火力發(fā)電廠停(備)用熱力設(shè)備的腐蝕與防護(hù)

黃玉娟 曾 彬

（1.大唐華銀攸縣能源有限公司，湖南 株洲 412000；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

發(fā)電機(jī)組的鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、加熱器等熱力設(shè)備在停運(yùn)期間，如果不采取有效的保護(hù)措施，其表面會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕，這種腐蝕稱為熱力設(shè)備的停用腐蝕[1]。多年來(lái)，我國(guó)火電機(jī)組常因停運(yùn)后未采取防腐蝕措施或采取的防腐蝕措施不當(dāng)，造成銹蝕和損壞，尤其是水汽側(cè)的腐蝕，對(duì)電廠的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響[2]。

目前鍋爐停用腐蝕問(wèn)題越來(lái)越突出，這是由于水處理技術(shù)日趨成熟，水質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)垢積鹽問(wèn)題逐漸解決，腐蝕問(wèn)題逐顯突出，直接影響機(jī)組的壽命及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；停備用機(jī)組增多，且停備用時(shí)間延長(zhǎng)[3]。

熱力設(shè)備停用腐蝕是氧和水（濕份）在金屬表面同時(shí)存在而產(chǎn)生的。其中水（濕份）的來(lái)源為：1）機(jī)組放水后，總有一部分水滯留在金屬表面形成水膜；設(shè)備暴露在大氣中時(shí)，大氣中所含有的水分會(huì)在金屬表面產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象而形成一層水膜。2）機(jī)組放水時(shí)，有的地方水放不干凈，使金屬浸在水中。氧的來(lái)源為：設(shè)備在停用以后，外界大氣大量進(jìn)入水汽系統(tǒng)，大氣的進(jìn)入就相當(dāng)于大量氧的入侵。因此，停用腐蝕可看作是大氣腐蝕，實(shí)際上也是氧腐蝕。本文從發(fā)電機(jī)組停用腐蝕的機(jī)理出發(fā)，簡(jiǎn)述了發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備停用腐蝕的危害和停用保護(hù)的必要性，以及熱力設(shè)備停用保護(hù)的相關(guān)方法[4]。

1 熱力設(shè)備停用腐蝕的基本原理和影響因素

1.1 基本原理

機(jī)組熱力設(shè)備停用腐蝕的機(jī)理同金屬發(fā)生大氣腐蝕的機(jī)理類似。即熱力設(shè)備金屬表面由于電化學(xué)不均勻性（包括金屬化學(xué)成分的不均勻性、組織結(jié)構(gòu)的不均勻性、物理狀態(tài)的不均勻性、金屬表面膜的不完整性等），各部位的電位有高低之分，一旦大氣中的氧溶解在水膜中，即水、氧、鹽類共存時(shí)，就會(huì)形成腐蝕微電池而發(fā)生停用腐蝕[5]。

停用腐蝕的反應(yīng)式為：

O2+2H2O+4e→4OH-（陰極反應(yīng)），

2Fe→2Fe2++4e（陽(yáng)極反應(yīng)）。

生成的Fe2+和OH-會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2

脫水→Fe2O3（黃銹）；O2能使Fe(OH)2進(jìn)一步氧化，生成Fe(OH)3：

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓

由于所生成的Fe(OH)3不溶于水而使陽(yáng)極處的Fe 濃度顯著降低，破壞雙電層平衡，從而促使陽(yáng)極反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，加劇腐蝕。

1.2 影響因素

停用腐蝕的影響因素與大氣腐蝕的也類似，除材料本身外，對(duì)放水停用的設(shè)備，主要有溫度、濕度、金屬表面液膜的成分和金屬表面的清潔程度等。

對(duì)充水停用的設(shè)備，金屬浸在水中，影響腐蝕的因素主要有水溫、水中溶解氧的含量、水的成分和金屬表面的清潔程度等。

2 熱力設(shè)備停用腐蝕的危害和停用保護(hù)的必要性

對(duì)于發(fā)電機(jī)組，熱力設(shè)備停用腐蝕的危害有兩方面：

1）在短期內(nèi)使熱力設(shè)備金屬表面遭到大面積破壞。因?yàn)橥Ｓ酶g極大地?fù)p害了金屬材料本身，并在材料上留下了塊狀蝕坑和針刺狀蝕點(diǎn)，成為運(yùn)行階段產(chǎn)生致命性局部腐蝕的誘因，因?yàn)橥Ｓ酶g的部位往往有腐蝕產(chǎn)物，表面粗糙不平，保護(hù)膜被破壞，成為腐蝕電池的陽(yáng)極。

2）加劇熱力設(shè)備運(yùn)行時(shí)的腐蝕，增加單位面積上的結(jié)垢量，大大縮短化學(xué)清洗的周期，影響傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致爆管。

因?yàn)橥Ｓ脵C(jī)組重新啟動(dòng)后，停用腐蝕產(chǎn)物會(huì)進(jìn)入鍋內(nèi)，一方面使水沖洗時(shí)間增加，排水量增大，增加啟動(dòng)時(shí)間和排污量，成為熱工集控的障礙，延誤機(jī)組并網(wǎng)時(shí)間，降低負(fù)荷增長(zhǎng)速度；另一方面，腐蝕產(chǎn)物如果沒(méi)有清洗干凈，會(huì)使水汽質(zhì)量下降，加劇鍋爐運(yùn)行時(shí)的腐蝕，并導(dǎo)致鍋爐水冷壁結(jié)加劇，引起垢下腐蝕或爆管事故發(fā)生。所以停用腐蝕既會(huì)帶來(lái)直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，又會(huì)極大地危害鍋爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

因此，為保證熱力設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，熱力設(shè)備在停（備）用期間，必須采取有效的防銹蝕措施，以避免或減輕發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備的停用腐蝕。停用保護(hù)是眾所周知的防止發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備用腐蝕的必要措施。隨著我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，其熱力設(shè)備停（備）用期間的停用保護(hù)工作正越來(lái)越受到重視。

3 停用保護(hù)方法

3.1 保護(hù)方法分類

為了防止停用腐蝕，熱力設(shè)備停用期間必須采取保護(hù)措施，《火力發(fā)電廠熱力設(shè)備停(備)用防銹蝕導(dǎo)則（DL/T956-2005）》[6]把熱力設(shè)備停用防銹蝕保護(hù)方法按照其作用原理分為：1）阻止空氣進(jìn)入熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)；2) 降低熱力設(shè)備水汽系統(tǒng)的相對(duì)濕度；3) 加緩蝕劑；4) 除去水中的溶解氧；5) 使金屬表面形成保護(hù)膜。

根據(jù)熱力設(shè)備在停(備)用期間的防銹蝕所處狀態(tài)不同，防銹蝕方法分為干法和濕法兩大類[7]。

3.2 防護(hù)方法的選擇原則

主要選擇原則是：機(jī)組的參數(shù)和類型，機(jī)組給水、爐水處理方式，停(備)用時(shí)間的長(zhǎng)短和性質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)條件，可操作性和經(jīng)濟(jì)性。另外還應(yīng)考慮下列因素：

1）停(備)用所采用的化學(xué)條件和運(yùn)行期間的化學(xué)水工況之間的兼容性；

2）防銹蝕保護(hù)方法不會(huì)破壞運(yùn)行中所形成的保護(hù)膜；

3）防銹蝕保護(hù)方法不應(yīng)影響機(jī)組按電網(wǎng)要求隨時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行；

4）有廢液處理設(shè)施，廢液排放應(yīng)符合GB8978《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定；

5）凍結(jié)的可能性；

6）當(dāng)?shù)卮髿鈼l件(例如海濱電廠的鹽霧環(huán)境)；

7）所采用的保護(hù)方法不影響檢修工作和檢修人員的安全。

3.3 停（備）用鍋爐煙氣側(cè)的保護(hù)

1）燃煤鍋爐停用前應(yīng)對(duì)所有的受熱面進(jìn)行一次全面徹底的吹灰。

2）鍋爐停用冷卻后，應(yīng)及時(shí)對(duì)爐膛進(jìn)行吹掃、通風(fēng)，以排除殘余的煙氣。

3）鍋爐長(zhǎng)期停(備)用時(shí)，應(yīng)將煙道內(nèi)受熱面的積灰清除，防止在受熱面堆積的積灰因吸收空氣中的水分而產(chǎn)生酸性腐蝕。積灰清除后，應(yīng)采取措施保持受熱面金屬的溫度在露點(diǎn)溫度以上。

4）海濱電廠和聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐長(zhǎng)期停(備)用可安裝干風(fēng)系統(tǒng)對(duì)爐膛進(jìn)行干燥，干風(fēng)裝置容量以每小時(shí)置換爐膛內(nèi)空氣1 次-3 次為宜。

3.4 汽輪機(jī)停用保護(hù)

3.4.1 機(jī)組停用時(shí)間在一周之內(nèi)的保護(hù)方法

1）凝汽器真空能維持的保護(hù)措施

機(jī)組停用時(shí)，維持凝汽器汽側(cè)真空度，提供汽輪機(jī)軸封蒸汽，防止空氣進(jìn)入汽輪機(jī)。

2）凝汽器真空不能維持的保護(hù)措施

（1）隔絕一切可能進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部的汽、水系統(tǒng)并開(kāi)啟汽輪機(jī)本體疏水閥。

（2）隔絕與公用系統(tǒng)連接的有關(guān)汽、水閥門，并放盡其內(nèi)部剩余的水、汽。

（3）主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、抽汽管道、旁路系統(tǒng)靠汽輪機(jī)側(cè)的所有疏水閥門均應(yīng)打開(kāi)。

（4）放盡凝汽器熱井內(nèi)部的積水。

（5）有條件時(shí)，高、低壓加熱器汽側(cè)和除氧器汽側(cè)進(jìn)行充氮，否則放盡高、低壓加熱器汽側(cè)疏水。

（6）高、低壓加熱器和除氧器水側(cè)充滿運(yùn)行水質(zhì)的給水。

（7）給水泵汽輪機(jī)的有關(guān)疏水閥門打開(kāi)。

（8）注意監(jiān)視汽輪機(jī)房污水排放系統(tǒng)是否正常，防止凝汽器閥門坑滿水。

（9）汽輪機(jī)停機(jī)期間應(yīng)保證其上、下缸，內(nèi)、外缸的溫差不超標(biāo)。

（10）冬季機(jī)組停運(yùn)，應(yīng)有可靠的防凍措施。

3.4.2 機(jī)組停用時(shí)間超過(guò)一周的保護(hù)方法

1）壓縮空氣法

汽輪機(jī)停運(yùn)后，啟動(dòng)汽輪機(jī)快冷裝置，向汽缸通熱壓縮空氣，在汽缸降溫的同時(shí)，干燥汽缸。

2）熱風(fēng)干燥法

停機(jī)后，放盡與汽輪機(jī)本體連同管道內(nèi)的余汽、存水。當(dāng)汽缸溫度降至一定值后，向汽缸內(nèi)送入熱風(fēng)，使氣缸內(nèi)保持干燥。

3）干風(fēng)干燥法

停機(jī)后，放盡汽輪機(jī)本體及相關(guān)管道、設(shè)備內(nèi)的余汽和積水。當(dāng)汽缸溫度降至一定值后，向汽缸內(nèi)送入千風(fēng)，使汽缸內(nèi)保持干燥。

3.5 停(備)用凝汽器的防護(hù)方法

3.5.1 凝汽器汽側(cè)

短期(一周之內(nèi))停用時(shí)，應(yīng)保持真空。不能保持真空時(shí)，應(yīng)放盡熱井積水。長(zhǎng)期停用時(shí)，應(yīng)放盡熱井積水，隔離可能的疏水，并清理熱井及底部的腐蝕產(chǎn)物和雜物，然后用壓縮空氣吹干，或?qū)⑵浼{入汽輪機(jī)干風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)之中

3.5.2 凝汽器循環(huán)水側(cè)

停用三天以內(nèi)凝汽器循環(huán)水側(cè)宜保持運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)水室有檢修工作時(shí)可將凝汽器排空，并打開(kāi)人孔，保持自然通風(fēng)狀態(tài)。

停用三天以上宜將凝汽器排空，清理附著物，并保持通風(fēng)干燥狀態(tài)。

3.6 停(備)用除氧器的保護(hù)方法

3.6.1 機(jī)組停運(yùn)時(shí)間在一周之內(nèi)

當(dāng)機(jī)組停運(yùn)時(shí)間在一周之內(nèi)，并且除氧器不需要放水時(shí)，除氧器宜采用熱備用，向除氧器水箱通輔助蒸汽，定期啟動(dòng)除氧器循環(huán)泵，維持除氧器水溫高于105 ℃。

對(duì)短期停運(yùn)，并且需要放水的除氧器?？稍谕＿\(yùn)放水前，適當(dāng)加大凝結(jié)水加氨量提高除氧器水的pH 值至9.4～10.00。

3.6.2 機(jī)組停用時(shí)間在一周以上當(dāng)機(jī)組停用時(shí)間在一周以上時(shí)，可用下列方法保護(hù)：a)充氮保護(hù)；b)水箱充保護(hù)液，充氮密封；c)通干風(fēng)干燥；d)成膜胺法。

3.7 停(備)用高壓加熱器的的保護(hù)方法

3.7.1 充氮法

高壓加熱器停運(yùn)后，當(dāng)水側(cè)或汽側(cè)壓力降至0.5MPa 是開(kāi)始進(jìn)行充氮。保護(hù)過(guò)程中維持氮?dú)鈮毫υ?.03～0.05MPa 范圍內(nèi)，阻止空氣進(jìn)入。

3.7.2 氨-聯(lián)氨法

停機(jī)后，放去水側(cè)(或汽側(cè))存水，用氨一聯(lián)氨劑溶液充滿高壓加熱器的水側(cè)(或汽側(cè))進(jìn)行防銹蝕保護(hù)。

3.8 停(備)用低壓加熱器的保護(hù)方法

3.8.1 碳鋼和不銹鋼材質(zhì)低壓加熱器的防銹蝕方法

碳鋼和不銹鋼材質(zhì)低壓加熱器停(備)用時(shí)，其保護(hù)方法可參見(jiàn)高壓加熱器的保護(hù)方法。當(dāng)?shù)蛪杭訜崞髌麄?cè)與汽輪機(jī)、凝汽器無(wú)法隔離時(shí)，無(wú)法充氮或充保護(hù)液，其保護(hù)方法應(yīng)納入汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中。

3.8.2 銅合金低壓加熱器的防銹蝕方法

銅合金材質(zhì)低壓加熱器停(備)用時(shí)，水側(cè)應(yīng)保持還原性環(huán)境，以防止銅合金的腐蝕和銅腐蝕產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移。

（1）濕法保護(hù)時(shí)，將聯(lián)氨含量為5mg/L-10mg/L，pH 值為8.8～9.2的溶液充滿低壓加熱器，同時(shí)輔以充氮密封，保持氮?dú)鈮毫υ?.03MPa-0.05MPa 范圍內(nèi)。

（2）干法保護(hù)時(shí)，可參考汽輪機(jī)干風(fēng)干燥法，保持低壓加熱器水、汽側(cè)處于干燥狀態(tài);也可以考慮用氮?dú)饣驂嚎s空氣吹干法保護(hù)。

低壓加熱器停用的成膜胺保護(hù)與鍋爐的停用成膜胺保護(hù)同時(shí)進(jìn)行。

3.9 停（備）用閉式冷卻器、軸冷器和發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)的保護(hù)方法

1）機(jī)組短期停用時(shí)，維持運(yùn)行狀態(tài)。

2）與循環(huán)水接觸的換熱器停用防銹蝕方法與凝汽器水側(cè)的停用防銹蝕方法相似。

3）發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)長(zhǎng)期停用時(shí)，應(yīng)放盡內(nèi)部存水后，用儀用壓縮空氣吹干、干風(fēng)干燥、充氮保護(hù)等方法進(jìn)行保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

停用保護(hù)是防止發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備停用腐蝕的必要措施。各單位需根據(jù)自身的實(shí)際情況采用適宜的保護(hù)方法，減少腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失和事故隱患，確保機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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