某電廠鍋爐過熱器清洗試驗與應用分析

何鳳元，王飛，楊穎

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.赤峰熱電廠，內(nèi)蒙古赤峰024000）

某電廠鍋爐過熱器清洗試驗與應用分析

何鳳元1，王飛1，楊穎2

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.赤峰熱電廠，內(nèi)蒙古赤峰024000）

通過對某發(fā)電廠鍋爐過熱器氧化皮生成及脫落分析，通過大量的試驗，選擇適當?shù)难h(huán)清洗配方，對鍋爐過熱器內(nèi)氧化皮進行循環(huán)清洗，清洗后效果明顯，降低了爆管風險。

鍋爐；過熱器；氧化皮；循環(huán)清洗

0 引言

目前發(fā)電廠鍋爐過熱器氧化皮脫落導致機組爆管停機的問題比較突出，很多廠因為氧化皮脫落導致機組爆管停機，有些電廠雖然未造成停機，但也對機組安全穩(wěn)定運行造成了很大的影響，本文通過試驗研究，對過熱器進行循環(huán)清洗，清除過熱器內(nèi)氧化皮，為機組安全穩(wěn)定運行提供了保障。

1 項目背景

1.1 熱電廠3號鍋爐簡介

某熱電廠于1997年投產(chǎn)，規(guī)模為4×130T/h高壓煤粉爐，2×25MW抽汽冷凝式汽輪機組。

該廠3號鍋爐小修發(fā)現(xiàn)在汽包底部、三號爐和四號爐聯(lián)絡門三號爐側(cè)都有黑色氧化物存在，后對省煤器、四墻水冷壁、下聯(lián)箱、下降管底部封頭、屏過，高過等部位進行割管，發(fā)現(xiàn)過熱器內(nèi)氧化皮脫落嚴重，省煤器、水冷壁管內(nèi)壁狀態(tài)良好。對汽機葉片進行檢查分析，發(fā)現(xiàn)葉片有損傷痕跡。

1.2 過熱器氧化皮問題的提出

3號鍋爐過熱器主要管材為12Cr1MoVG，隨著鍋爐運行時間的延長，過熱器在高溫高壓水汽介質(zhì)條件下長期工作,會發(fā)生組織損傷、蠕變損傷和高溫氧化腐蝕等系列問，在鍋爐過熱器內(nèi)會逐步生成氧化皮，氧化皮在一定條件會發(fā)生脫落。脫落后的氧化皮會堆積在過熱器的彎管處引起鍋爐爆管，同時剝落的氧化皮隨蒸汽帶入汽機，引起固粒侵蝕損傷汽輪機葉片，因此采取有效手段減少過熱器氧化皮的產(chǎn)生與剝落，以及在檢修中消除氧化皮的影響，對機組安全運行至關重要。

1.33 號爐過熱器氧化皮的現(xiàn)狀分析

此次割管的6根管為3#爐的屏式過熱器管、高溫過熱器冷段管和高溫過熱器熱段管。取樣管的設計材質(zhì)、規(guī)格、取樣位置和編號等信息見表1，管子的運行參數(shù)見表2。

表1 取樣管材質(zhì)、規(guī)格、取樣位置和編號

表2 取樣管運行參數(shù)

1.4 材質(zhì)分析

用DV-6型定量直讀光譜儀對屏式過熱器管1b2、1b7進行化學成分進行分析，結果見表3。檢驗結果表明屏式過熱器管的化學成分與電廠提供的設計材質(zhì)12Cr1MoVG不符，與GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中的12Cr2MoWVTiB（鋼102）的化學成分相符。

表3 屏式過熱器管化學成分分析結果

表4 金相分析結果

1.5 金相分析

6根取樣管的金相分析結果見表4。由于取樣管均經(jīng)過車削加工，無法確定管子的向、背火側(cè)，表4內(nèi)的組織評定均為對管子組織老化最嚴重處的評定結果。

1.6 氧化皮測厚

由于送檢的6根取樣管外壁均經(jīng)過車削加工，因而僅對內(nèi)壁氧化皮厚度進行測量，其測量結果見表5。高溫過熱器冷鍛、熱鍛管內(nèi)壁氧化皮脫落情況嚴重，表5內(nèi)的測量結果為殘留氧化皮的最厚處的測量值。

表5 內(nèi)壁氧化皮測量結果

1.7 過熱器氧化皮的處理措施

由于過熱器氧化皮的形成是不可避免的，為了盡量減少過熱器氧化皮帶來的危害，國內(nèi)一般進行采用耐氧化的合金。研究表明，金屬材料的抗氧化、抗腐蝕性能主要決定于金屬表面能否形成穩(wěn)定、致密的金屬氧化膜。由于換管材的成本高，工作量大，周期長等缺點，為了避免過熱器氧化皮脫落可以采取化學清洗的方式，使過熱器內(nèi)氧化皮清洗干凈，避免了過熱器氧化皮脫落帶來的各種風險。

2 過熱器氧化皮化學清洗的研究與應用

2.1 過熱器氧化皮形成機理研究

高溫水蒸汽與12Cr1MoV鋼氧化形成的氧化膜為雙層氧化膜。外層稱為延伸膜，由于鐵離子向外擴散，水的氧離子向里擴散而形成的。內(nèi)層的原生膜是水的氧離子對鐵直接氧化的結果。內(nèi)層為尖晶型細顆粒結構，氧化層外層為棒狀型粗顆粒結構，并含一定量的空穴。隨著時間延長，最外層有少量不連續(xù)的三氧化二鐵。在某些不利的運行條件下（如超溫或溫度、壓力波動），金屬表面的雙層膜就會變成了多層膜的結構，這時氧化和時間就變成直線關系。雙層膜先是變?yōu)槎€雙層膜，然后再進一步發(fā)展成為多個雙層膜的多層氧化層結構，然后便開始發(fā)生剝離。

過熱器、再熱器內(nèi)壁的水蒸汽氧化層剝離有二個主要條件：一是垢層達到一定厚度，一般而言奧氏體不銹鋼0.10mm；二是母材基體與氧化膜或氧化膜層間應力是否達到臨界值。當兩個條件都達到時，加速了氧化皮的脫落。為了防止氧化皮脫落對機組造成的影響，最經(jīng)濟適用的方法是在機組大修期間采用化學清洗的方法去除氧化皮，大大降低了氧化皮脫落造成的過熱器及再熱器爆管風險。

2.2 過熱器氧化皮化學清洗的研究

目前國內(nèi)過熱器氧化皮化學清洗分兩個階段，在國家對HF酸限制使用前，部分電廠采用HF進行過熱器化學清洗，在環(huán)保政策越來越嚴的背景下，HF酸使用受到限制，當前運行鍋爐過熱器尚未有成功進行化學清洗的先例。

過熱器化學清洗難度非常大，第一首先要篩選清洗藥劑及清洗助劑，使氧化皮溶解于清洗藥劑中，盡量減少不容性氧化皮的存在、沉淀在過熱器彎管內(nèi)，沉淀的氧化皮會造成過熱器爆管，造成機組的非停；二是要選擇適當清洗流速避免管內(nèi)產(chǎn)生氣塞，氣塞的產(chǎn)生會使部分過熱器管材清洗不徹底，該部分氧化皮脫落的危險依然存在。

2.3 氧化皮清洗藥劑及助劑的篩選試驗

過熱器氧化皮化學清洗的難點之一在于化學清洗藥劑及助劑選擇，選擇正確的清洗藥劑及助劑能夠使氧化皮充分的溶解并被清洗液帶出鍋爐系統(tǒng)，減少了氧化皮沉積的風險。根據(jù)經(jīng)驗，清洗藥劑在羥基乙酸、EDTA、甲酸、檸檬酸、氨基磺酸之間選擇。單一藥劑清洗效果不是很理想，采用其中二種或者兩種以上藥劑進行復配，經(jīng)過一個月的動態(tài)模擬篩選試驗，確定了復合有機酸是清洗的理想藥品HS-2，同時篩選了理想的緩蝕劑AD-5，試驗采用溫度90-98℃，混酸濃度為6%進行化學清洗。

2.4 過熱器化學清洗的實施過程

通過對3號鍋爐水汽系統(tǒng)的深入了解及對清洗藥品篩選試驗后，制定了3號鍋爐過熱器清洗方案并實施，取得了滿意效果。

鍋爐清洗回路由臨時系統(tǒng)和鍋爐被清洗系統(tǒng)組成，可進行正、反向循環(huán)清洗和開路沖洗。具體循環(huán)回路見表6。

2.4.1 化學清洗工藝

表6 循環(huán)清洗回路

根據(jù)垢成份分析結果決定清洗采用：復合有機酸作為清洗介質(zhì)、水沖洗、檸檬酸漂洗，全鐵小于300mg/L,直接鈍化，鈍化劑采用聯(lián)氨，氨水調(diào)節(jié)pH為9.5～10.0。具體工藝見表7。

2.4.2 鍋爐化學清洗過程

9月4號化學清洗臨時系統(tǒng)安裝開始，9月20日開始清洗，24日結束。3號鍋爐化學清洗后,割管進行檢查，除垢率98.2%，腐蝕速率：5.6g/m2·h。鍋爐化學清洗質(zhì)量達到了“DL/T 794”標準中規(guī)定的鍋爐化學清洗質(zhì)量指標優(yōu)的標準。

表7 化學清洗工藝

3 結語

針對該熱電廠3號鍋爐過熱器內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)及特點，通過鍋爐清洗前的試驗研究和認真細致的準備工作，采用復合有機酸清洗、檸檬酸漂洗、聯(lián)氨鈍化處理這一綜合化學清洗技術應用于該鍋爐的化學清洗。清洗實踐表明，其清洗技術工藝可靠，達到了預期的清洗和鈍化效果。同時也給以后類似參數(shù)、形式的鍋爐的化學清洗工作提供了借鑒。

[1]寇莉莉，王志武，艾永平.12Cr1MoV低合金耐熱鋼氧化膜結構及形成機理研究[J].湖南電力，2008，28（3）：17-20.

[2]張馳，王曉南，等.鐵素體不銹鋼高溫氧化層生長及熱軋粘輥研究[J].東北大學學報，2012，33（2）：195-198．

[3]李長鳴，邱武斌.鍋爐過熱器化學清洗介質(zhì)的研究[J].材料保護，2000，33（10）：42-44.

Research on the Application and Experiment of Boiler Superheaters’Cleaning from a Power Plant

HE Feng-yuan1，WANG Fei1，YANG Ying2
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Chifeng Thermal Power Plant，Chifeng 024000，China）

By the analysis to superheater oxide-scale formation and loss of a power plant boiler and through a lot of tests，the appropriate cleaning cycle formula was selected to clean the boiler superheater oxide-scale.The effect was obvious and the risk of burst pipes was reduced after cleaning.

boiler；superheater；oxide-scale；circular cleaning

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.008

TM621.8

B

2095-3429（2016）04-0035-04

2015-12-28

2016-06-22

何鳳元（1976-），男，黑龍江人，碩士研究生，高級工程師，主要從事發(fā)電廠水處理及熱力設備腐蝕結垢、化學清洗方面的研究。