華能長(zhǎng)興電廠循環(huán)水阻垢劑的優(yōu)選試驗(yàn)＊

邵國(guó)華

（華能長(zhǎng)興電廠，浙江 湖州313100）

0 引言

華能長(zhǎng)興電廠原有兩臺(tái)125MW機(jī)組，循環(huán)冷卻方式采用敞開(kāi)式系統(tǒng)，配套對(duì)分雙流程表面式凝汽器，裝有316L不銹鋼換熱管.近幾年進(jìn)行幾次凝汽器換熱管檢查，發(fā)現(xiàn)換熱管內(nèi)有大量結(jié)垢的現(xiàn)象.經(jīng)酸洗、高壓水槍沖洗等物理化學(xué)手段后，較為徹底地清理了換熱管內(nèi)的結(jié)垢產(chǎn)物，但在再次投運(yùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有較多的換熱管存在泄漏現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽檢發(fā)現(xiàn)這些泄漏管子存在明顯的結(jié)垢現(xiàn)象.

為了防止和減輕上述情況的發(fā)生，華能長(zhǎng)興電廠采用了循環(huán)水中加入阻垢緩蝕劑的方法，并針對(duì)長(zhǎng)興內(nèi)河水的水質(zhì)，通過(guò)靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，研究目前市場(chǎng)上應(yīng)用較廣的緩蝕阻垢劑投加后對(duì)電廠循環(huán)水系統(tǒng)不銹鋼材質(zhì)的影響，為長(zhǎng)興電廠“以大壓小”工程項(xiàng)目的兩臺(tái)660MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的藥劑優(yōu)選提供科學(xué)依據(jù)，并為華能集團(tuán)內(nèi)其他電廠的循環(huán)水阻垢藥劑優(yōu)選工作提供借鑒.

1 運(yùn)行概況

華能長(zhǎng)興電廠的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中，重碳酸鹽的濃度隨著循環(huán)水在冷卻塔中蒸發(fā)濃縮而增加，當(dāng)其濃度達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，或者在經(jīng)過(guò)換熱器傳熱表面而使水溫升高時(shí)，會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)：

Ca（HCO3）2→CaCO3↓＋CO2↑＋H2O

冷卻水經(jīng)過(guò)冷卻塔向下噴淋時(shí)，溶解在水中的游離CO2要逸出，從而促使上述反應(yīng)向右進(jìn)行.CaCO3沉積在換熱器傳熱表面，形成致密的碳酸鈣水垢.另外，其它鹽類也會(huì)因達(dá)到其溶度積而發(fā)生沉積成垢.這些垢的導(dǎo)熱性能很差，導(dǎo)熱系數(shù)一般不超過(guò)1.16W／（m·K），而鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為45W／（m·K），從而降低換熱器的傳熱效率，增加管路阻力，影響生產(chǎn)安全性與經(jīng)驗(yàn)性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生垢下腐蝕，造成凝汽器不銹鋼管的泄漏，增加檢修次數(shù)，甚至更換換熱器［1］.

華能長(zhǎng)興電廠＃5機(jī)在2009年6月機(jī)組停運(yùn)檢修進(jìn)行凝汽器不銹鋼管的清洗后發(fā)現(xiàn)較多的泄漏點(diǎn)，抽管檢查中發(fā)現(xiàn)結(jié)垢嚴(yán)重，且已形成垢下腐蝕，酸洗后導(dǎo)致不銹鋼管泄漏.

2 電廠內(nèi)河水質(zhì)狀況

華能長(zhǎng)興電廠取原水為陸匯港內(nèi)河河水，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于蒸發(fā)等損失，系統(tǒng)中的水會(huì)愈來(lái)愈少，而水中各種礦物質(zhì)和離子含量就會(huì)愈來(lái)愈濃，為使水中含鹽量維持在一定的濃度，必須補(bǔ)入新鮮水，排出濃縮水［2］.通常在操作時(shí)，用濃縮倍數(shù)來(lái)控制水中含鹽的濃度.

濃縮倍數(shù)K＝系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)的某一指標(biāo)／補(bǔ)充水質(zhì)的同一指標(biāo).

被檢測(cè)的某組分含鹽濃度應(yīng)不受外界條件（加熱、沉積、投加藥劑等）影響而變化，故可采用總硬度、電導(dǎo)率、氯離子或者鉀離子等方法來(lái)測(cè)定循環(huán)水中的濃縮倍數(shù)［3］.

華能長(zhǎng)興電廠在正常運(yùn)行中，以循環(huán)水與河水中的氯離子含量比值來(lái)作為濃縮倍率指標(biāo)，經(jīng)試驗(yàn)確定循環(huán)水的濃縮倍率為5.

根據(jù)內(nèi)河水水質(zhì)全年平均值分析計(jì)算的內(nèi)河水、內(nèi)河水濃縮2.5倍后循環(huán)水、濃縮4.5倍后循環(huán)水、濃縮5倍后循環(huán)水的飽和指數(shù)LSI、穩(wěn)定指數(shù)RSI、結(jié)垢指數(shù)PSI，對(duì)內(nèi)河水水質(zhì)的腐蝕性作定性評(píng)價(jià)見(jiàn)表1.

表1 內(nèi)河水及循環(huán)濃縮水飽和指數(shù)LSI、穩(wěn)定指數(shù)RSI、結(jié)垢指數(shù)PSI分析表

根據(jù)表1所分析的飽和指數(shù)LSI、穩(wěn)定指數(shù)RSI、結(jié)垢指數(shù)PSI可知，原內(nèi)河水為腐蝕型水質(zhì)，也即其鈣離子濃度不高，不會(huì)發(fā)生結(jié)垢，反而會(huì)把換熱器上的預(yù)膜致密碳酸鈣垢層溶解.但是濃縮后的循環(huán)水將發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)垢，尤其是在濃縮倍數(shù)為4.5和5下，其LSI值遠(yuǎn)大于零，必須進(jìn)行阻垢緩蝕處理后方能作為循環(huán)水使用.

3 靜態(tài)阻垢劑篩選試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)用濃縮循環(huán)水樣配制

試驗(yàn)時(shí)間為2010年8月27日～12月7日.在實(shí)驗(yàn)室采用與循環(huán)水預(yù)處理相同的工藝，采集原內(nèi)河水經(jīng)絮凝澄清后取上清液制備成循環(huán)補(bǔ)充水水樣，并根據(jù)不同的濃縮倍數(shù)采用化學(xué)加藥法以鈣離子和碳酸氫根離子濃度為標(biāo)準(zhǔn)投加氯化鈣與碳酸氫鈉進(jìn)行相應(yīng)濃度平衡體系的配制.采用化學(xué)加藥法強(qiáng)化阻垢劑對(duì)碳酸氫鈣平衡體系的阻垢性能，弱化了水中其他雜質(zhì)的影響，避免了單次采樣的隨機(jī)性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具普遍性、合理性.

試驗(yàn)期間內(nèi)河河水取樣3次，每次取樣后立即放置4℃保存，并分析其水質(zhì)指標(biāo).內(nèi)河水單次采樣水質(zhì)指標(biāo)以及年平均水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2所示，以內(nèi)河水年平均Ca2＋濃度40.42mg／L為基準(zhǔn)，配置的不同濃縮倍數(shù)的濃縮循環(huán)水.

表2 內(nèi)河水樣、年平均水質(zhì)指標(biāo)以及濃縮循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)

3.2 試驗(yàn)阻垢劑

本試驗(yàn)依據(jù)上文介紹的各類阻垢緩蝕劑，選用五種典型的阻垢劑，其中包括電廠目前使用的FZ9842C，以及國(guó)內(nèi)其他知名藥劑生產(chǎn)企業(yè)的代表性緩釋阻垢劑PBTC、PAPEMP、JH907B以及APEL.

3.3 水質(zhì)分析方法

3.4 數(shù)據(jù)計(jì)算

阻垢劑的阻垢率r的計(jì)算方法為：

r＝ （C1－C2）／（C0－C2）.

式中：C0為實(shí)驗(yàn)前鈣離子質(zhì)量濃度乘濃縮倍數(shù)得到理論鈣離子質(zhì)量濃度；C1為加有阻垢劑的試液實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的鈣離子質(zhì)量濃度，即鈣離子的穩(wěn)定濃度；C2為空白試液在相同實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得的鈣離子質(zhì)量濃度.

鈣離子的穩(wěn)定濃度C1由下式計(jì)算：

X ＝Varg×c×40.08／Vx.

式中：Varg為測(cè)定鈣離子穩(wěn)定濃度所消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；c為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，試驗(yàn)中為0.01mol／L；Vx為移取穩(wěn)定鈣離子濃度溶液的體積，mL；40.08為與1.00mL EDTA 標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液［C（EDTA）＝1.00mol／L］相當(dāng)?shù)囊詍g表示的鈣離子的質(zhì)量.

3.5 以電廠運(yùn)行水質(zhì)濃縮倍數(shù)為5時(shí)的阻垢性能及討論

圖1～5表示在濃縮倍數(shù)為5，即鈣離子濃度為202mg／L時(shí)，5種阻垢劑不同投加量下的穩(wěn)定鈣離子濃度及阻垢率.如圖1～5所示，F(xiàn)Z9842C加藥量大于32mg／L時(shí)，穩(wěn)定鈣離子濃度穩(wěn)定在130～133mg／L范圍內(nèi)，阻垢率可穩(wěn)定在57%～58%之間；PBTC加藥量超過(guò)10mg／L以后，穩(wěn)定鈣離子濃度超過(guò)122mg／L，阻垢率可大于52%；PAPEMP加藥量大于36mg／L時(shí)，穩(wěn)定鈣離子濃度大于160mg／L，阻垢率可維持在75%～78%；APEL加藥量超過(guò)15mg／L以后阻垢率在40%～51%之間；JH907B加藥量在20至30 mg／L時(shí)，阻垢率維持在19%～25%，幾乎起不到阻碳酸鈣結(jié)垢的作用.

比較五種備選阻垢劑的最大阻垢效率，可以得出PAPEMP的阻垢效果最好，接近80%，但仍達(dá)不到行業(yè)80%的標(biāo)準(zhǔn).因此就比選的五種阻垢劑而言，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)單純依靠加藥法在濃縮倍數(shù)為5的條件下工作存在結(jié)垢問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)，需采用膠球清洗等其他手段輔助運(yùn)行.

3 結(jié)論

（1）在濃縮倍數(shù)為5時(shí)，比較五種備選阻垢劑的最大阻垢效率，可以得出PAPEMP的阻垢效果仍然很高，具有耐高鈣的品質(zhì)，但是最大阻垢率為78%，略低于行業(yè)80%的標(biāo)準(zhǔn)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)單純依靠加藥法在濃縮倍數(shù)為5的條件下工作存在結(jié)垢問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)，需采用膠球清洗等其他手段輔助運(yùn)行.

（2）在高濃縮倍數(shù)為5的條件下，按照優(yōu)選的阻垢緩蝕劑投加濃度使用管材316L可滿足腐蝕控制要求.

［1］周本省.工業(yè)水處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

［2］齊冬子.敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)處理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］曹躍華，陳建崢.循環(huán)冷卻水中的濃縮倍數(shù)控制［J］.冶金自動(dòng)化年，2007（增刊）：431～433.