直到鍋爐能夠恢復到原有的運行狀態。至于直流鍋爐或蒸汽壓力超過10MPa以上的水冷壁則可直接開展化學清洗，并在清洗過程中預先做好氧化鐵沉積的防治措施，避免蛇形管產生氣塞問題。

同時還要注意，雖然不同類型、不同容量的鍋爐，其結構特點存在較大差異性，難以準確掌握，但對于鍋爐水壓試驗狀況以及正常狀態下的省煤器、水容積等數據信息則要及時掌握與了解。

1.3 準備工作

準備工作的主要內容包括：安裝化學清洗系統，利用水壓試驗，測試設備是否能夠穩定運行，水壓控制在0.8MPa；要求儲供水符合清洗用水量需要，保持排放系統順暢，在排放過程中，實現灰渣泵的同步啟動；在安裝受熱面的化學清洗臨時系統后，同樣要實施水壓試驗，至于不參與化學清洗的裝置，以及熱力系統則要需化學清洗液保持隔離。且水位計、加藥系統也要與清洗液保持一段距離；通過將汽包安全門作為清洗排氫門，做好尾部煙道出口的封閉管理，使鍋爐清洗液溫度維持在安全標準以內；清洗系統在焊接時需要充分遵循高壓管道的焊接原則，并在焊口打坡口，保證閥門盤根嚴密。

1.4 清洗過程監督

清洗過程的監督內容主要包括：鍋爐熱力系統在安裝完成后，需要經過水壓試驗，直至試驗通過后才可投入使用；在化學清洗過程中需要將管段作為監督重點，并制定好相應腐蝕措施，氫氟酸的含量則要控制在1～1.5%，有機酸濃度需低于10%；為提高清洗效果，需要根據化學清洗方法以及鍋爐機組特征科學選用酸洗緩蝕劑，該試劑不僅可保證被清洗的材料不會出現選擇性腐蝕，也能將均勻腐蝕速度降到最低。

根據實際調查顯示，緩蝕劑的緩蝕率超過98%，且無毒，不會吸附在金屬表面；在酸洗過程中，需要實時調控酸洗液流速，要求其在管中流速在0.2～0.5m/s。通常來說，無機酸清洗溫度應控制在45～95℃，而EDTA氨鹽高溫清洗溫度在120～140℃；鈍化是指金屬經強氧化劑或化學方法氧化處理，使表面轉為不活潑狀態的過程，屬于化學清洗的重點環節，標志著化學清洗完成。此時金屬表面形成自然氧化膜，為避免空氣與金屬表面接觸產生二次附銹，需要采用氮氣或除鹽水頂排[1]。

1.5 質量評定

清洗工作完畢后，監理單位的工作人員，以及項目工程主管部門也要充分配合，從整體出發，對鍋爐的清洗情況進行詳細的分析，并對清洗結果進行檢驗、復核，進行綜合判定，判斷鍋爐是否能夠恢復到原有的運行狀態下，判斷直流鍋爐的啟動分離器能否正常運行。具體要求表現為：被清洗的機器設備清潔完畢、設備金屬表面無殘留氧化物、設備閥門正常運行、殘余污垢不能超過正常標準、腐蝕總量應小于80g/m2殘余垢量小于15g/m2為優良；運行爐的除垢率不小于90%為合格，除垢率不小于95%為優良。

2 案例分析

2.1 EDTA化學清洗原理

以往對于鍋爐與熱力系統的化學清洗大多采用鹽酸與檸檬酸的方法，但此類方法的工期相對較長，用水量較大，推廣價值相對較低。若想確保鍋爐機組汽水品質得到切實提升，維持機電設備的穩定運行，可采用EDTA化學清洗方法，該方法的優勢在于系統布置簡單，清洗效果顯著，能夠實現同一介質一步除垢與鈍化，簡化了清洗工序，減少能耗與水耗，充分發揮EDTA試劑的絡合作用，溶解金屬表面的四氧化三鐵、氧化鐵、鎂以及銅化合物等沉積物。因此，該方法相較于傳統的檸檬酸、氫氟酸來說，可以有效實現除垢鈍化的同步進行[2]。

2.2 EDTA清洗應用路徑

本文將以某地方電廠作為研究對象，該電廠采用的鍋爐為：1160t/h臨界壓力循環鍋爐，給水從鍋爐左側經過止回閥后進入省煤器進口集箱，流經中間連接集箱以及懸吊管，之后通過鍋筒給水管道進入鍋筒。而水冷壁則由多根直徑為60mm的鋼管組成，依照受熱狀況，可將其分為32個循環回路。為了保證鍋爐機組與熱力系統的安全運行，本次清洗對象主要包括水冷壁、省煤器以及汽包。

具體的清洗方案為：第一選擇清洗劑，采用靜態試驗、動態試驗最終將EDTA低溫清洗鈍化作為清洗工藝，具體工藝參數表現為：EDTA銨鹽5%，緩蝕劑0.4%，聯氨4500mg/L，清洗溫度80～90℃，清洗時間9h，鈍化溫度80～90℃，鈍化時間8～12h。其中，靜態試驗需要預先配制空白溶液以及清洗溶液。而動態試驗則需在酸洗平臺完成4h清洗，觀察樣管表面是否清潔，無點蝕，在鈍化后呈現灰色鈍化膜[3]。

第二需要預先采用人工清掃的方式清理凝汽器熱井，注射除鹽水完成沖洗，排空凝汽器，直至注水量達到3/4后加熱。之后加入除油劑，升溫至60℃，再將熱水充入凝汽器，重復上述操作。利用補水泵將水量補充至不銹鋼水位以上，直至淹沒鋼管150mm以上，使用凝泵使水循環均勻，檢查系統隔離狀況。啟動凝結水泵，打造自循環體系，再循環5h后除脂清洗結束。

第三及時從整體出發，向過熱器內部添加保護液和潤滑液，并檢查設備的運行狀態，懸掛腐蝕指示牌，對過熱器的運行狀態進行詳細分析，并分時段的對過熱器的運行狀態進行定時監控，明確保護液的具體范圍和酸堿度值，并保持保護液的濃度始終處于標準的范圍內，濃度維持在200mg/L。在過熱器運行階段也要及時的進行氣管清理，要將氣泡孔封死，防止保護液流出。

第四要開展點火升溫工作，要切實的根據相關的施工要求和工作規定，構建內外循環系統，并設置除氧器、省煤器、臨時管路、低加系統。至于升溫方式則選取除氧器加熱以及高壓加熱，其中除氧器加熱的操作步驟為：向除氧器上水至下限，主控與水位計校對一致，化驗除氧水箱水質，若水質不合格則要及時換水，直至水質達標。之后啟動除氧器循環泵，打開輔助蒸汽除氧器加熱調整門，以2～3℃/min的速率加熱除氧器水，打開除氧器排氧門。至于高壓加熱則是利用汽輪機的部分抽氣對給水實施加熱。在點火升溫的過程中，需要控制好系統的升溫速率，直至溫度提升至90℃，停止加熱，恒溫1～2h。

第五實施堿洗，即采用氫氧化鈉、碳酸鈉或磷酸三鈉配制高強度堿液，以此軟化、乳化、分散沉積物。在實施過程中，需要打造大循環，并設置完善的運行系統，明確溫度變化情況，設備溫度到60℃后，開始添加堿洗藥品。

第六EDTA清洗，工作人員要積極發揮循環系統的作用，從整體出發，根據規定標準明確清洗液的配比和容量，并將其準時送入鍋爐中，利用循環系統輔助加熱進行升溫處理，降低后續能源的消耗量，降低燃燒量，使溫度能夠始終處于穩定的狀態下，開展恒溫清洗[4]。在清洗時需要注意，清洗液的酸堿值會呈現小幅度增長，依照清洗化驗狀況，需要將清洗時間維持在6～10h左右，直至酸堿值穩定，EDTA濃度在1%～1.5%，在清洗結束后也要及時的保障循環性和穩定性，要采用自然循環或強制循環的方式維持設備的正常運轉。

第七鈍化，等清洗液內部鐵離子含量穩定后，也要開展后續的檢查工作，要及時進入鈍化階段，保障清洗液無明顯波動。如果清洗工作結束后，酸堿值仍然不能夠達到規定標準，不能夠滿足鈍化工作需求，也可以采取人工輔助的方式，在清洗液內部適當增加堿，調整清洗液的酸堿值，保障清洗液能夠始終處于穩定的運行狀態下，控制鈍化參數，酸堿值9～9.5，溫度115～125℃。

第八排液，在鈍化操作工作完畢后，也要及時的進行排液處理，進行化學廢水、廢氣的處理工作，并采用循環系統利用設備，開啟汽包孔門，保障設備始終處于穩定的運行狀態，并開始通風作業，切除主給水系統的聯排管道，讓鍋爐內部通風烘干，始終處于穩定清潔的運行狀態下。同時，也可采用人工清理輔助的方式對鍋爐進行有效處理，提高鍋爐清洗的整潔度和完整度，確保鍋爐內部無污染，內部干凈整潔。

2.3 清洗效果評價

在酸洗結束后，工作人員也要切實的對酸洗結果進行檢查和監督，并對結果進行復核，明確鍋爐清洗的除垢率，如果存在問題也要及時返修，切實的提高清洗的效果，讓清洗效果符合我國電廠鍋爐化學清洗的標準。但要注意，鈍化時的流速不可過低，且酸堿值不可過高，否則會產生氫氧化鐵沉淀。

由此可知，EDTA化學清洗效果優良，適用范圍較廣，且系統結構較為簡易，不會對環境產生污染，且施工工期較短，具有極高的推廣價值[5]。

3 結語

綜上所述，通過對高溫高壓鍋爐及熱力系統的化學清洗步驟與方案審查開展分析討論，闡述清洗過程的監督方法以及質量評定方式，并提出具體的應用案例，以EDTA化學清洗作為研究對象，以此提高電廠的水汽品質，保證鍋爐機組與熱力系統的安全運行，避免產生安全事故。