凝結(jié)水精處理高混投運造成水汽PH值降低的原因分析及防治措施

黃鷺婷

摘 要：高參數(shù)大容量直流爐熱力水汽系統(tǒng)中，PH值指標在金屬腐蝕的影響因素中占有重要位置，文章結(jié)合威信第一發(fā)電廠凝結(jié)水精處理高混投運造成爐水PH值降低的原因及危害進行分析，并提出防治措施以保證熱力系統(tǒng)得以安全經(jīng)濟運行，進一步闡明熱力水汽PH值指標監(jiān)控的重要意義。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水；高速混床；PH值；降低

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0177-02

隨著火力發(fā)電機組高參數(shù)大容量的不斷提高，對鍋爐給水水質(zhì)的要求也越來越高。凝結(jié)水流量占給水流量的95%左右，凝結(jié)水水質(zhì)在很大程度上決定了鍋爐給水水質(zhì)，特別是超臨界直流爐汽水工況的特殊性，從凝結(jié)水到主蒸汽是一次完成的，無汽包等中間容器，無法通過鍋爐排污排出中間雜質(zhì)腐蝕產(chǎn)物對機組的安全和經(jīng)濟運行帶來很大危害。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)正是為了保證超高壓機組具有優(yōu)良給水水質(zhì)而設(shè)置的，一旦其工況運行異常，必然引起給水水質(zhì)的異常，為了確保機組的安全經(jīng)濟運行首先必須促使凝結(jié)水精處理設(shè)備和運行技術(shù)不斷改進和完善，達到較高水平。

威信云投粵電扎西能源有限公司第一發(fā)電廠2×600 MW機組，鍋爐為DG-1962-/25.4-‖8型超臨界W火焰垂直管圈水冷壁變壓直流爐，給水質(zhì)量嚴格按國家標準控制：硬度為0 umol/，二氧化硅小于10 ug/L，全鐵5 ug/L，氯離子小于2 ug/L，高混溶解氧小于7 ug/L，PH為9.2～9.6。

機組凝結(jié)水、給水采用加氨和聯(lián)氨的還原性規(guī)范處理，凝結(jié)水加藥點設(shè)在精處理出口母管上，給水加藥點設(shè)在除氧器下降管上。凝結(jié)水精處理采用美國U.S.Filter公司的高塔分離法體外再生工藝，失效樹脂從高速混床輸送到樹脂再生系統(tǒng)進行樹脂分離，陰陽樹脂分別經(jīng)過空氣擦洗、反洗若干次水清后，再進行再生、置換、陰/陽再生塔正洗合格后，將陰樹脂輸入陽再生塔空氣混合、充水、正洗合格后備用。采用這種工藝再生的高速混床出水水質(zhì)控制標準如下：PH值為6.5～7.5；電導(dǎo)率為≤0.2 us/cm，二氧化硅≤0.5～3 ug/l，鐵小于3 ug/l，氯離子小于1 ug/l。

#1機組自2012年10月下旬投運至今，化學水汽品質(zhì)合格率99.5%水汽監(jiān)督未發(fā)生異常，但是，2013年6月初#1機組凝結(jié)水100%精處理時，定期分析過程中發(fā)現(xiàn)了熱力系統(tǒng)凝結(jié)水、給水、啟動分離器、蒸汽PH值下降至8.4左右的水汽品質(zhì)異常情況，后經(jīng)過及時采取處理措施，使下降的PH值盡快恢復(fù)正常。

當時凝結(jié)水精處理高速混床采取兩運一備投運方式，運行床未失效，各監(jiān)控指標正常工況下，運行人員通過增大加氨量的方法來提高下降的汽水PH值，但沒有徹底解決。增加加氨量后，凝結(jié)水，給水，爐水PH稍有提高，約至9（用臺式和在線PH表校正分析過）就難以再上升，但相應(yīng)的電導(dǎo)率卻明顯升高。依據(jù)對兩用一備高混運行中樹脂偏流的工況觀察，經(jīng)過對比分析，判斷有一臺運行高速混床樹脂漏入高溫高壓熱力系統(tǒng)中是造成#1機組水汽PH值普遍下降的主要原因；高速混床底部出水裝置水罩帽松動，樹脂捕捉器破損是造成漏脂的根源。及時采集各水汽樣化驗，測定混床出口母管氯離子為1.5 mg/L，Na+為0.05～0.1 ug/L，給水、爐水、蒸汽二氧化硅為3～4 ug/L，鐵離子15～20 ug/L，且高速混床出水PH值5.2～6.3，顯酸性。通過采取投運備用高速混床輪流切換運行混床，短時增開旁路，增大加氨量等措施，24 h后水汽PH值回升迅速，調(diào)整穩(wěn)定在9.2～9.6。

1 運行高速混床漏脂的原因分析及危害

1.1 設(shè)備缺陷引起樹脂漏入熱力系統(tǒng)

再生系統(tǒng)陽塔內(nèi)備用混合樹脂送至混床時，程序設(shè)計為先氣送再水汽送的輸脂方式，氣送時樹脂時調(diào)整不當會使混床內(nèi)樹脂層壓實殘留的空氣被包裹在樹脂層之間，雖然投運前混床處于滿水狀態(tài)，但升壓緩慢，混床投運后幾分鐘就發(fā)生樹脂偏流現(xiàn)象，形成高速帶氣運行，周期制水量不高。為減少再生操作，增加制水量，運行采取一床多次混脂方式，容易引起高速混床底部出水裝置水罩帽松動，經(jīng)常性從樹脂捕捉器底部通入空氣混脂也會造成捕捉器損傷，為破碎樹脂和樹脂粉末漏入熱力系統(tǒng)創(chuàng)造條件。

1.2 樹脂漏入熱力系統(tǒng)中，在高溫高壓下，降解產(chǎn)物使水

汽PH值下降

運行高速混床底部水帽松動脫落，強酸陽樹脂從樹脂捕捉器漏入熱力系統(tǒng)后，分解出硫酸根，爐水PH值很快由9左右下降到8或著更低，直接證明了強酸陽樹脂在熱力系統(tǒng)中分解出了硫酸根離子。

根據(jù)離子交換樹脂的熱穩(wěn)定性，OH型陰樹脂在60℃開始解降，150℃即會在水中迅速降解；H陽型樹脂在150℃開始解降，200℃即會在水中迅速降解，它們降解的產(chǎn)物——無機離子有機物會污染熱力系統(tǒng)的水汽品質(zhì)。陰樹脂的分解產(chǎn)物使溶液PH升高3左右，呈堿性，胺基化合物從樹脂骨架上脫落，變成水溶性胺；陽樹脂的分解產(chǎn)物使溶液PH降低3左右，呈酸性，磺酸基從樹脂骨架上脫落在水溶液中形成硫酸。所以，在發(fā)電廠水汽系統(tǒng)中，一旦有離子交換樹脂漏入熱力系統(tǒng)中很就快發(fā)生分解，陽樹脂分解后的產(chǎn)物使水汽PH下降，陰樹脂分解后的產(chǎn)物使水汽PH上升；漏入的樹脂量越大，其分解產(chǎn)物對水汽系統(tǒng)的PH值影響越大。溶液PH值的如此大變化必然會導(dǎo)致發(fā)電廠水汽系統(tǒng)的熱力設(shè)備腐蝕。

高溫高壓下，陰、陽樹脂都會分解釋放出低分子有機酸，主要是乙酸。強酸陽樹脂分解的低分子有機酸是強堿陰樹脂的3～4倍，可高達100 mg/L，這是因為，強酸陽樹脂在高溫高壓下降解后變成弱酸陽脂，其羧酸基團在高溫高壓下脫離樹脂骨架能生成乙酸；高溫高壓下，陰、陽樹脂還會分解釋放出大量無機陰離子，陽樹脂可分解出1 000～2 000 mg/L的硫酸根離子，陰樹脂可分解出100～500 mg/L的氯離子。樹脂量越多，處理時間越長，壓力越高，分解出的無機陰離子越多，但在2 h后，無機陰離子的濃度基本保持不變。

1.3 高混出水漏氯離子引起汽水PH下降

混床內(nèi)陰陽樹脂分布不均運行中混床出水漏出少量氯離子，雖然濃度很低，但凝結(jié)水流量很大，進入熱力系統(tǒng)中濃縮，使汽水PH下降。給水采用全揮發(fā)性處理方式，氯離子往往以氯化銨的形式進入水汽系統(tǒng)，并發(fā)生如下反應(yīng)：NH4Cl+H2O-﹥NH3+HCl，在高溫高壓水汽循環(huán)系統(tǒng)中氨比HCl容易揮發(fā)使PH逐漸下降。例如，某電廠在凝結(jié)水混床將要失效前電導(dǎo)率變化不大，但混床出水已經(jīng)漏氯離子，其濃度常在3～13 ug/L，有時更高，使爐水、蒸汽PH值低于7。

1.4 雜質(zhì)離子造成汽水PH值低引起的金屬腐蝕危害

高參數(shù)大容量直流爐熱力水汽系統(tǒng)中，PH值在金屬腐蝕的影響因素中占有重要位置。PH值過低，會立即形成熱力設(shè)備管道的沖擊性腐蝕，會造成金屬使用壽命縮短，而且因金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入給水中，使給水雜質(zhì)增多又會縮短在熱負荷高的受熱面的結(jié)垢過程，形成垢下腐蝕，這種惡性循環(huán)會迅速導(dǎo)致爆管事故的發(fā)生。早在20世紀90年代初國外就指出凝結(jié)水精處理氫型混床出水漏氯離子和硫酸根離子是長期普遍存在的問題。氯離子和硫酸根離子都是金屬腐蝕性離子，美國電力科學研究院相關(guān)研究指出在酸堿性、中性條件下，硫酸鹽均會增大對不銹鋼對應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性，國內(nèi)相關(guān)人員也通過研究發(fā)現(xiàn)，在酸性環(huán)境中，氯離子和硫酸根對應(yīng)力腐蝕破裂隨其濃度增加而增大，表現(xiàn)為穿孔腐蝕，酸性腐蝕，應(yīng)力腐蝕，給熱力設(shè)備帶來極大安全隱患。為防止出現(xiàn)酸性水引起熱力設(shè)備金屬腐蝕造成超溫爆管事故，所以必須加強汽水PH指標的監(jiān)控調(diào)整處理工作。綜上所述，精處理高速混床作為凝結(jié)水的二次凈化處理設(shè)備是爐水蒸汽輸送凈潔水源的咽喉，如何提高凝結(jié)水精處理水平，保證水汽品質(zhì)，搞好精處理的安全穩(wěn)定運行是我們每位水處理工作者的主要職責。

2 防治運行高速混床漏脂的解決方案

①立即解列有缺陷的運行混床，退出床內(nèi)樹脂，消除水罩帽和樹脂捕捉器缺陷，加強樹脂的再生處理。

②加強運行人員業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)，熟悉設(shè)備性能，了解高混內(nèi)部結(jié)構(gòu)及材質(zhì)特性，查找分析混床周期制水量少的原因，加強對隱蔽性缺陷的挖掘分析。

③調(diào)整改善樹脂輸送方式，完善程控設(shè)計，減少混脂頻率；避免混床帶氣運行。

④加強再生系統(tǒng)樹脂反洗操作，清除破碎樹脂，觀察陰陽樹脂量，調(diào)整合適參配比例。

⑤儀表人員加強對在線PH表的校正檢驗，化學值班員加強對設(shè)備的巡檢和水質(zhì)化驗分析，確保設(shè)備的可靠性和化驗的準確性。發(fā)現(xiàn)異常情況及時查明原因，采取措施，盡快使水汽品質(zhì)恢復(fù)正常。

⑥對氯離子、硫酸根離子等的檢測難以精確檢驗，建議采用離子色譜或其它簡捷方法檢測。

3 結(jié) 語

高參數(shù)大容量直流爐熱力水汽系統(tǒng)中，PH值指標在金屬腐蝕的影響因素中占有重要位置，為防止出現(xiàn)酸性水引起熱力設(shè)備金屬腐蝕，甚至超溫爆管，所以必須首先加強汽水PH值指標的監(jiān)控。

汽水PH值降低的因素很多，除上述因混床缺陷漏脂產(chǎn)生的原因外，凝結(jié)水、給水加氨處理過程也會將其中的二氧化碳轉(zhuǎn)移到爐水中。另外，凝結(jié)水、給水的溶解氧超標等都會影響汽水PH值。火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標準規(guī)定，當汽水PH<9.0時可能發(fā)生腐蝕，應(yīng)在72 h恢復(fù)至控制；汽水PH<8.5時，肯定會發(fā)生腐蝕，應(yīng)在24 h恢復(fù)至控制值；汽水PH<8.0時，正在發(fā)生快速腐蝕，應(yīng)在4 h恢復(fù)，否則機組停運。因此，研究給水中雜質(zhì)對水汽PH值影響有重要意義。

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