燃料油進入水汽系統(tǒng)的危害和應對措施

趙博敬，張耀軍，白 潔，馮明強

(1．華電能源股份有限公司哈爾濱第三發(fā)電廠，哈爾濱150024;2．黑龍江省火電第一工程公司，哈爾濱 150036)

目前，火力發(fā)電廠燃料油普遍采用輕柴油，這種油是碳原子數(shù)10～22的多種復雜烴類的混合物，常壓下沸點為180～370℃，20℃時密度為0.83～0.855 kg/L。少量燃料油進入水汽系統(tǒng)影響不大，不易察覺，通過凝結水精處理和排污即可去除。然而大量的燃料油進入熱力系統(tǒng)，會隨著水汽循環(huán)污染整臺機組的水汽系統(tǒng)，導致凝結水、給水、爐水、蒸汽等整個系統(tǒng)的水汽品質(zhì)劣化，對熱力系統(tǒng)中的金屬管道、部件、凝結水精處理設備產(chǎn)生影響，危及設備運行，所以必須快速處理。本文結合某廠600 MW機組曾發(fā)生過一次燃料油進入水汽系統(tǒng)并成功處理的實例，對其進行分析，查找并隔離進油點，跟蹤水質(zhì)變化趨勢，調(diào)整設備運行狀態(tài)，使各項水汽指標盡快恢復到合格范圍內(nèi)，同時，更換前置過濾器濾元，復蘇凝結水精處理混床樹脂，使凝結水精處理恢復運行。

1 燃料油進入水汽系統(tǒng)的處理過程及水質(zhì)變化

2013年1月某日，某廠600 MW機組啟動后7 h，水汽品質(zhì)趨于合格階段時，估計約300 kg燃料油進入機組水汽循環(huán)系統(tǒng)，機組水汽品質(zhì)發(fā)生明顯變化，如表1所示。

14時45分，運行人員發(fā)現(xiàn)凝結水、給水的水樣表面漂有油花，全部水樣都逐漸變渾、呈乳白色，并有較刺激性的柴油味，電導率快速升高，爐水pH值降低。當時停止全部疏水回收，將鍋爐連排等開到最大，盡量保持鍋爐負荷和汽包水位和壓力穩(wěn)定，解列凝結水精處理混床的運行，提高爐水和給水的加藥量，保證爐水pH值在9.0以上，并迅速查找原因及連續(xù)跟蹤水汽品質(zhì)變化。

15時40分，凝結水的水樣開始慢慢變清，給水、爐水、飽和、過熱蒸汽的電導率快速升高的趨勢變緩，爐水和給水pH值控制穩(wěn)定，證明燃料油已經(jīng)不再進入系統(tǒng)，考慮到當時機組供熱、發(fā)電等實際情況，無采取停機的處理方式。

表1 機組的水、汽品質(zhì)Tab．1 Units Water，steam quality

18時30分，爐水、凝結水的電導率開始好轉，凝結水、給水、爐水、飽和、過熱蒸汽水樣變清，但給水、飽和、過熱蒸汽的電導率無明顯變化，主要原因是通過鍋爐排污和大量補水，爐水、凝結水的品質(zhì)明顯改善，但給水和爐水加藥量大，進入系統(tǒng)中的油不斷被攜帶、分解，繼續(xù)影響飽和、過熱蒸汽品質(zhì)。此時，采取了解列前置過濾器運行、投入凝結水精處理混床、繼續(xù)保證爐水pH值在9.0以上等措施。

21時00分，給水、爐水的品質(zhì)開始好轉，但飽和、過熱蒸汽和凝結水水質(zhì)無明顯變化，之后各項水質(zhì)指標趨于穩(wěn)定。

次日5時00分，飽和、過熱蒸汽和凝結水品質(zhì)才有所改善，表明凝結水精處理混床一直發(fā)揮去除水中離子的作用，進入系統(tǒng)中的油不斷被攜帶、分解，直到消耗殆盡。

次日21時00分，凝結水、給水、爐水、飽和、過熱蒸汽等的各項水質(zhì)指標基本恢復正常，給水、蒸汽的銅、鐵含量等指標也在合格范圍內(nèi)，說明沒有造成熱力設備嚴重腐蝕。

2 燃料油對機組水汽系統(tǒng)的危害

機組運行時，凝結水、給水、爐水、飽和蒸汽等系統(tǒng)的水汽溫度低于燃料油在相應壓力下的沸點，大部分進入水汽系統(tǒng)中燃料油，初期是以液體的形式存在。按工藝流程隨輔汽疏水進入水汽系統(tǒng)中的燃料油先進入凝汽器，由于凝結水的水溫只有50℃左右，壓力為4.0 MPa左右，短時間內(nèi)燃料油沒有明顯變化，直接隨水流進入凝結水精處理系統(tǒng)，被前置過濾器纖維濾元和高速混床樹脂大量截流，剩余的油繼續(xù)隨水流進入給水系統(tǒng)并逐漸乳化，最終進入鍋爐汽包，漂浮在汽水分界線附近，在高溫高壓水汽等作用下逐漸裂解成低分子有機酸，但反應速度較慢，這些酸性物質(zhì)隨蒸汽揮發(fā)，使爐水、蒸汽、給水等整個水汽系統(tǒng)的pH值降低，造成熱力設備酸性腐蝕［6］，減少設備使用壽命;油還與爐水中氫氧化鈉、水渣等共同作用產(chǎn)生汽泡，汽泡破裂產(chǎn)生水滴增加蒸汽的機械攜帶［7］，影響蒸汽品質(zhì);油也會被水汽攜帶粘附在水冷壁、過熱器等受熱面管壁，并逐漸被碳化，造成局部過熱，碳化物和油滴甚至被攜帶沖擊汽輪機葉片。當然，燃料油進入機組熱力系統(tǒng)后，對化學凝結水精處理影響最直接，大量的油被前置過濾器濾元吸附，浸潤到濾元纖維的內(nèi)部，油還會被混床樹脂吸附，在樹脂表面形成油膜，阻塞離子交換孔道，導致樹脂交換容量下降，凝結水精處理出水品質(zhì)變差，加劇汽輪機的腐蝕［8］，嚴重時混床樹脂還會因油污染而報廢。

3 受損設備恢復

3.1 查找燃料油進入熱力系統(tǒng)的原因及解決措施

經(jīng)檢查分析確認，造成本次燃料油進入水汽系統(tǒng)的原因是蒸汽吹掃致閥門內(nèi)漏，鍋爐助燃用的燃料油由此進入輔汽疏水箱，再隨疏水回收至水汽系統(tǒng)。為杜絕類似事件的發(fā)生，及時檢修了該閥門，保證其嚴密性，又加裝了一個二次閥門和防止倒流的逆止閥。

3.2 精處理濾元的檢查及處理

檢查方法為目視和用濾紙擦拭濾元表面，比較嚴重狀況是濾元和擦拭濾元的濾紙表面都是油污。打開前置過濾器人孔門，檢查濾元受污染情況，如濾元受污染不嚴重，可通過水和壓縮空氣反洗去除附著在濾元表面的油污，若經(jīng)過多次反洗后，壓差不能降低到規(guī)定要求，則表示濾元污染嚴重，需要更換［1］。本次事故的前置過濾器大量攔截了進入水汽系統(tǒng)的燃料油，燃料油已經(jīng)滲透到濾元的纖維內(nèi)部，污染比較嚴重，如再投入運行，吸附在纖維濾元內(nèi)部的油會重新釋放出來，因此采取了清洗前置過濾器內(nèi)壁、更換新纖維濾元的方法。

3.3 精處理樹脂的檢查和樹脂復蘇［2］

3.3.1 實驗室樹脂復蘇試驗

1)分別取陽樹脂200 mL，濃度分別為1%、2%、3%、4%、5%氫氧化鈉溶液400 mL做放熱試驗，發(fā)現(xiàn)放熱效果不明顯，不會因放熱反應損壞樹脂。

2)取200 mL陽樹脂，加400 mL濃度為5%氫氧化鈉溶液，加熱到45～50℃，攪拌，放置30 min。堿液表面漂浮一層油珠，散發(fā)刺鼻的油味。重復上述實驗2次。油珠明顯減少。沖洗干凈。

3)加濃度為5%鹽酸溶液200 mL，攪拌，浸泡20 min。用除鹽水沖洗干凈。

4)取200 mL陰樹脂，加400 ml濃度為5% 的氫氧化鈉溶液，加熱到 45～50℃，攪拌，放置30 min，堿液表面漂浮一層油珠，散發(fā)著刺鼻的油味。重復上述實驗2次，含油明顯減少，沖洗干凈，直至目視無油花。

5)分別測量陽樹脂和陰樹脂的體積交換容量［3］，測得陽樹脂的體積交換容量是0.92 mmol/mL，恢復至新樹脂的43.8%;陰樹脂的體積交換容量是1.06 mmol/mL，恢復至新樹脂的78.52%。

經(jīng)過上述處理，樹脂的含油量明顯減少，工作交換容量有一定恢復，考慮到凝結水精處理樹脂價格昂貴，進貨周期長，暫時無法更換整個混床的樹脂，決定先按本方法進行樹脂復蘇處理。

3.3.2 現(xiàn)場樹脂復蘇操作［4］

1)將混床導入陽儲罐中的樹脂反復進行水、汽反洗操作，去除樹脂表面的大量油污，然后將陰樹脂導入陰樹脂再生罐中，陽樹脂保留在陽樹脂再生罐中。

2)分別向陽樹脂再生罐和陰樹脂再生罐中注入濃度為5%的堿液，保持罐體溫度在45℃左右，待排堿濃度達到1%后，停止注入堿液。

3)浸泡2 h，浸泡期間每隔30 min用壓縮空氣翻動一次樹脂，約1 min。

4)浸泡后分別反洗陰、陽樹脂約30 min;注意不要跑樹脂。

5)重復2)—4)步驟3遍，看反洗排水無浮油再進行下一步驟。

6)分別沖洗陰、陽樹脂，再生陽樹脂時使用正常劑量的2倍的酸量。

7)按正常標準要求進行混脂、沖洗等再生工序。

處理時，樹脂的流失也較大，一些粘滿油污的樹脂被反洗水沖出，不得不廢棄，綜合損失率約5%，復蘇后及時補充了新樹脂。通過處理，樹脂恢復了一定的交換能力，實際生產(chǎn)中混床樹脂的周期制水量由受污染前的8.2萬t降低到受污染后第一個周期的5.7萬t，當然這里也有熱力系統(tǒng)受污染后水質(zhì)變化的影響，以后的幾個運行周期有所增長，恢復至7.0～8.0萬t，是受污染前的90%。

3.4 熱力設備化學監(jiān)督檢查

經(jīng)機組大修化學監(jiān)督檢查確認，該機組的鍋爐汽包、水冷壁管、省煤器管、過熱器管，汽輪機葉片、隔板等設備的腐蝕、沉積評價繼續(xù)保持在一類或二類水平［5］，本次油污染事件未對熱力設備造成嚴重的影響。

4 應對措施

燃料油進入機組水汽系統(tǒng)事故對機組安全、穩(wěn)定運行影響較大，應采取相應的處理措施，以減少了事故損失。

1)立即停止回收帶油的疏水，隔離進油點，同時解除凝結水精處理混床運行，加大鍋爐的排污量，避免鍋爐負荷和汽包水位快速波動。

2)化學專業(yè)要密切監(jiān)督水汽品質(zhì)，嚴格按《化學監(jiān)督導則》、《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質(zhì)量》等標準的水質(zhì)劣化處理要求，及時調(diào)整爐水和給水的加藥量，一定要保證爐水 pH值在9.0以上。

3)在凝結水水質(zhì)穩(wěn)定且無漂浮油花后，解列凝結水精處理前置過濾器，防止吸附在濾元上的油釋放造成二次污染，并恢復精處理混床運行，發(fā)揮其去除分解產(chǎn)物的作用，使各項監(jiān)督指標盡快合格。

4)做好事后處理工作，包括監(jiān)督給水、蒸汽的腐蝕產(chǎn)物含量，檢查前置過濾器濾元和混床樹脂的受污染情況，如精處理前置過濾器濾元受嚴重污染應盡快更換，混床樹脂被污染應盡快復蘇處理。

5)利用機組停運的機會，檢查爐管和汽包等熱力設備的腐蝕、沉積情況。

［1］韓隸傳，汪德良．熱力發(fā)電廠凝結水處理［M］．北京:中國電力出版社，2010:36-41．HAN Lichuan，WANG Deliang．Treatment of condensate for thermal power plant［M］．Beijing:China Electric Power Press，2010:36-41．

［2］ 王廣珠，江德良．離子交換樹脂使用及診斷技術［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2005:151-153．WANG Guangzhu，JIANG Deliang．Application and diagnosis technology of ion exchange resin［M］．Beijing:Chemical Industry Press，2005:151-153．

［3］ DL/T 519-2004，火力發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂驗收標準［S］．DL/T 519-2004，Inspecting standards on ion exchange resin for water treatment in thermal power plants［S］．

［4］ 鞏耀武．電廠水處理［M］．北京:中國電力出版社，2009:274-275．GONG Yaowu．Water treatment in power plants［M］．Beijing:China Electric Power Press，2009:274-275．

［5］ DL/T 1115-2009，火力發(fā)電廠機組大修化學檢查導則［S］．DL/T 1115-2009，Guide for chemistry check-up of unit maintenance in fossil fuel power plant［S］．

［6］ 謝學軍，龔洵潔．熱力設備的腐蝕與防護［M］．北京:中國電力出版社，2011:280-281．XIE Xuejun，GONG Xunjie．Corrosion of thermal power equipment and its protection［M］．Beijing:China Electric Power Press，2011:280-281．

［7］ 肖作善．熱力設備水汽理化過程［M］．北京:水利電力出版社，1993:58-60．XIAO Zuoshan．Chemical process of water vapor for thermal power equipment［M］．Beijing:China Water Power Press，1993:58-60．

［8］ 朱志平，孫本達．電站鍋爐水處理工況及優(yōu)化［M］．北京:中國電力出版社，2009:129-131．ZHU Zhiping，SUN Benda．Water treatment conditions and its optimization for power station boiler［M］．Beijing:China Electric Power Press，2009:129-131．