循環(huán)水水質(zhì)對凝汽器管材的適應(yīng)性研究

王軍昌 屈朝霞 張麗格

0 電廠循環(huán)水水質(zhì)現(xiàn)狀

山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司一期機組是2×350MW濕冷機組，凝汽器換熱器設(shè)計為銅管，管材為：主凝結(jié)區(qū)和頂部圓周區(qū)HSn70-1黃銅管，空抽區(qū)為B30白銅管，換熱管共19 000多根，換熱面積共22 280 m2。2017年1月～4月，1#、2#機組凝汽器換熱管均更換為316L不銹鋼管。316 L不銹鋼耐氯離子腐蝕的能力比較強，《火力發(fā)電廠凝汽器管選材導(dǎo)則》（DL/T 712-2000）規(guī)定［1］，凝汽器換熱管為316L的循環(huán)水系統(tǒng)，氯離子含量可以提高到不大于1 000 mg/L，因而循環(huán)水的濃縮倍率可以有所提高。目前生水氯離子為150 mg/L～160 mg/L，考慮到水源水質(zhì)還會進一步劣化，氯離子含量還會進一步有所提高，試驗將以濃縮倍率5倍作為目標。循環(huán)水氯離子濃度將由原來的小于400 mg/L提高到小于1 000 mg/L，循環(huán)水的腐蝕性會大大增強，因此目前藥劑和控制標準不能滿足要求，需要進行緩蝕阻垢試驗，選擇性能優(yōu)良的緩蝕阻垢藥品，確定合理的循環(huán)水運行控制指標。

1 循環(huán)水藥劑配伍方案優(yōu)化研究

本試驗的目的就是選擇滿足要求的阻垢劑和碳鋼緩蝕劑。試驗前需要考慮兩個問題：

1）碳鋼的防腐問題。循環(huán)水濃縮倍率提高后，氯離子濃度提高，對碳鋼和銅管的腐蝕性大大增強。

2）弱酸床的運行終點指標。以往循環(huán)水系統(tǒng)補水方式為60%～80%弱酸床出水＋40%～20%生水。搭配生水，循環(huán)水的濃縮倍率就不能提高，否則會結(jié)垢。

1.1 現(xiàn)場取水樣

正常運行的弱酸床產(chǎn)品水出口，在再生正常合格后的一個完整制水周期內(nèi)等時間間隔等量取樣，即2#弱酸床每小時取一桶水樣，且控制運行終點出水堿度＜2.0 mmol/L。

試驗用水為將水樣等量混合，攪拌均勻水質(zhì)分析如表1所示。

表1 循環(huán)水補充水水質(zhì)分析

1.2 阻垢劑性能篩選

1.2.1 阻垢劑配伍方案研究

根據(jù)水質(zhì)穩(wěn)定劑配制原則，實驗室配制了9種配方的藥劑，均為聚合磷酸鹽類的藥劑。藥劑基本性能指標如表2所示（以配方9為例）。

表2 藥劑基本性能指標

(1)靜態(tài)阻垢性能試驗

根據(jù)△A判斷準則［2］，Klim是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)碳酸鹽不結(jié)垢運行的最大允許濃縮倍率，根據(jù)不同劑量下的△A～K曲線，初步認定藥劑的作用。模擬系統(tǒng)中循環(huán)水量恒定，每隔一定時間測定循環(huán)水的硬度、氯根等指標。當Δ值（φCl--φCa2+）接近0.2時作為試驗終點。對9個配方做濃縮試驗，實驗藥劑濃度分別為20 ppm和40 ppm，在相同濃縮倍數(shù)、相同加藥濃度的情況下，對較各配方的阻垢率：

圖1 各配方的阻垢率對比

可得出阻垢性能優(yōu)劣順序為［3］：

配方9＞配方8＞配方7＞配方6＞配方4＞配方2

（配方1、配方3、配方5阻垢率達不到85%的要求，直接剔除）

所以選擇配方9為最終配方藥劑，并進行最佳投加濃度試驗。

(2)最佳投加濃度的選擇試驗

選擇配方9-1和現(xiàn)有的阻垢緩蝕劑，分別以投加濃度為4 ppm、6 ppm、8 ppm、10 ppm條件下，做濃縮試驗，通過測定不同時間下的水質(zhì)指標，計算阻垢率，選擇滿足要求的最佳投加濃度。以φCl--φCa2+≥0.2作為循環(huán)倍率運行終點的判斷依據(jù)可以得出，配方9阻垢緩蝕劑的最佳投加濃度為8 ppm。

圖2 阻垢劑的△A～K曲線

循環(huán)冷卻水的Klim、pH、JDm及其平均值與阻垢劑量的關(guān)系見表3。L和17.45 mmol/L。

表3 Klim、pH、JDm及其平均值與阻垢劑量的關(guān)系

1.2.2 緩蝕劑配伍方案研究

（1）緩蝕劑篩選試驗

試驗水溫50℃，濃縮倍率5，以補充水量計，阻垢劑為6 mg/L，4種不同的緩蝕劑濃度分別為0、2 mg/L、6 mg/L、10 mg/L條件下，進行試驗，監(jiān)測Q235-A（碳鋼）標準試片腐蝕情況。

圖3 不同緩蝕劑的平均腐蝕速度

從試驗結(jié)果來看，緩蝕劑的用量均為6 mg/L、濃縮倍率5.0的條件下，緩蝕劑2的碳鋼腐蝕速度0.043 4 mm/a，符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050-2007）中碳鋼腐蝕速度≤0.075 mm/a的規(guī)定。

（2）懸轉(zhuǎn)掛片試驗

選定的緩蝕劑在8 ppm的投加濃度下，以4倍濃縮水為掛片液，分別懸掛316L不銹鋼試片，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及溫度（45℃±1.0℃），120h后通過失重計算腐蝕速度，結(jié)果見表4。

表4 不銹鋼腐蝕失重試驗結(jié)果

在8 ppm的投加濃度下，以4倍濃縮水為掛片液，分別懸掛HSn70-1A銅試片，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及溫度（45℃±1.0℃），120h后通過失重計算腐蝕速度，結(jié)果見表5。

表5 銅腐蝕失重試驗結(jié)果

2 試驗結(jié)論及分析

本試驗軟水為補充水、阻垢劑量為8mg/L的條件下，阻垢劑B可以分別實現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在濃縮倍數(shù)4.77和4.83下無碳酸鹽結(jié)垢運行。此種運行工況下循環(huán)冷卻水的極限“1/2Ca2++JDm”分別為17.15 mmol/

2.1 試驗結(jié)論

（1）阻垢劑的阻垢效果優(yōu)良，可以實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)在濃縮倍率5倍下無碳酸鹽結(jié)垢。

（2）316L抗蝕能力較強，腐蝕速度為0.000 2 mm/a～0.000 5 mm/a，符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB 50050-2007）關(guān)于不銹鋼腐蝕速度應(yīng)小于0.005 mm/a的規(guī)定。

（3）阻垢劑對HSn70-1A具有較好的緩蝕效果，HSn70-1A的腐蝕速度為0.000 9 mm/a～0.003 6 mm/a，符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB 50050-2007）關(guān)于銅合金腐蝕速度應(yīng)小于0.005 mm/a的規(guī)定。

（4）碳鋼緩蝕劑對碳鋼的緩蝕效果優(yōu)良。在阻垢劑和緩蝕劑的用量均為6 mg/L、濃縮倍率5倍的條件下，緩蝕劑的碳鋼腐蝕速度分別為為0.043 4 mm/a，符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050-2007）中碳鋼腐蝕速度≤0.075 mm/a的規(guī)定。

（5）阻垢劑以補充水量計的加藥量為6 mg/L；鋼緩蝕劑以補充水量計的加藥量為6 mg/L；銅緩蝕劑以補充水量計的加藥量為2 mg/L。

（6）制定了合理的控制指標：

表6 循環(huán)水指標控制標準

2.2 結(jié)論分析

（1）根據(jù)不同水質(zhì)狀況，研制出多種循環(huán)水阻垢劑，通過實驗室監(jiān)測，選擇出適合現(xiàn)場水質(zhì)的配方阻垢劑；

（2）本研究通過多方面的實驗，從不同角度分析對比藥劑的性能，對循環(huán)水控制指標進行調(diào)整，為提高循環(huán)水濃縮倍率奠定良好的基礎(chǔ)，并通過試驗驗證指標的合理性；

3 應(yīng)用效果及總結(jié)

（1）整個研究過程是采用試驗和現(xiàn)場應(yīng)用相結(jié)合的方法，每一個試驗結(jié)論都是在現(xiàn)場良好的應(yīng)用基礎(chǔ)上得出的，循環(huán)水阻垢劑配方的研制、試驗室對藥劑進行篩選、合適的藥劑進行性能試驗、進行綜合緩蝕阻垢試驗制定控制指標等措施均已在#2循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用，有些良好的安全效果，經(jīng)過一年時間的應(yīng)用，沒有發(fā)生腐蝕和阻垢問題，現(xiàn)場應(yīng)用良好。

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用表明，濃縮倍率從3倍提高到5倍，補水量從600 t/h降到500 t/h，每小時可節(jié)水100噸，兩臺機組每天可節(jié)水4 800 t。若每年以300天計，一年可節(jié)水1.08×106t～1.44×106t，每噸水以3元計，一年至少可節(jié)省300萬元以上。

（2）循環(huán)水系統(tǒng)控制優(yōu)化技術(shù)在現(xiàn)場的應(yīng)用，是確保循環(huán)水系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行最基本的方法和手段，目前國內(nèi)各發(fā)電企業(yè)也在不斷地研究和應(yīng)用此項技術(shù)，且取得了一定的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益此方法可以推廣應(yīng)用到設(shè)計有循環(huán)水系統(tǒng)的電廠。