超超臨界機(jī)組高壓缸積鹽分析及控制方式探討

欒義 萬金錄 侯明暉

摘? 要：通過研究某660MW超超臨界機(jī)組A修化學(xué)靜態(tài)診斷中發(fā)現(xiàn)的高壓缸末級(jí)葉片積鹽問題，分析確定了汽輪機(jī)高壓缸積鹽的原因。結(jié)合實(shí)際情況，提出了通過加氧減緩汽水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕;改用活性胺保養(yǎng)減緩機(jī)組停備用腐蝕;提高化學(xué)儀表準(zhǔn)確性，優(yōu)化水質(zhì)控制;加強(qiáng)機(jī)組啟動(dòng)期間的水質(zhì)控制等一系列優(yōu)化方案，為后續(xù)同類機(jī)組化學(xué)運(yùn)行、監(jiān)督提供建議，減緩汽輪機(jī)高壓缸積鹽問題。

關(guān)鍵詞：超超臨界? 高壓缸積鹽? 加氧處理? 化學(xué)儀表? 停用保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（a）-0077-03

Abstract： By studying the salt accumulation on the blade at the end of the high-pressure cylinder found in the chemical static diagnosis of A 660MW ultra-supercritical unit， the causes of salt accumulation on the high-pressure cylinder of the steam turbine were analyzed and determined. Based on the actual situation， it is proposed to slow down the flow accelerated corrosion of soda water system by adding oxygen. Use active amine maintenance to slow down the standby corrosion of the unit; Improve the accuracy of chemical instruments and optimize water quality control; A series of optimization schemes， such as strengthening water quality control during the start-up of the unit， are proposed for the subsequent chemical operation and supervision of similar units to alleviate the problem of salt accumulation in high-pressure cylinders of steam turbines.

Key Words： Ultra supercritical; High pressure cylinders salification; OT; Chemical instrument; Shut down protection

超超臨界機(jī)組具有更高的熱效率以及顯著的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢[1-2]，是我國當(dāng)前發(fā)展火電機(jī)組首選的高效潔凈發(fā)電技術(shù)。超超臨界機(jī)組溫度和壓力等級(jí)顯著提高，機(jī)組運(yùn)行期間的汽水品質(zhì)要求也大幅提升，一旦機(jī)組運(yùn)行工況或水質(zhì)控制不良，極易造成受熱面和汽輪機(jī)腐蝕、結(jié)垢積鹽[3]，不僅影響機(jī)組的整體效率，而且易引發(fā)爆管等惡性風(fēng)險(xiǎn)。本文對(duì)某660MW超超臨界機(jī)組A修化學(xué)檢查中發(fā)現(xiàn)的高壓缸末級(jí)葉片積鹽現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，并提出預(yù)防措施。

1? 高壓缸外觀檢查及診斷

從圖1可以看出，調(diào)節(jié)級(jí)整體呈銀灰色金屬光澤，第1級(jí)至第3級(jí)局部有微量紅色氧化鐵附著;調(diào)節(jié)級(jí)至第3級(jí)葉片邊緣有沖刷現(xiàn)象，葉片表面有明顯麻點(diǎn)，pH測試為8.1～8.2之間。從圖2中可以看出，第4級(jí)至第7級(jí)整體呈微紅色，通流背汽面有輕微微紅附著物，用軟毛刷可刷除;無明顯腐蝕和沖刷現(xiàn)象，pH測試為8.0～8.2之間。

高壓缸整體狀況良好，積鹽主要分布在高壓缸第6、7級(jí)動(dòng)葉表面;第6級(jí)動(dòng)葉表面積鹽沉積速率為1.41g/（m2.a）;第7級(jí)動(dòng)葉表面積鹽速率為1.58g/（m2.a），屬于二類;高壓缸沒有腐蝕，評(píng)價(jià)屬于一類。

2? 高壓缸末級(jí)葉片積鹽分析

對(duì)高壓缸末級(jí)葉片積鹽進(jìn)行物相、元素分析，結(jié)果顯示高壓缸末級(jí)葉片表面附著物的成分主要以鐵鹽為主，含有少量的Na、Cu、Al等鹽類，結(jié)合其松散的附著狀態(tài)，判斷積鹽為是一種典型的以氧化鐵顆粒積聚行為而產(chǎn)生的高壓缸積鹽現(xiàn)象[4-5]。

3? 高壓缸末級(jí)葉片積鹽來源分析

3.1 Fe鹽

（1）在FAC的作用下，系統(tǒng)或受熱面表面的氧化層被破壞，氧化物基本呈膠態(tài)顆粒狀在水體中攜帶，隨著壓力和溫度的提升，氧化鐵顆粒在蒸汽中溶解，蒸汽在高壓缸做功結(jié)束后，其膠態(tài)氧化顆粒首先沉積在高壓缸通流部位。

（2）機(jī)組停運(yùn)前未采取有效的保養(yǎng)措施或者保養(yǎng)措施選擇不當(dāng)及執(zhí)行不到位等，均會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)表面發(fā)生二次腐蝕，在機(jī)組再次啟動(dòng)時(shí)，污染蒸汽品質(zhì)，導(dǎo)致蒸汽中Fe含量增加。

（3）機(jī)組運(yùn)行期間由于水質(zhì)控制達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)生微酸性腐蝕或pH過量控制下的堿性腐蝕，導(dǎo)致蒸汽中含F(xiàn)e量增加。

（4）機(jī)組啟動(dòng)期間，含F(xiàn)e量的控制是確定沖洗節(jié)點(diǎn)的主要指標(biāo)，由于執(zhí)行不到位，導(dǎo)致水體中含F(xiàn)e量增加，也是導(dǎo)致后期蒸汽中含鐵良增加的重要原因。

3.2 Na鹽

（1）主要來自于補(bǔ)充水以及精處理系統(tǒng)，即使采取了全膜的水處理工藝以及精處理的深度脫鹽處理，補(bǔ)充水和精處理系統(tǒng)出水中依然有微量的Na離子，其溶解在汽水中，隨著蒸汽在高壓缸做功結(jié)束后，在通流部位析出沉積。

（2）凝汽器運(yùn)行狀態(tài)的影響。某公司采取海水直流冷卻，凝汽器的微量滲漏對(duì)凝結(jié)水中Na離子含量的影響較大，也是水汽中Na離子的主要來源。

3.3 Cu鹽

系統(tǒng)材質(zhì)的影響。機(jī)組為全鐵系統(tǒng)，原則上不會(huì)在汽輪機(jī)葉片表面產(chǎn)生Cu鹽附著物。對(duì)給水主管道WB36合金管進(jìn)行元素分析，其中Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～0.8%，另外凝結(jié)水泵葉輪、軸封加熱器以及部分閥門閥芯等材質(zhì)中也含有一定數(shù)量的Cu，在給水系統(tǒng)發(fā)生FAC腐蝕時(shí)，Cu氧化物也隨著氧化顆粒在系統(tǒng)中遷移，最終在汽輪機(jī)葉片沉積。

3.4 鋁鹽

機(jī)組補(bǔ)給水系統(tǒng)的預(yù)處理主要采取液態(tài)聚合鋁作為凈水劑，凈水站出水中會(huì)有微量的Al離子，溶解在補(bǔ)充水中殘余離子，另外Al作為常見的金屬添加劑，水汽系統(tǒng)腐蝕也會(huì)產(chǎn)生，最終沉積在汽輪機(jī)葉片。

4? 解決方法

4.1 減緩汽水系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕

通過系統(tǒng)受熱面流動(dòng)加速腐蝕的控制，減少水汽中的氧化顆粒含量，是降低高壓缸葉片積鹽量的有效方式。而系統(tǒng)受熱面發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕的程度，主要決定于受熱面氧化層的致密性和強(qiáng)度。提高氧化層致密性和強(qiáng)度的途徑，一方面是選用抗氧化能力更強(qiáng)的材料，另一方面是優(yōu)化汽水水質(zhì)，從而提升金屬氧化層的抗腐蝕、沖刷能力。在目前系統(tǒng)材質(zhì)確定的情況下，只有通過水質(zhì)的優(yōu)化調(diào)整來進(jìn)一步減緩流動(dòng)腐蝕，研究結(jié)果證明，通過給水加氧水質(zhì)控制方式，在金屬表面形成Fe3O4和Fe2O3的復(fù)合氧化層，可以大幅度提高氧化層的致密性和抗沖刷能力，其工作原理主要如下：

從式（1）中可以看出，金屬鐵在高溫下和蒸汽發(fā)生氧化反應(yīng)，生成以Fe3O4為主的氧化層，

Fe+H2O=Fe3O4+H2（1）

從圖3中可以看出，以Fe3O4為主的氧化層多孔，致密性相對(duì)較差，易產(chǎn)生流動(dòng)加速腐蝕。

在機(jī)組加氧狀態(tài)下，即從式（2）

Fe3O4+O2=Fe2O3（2）

得出，在高溫作用下，F(xiàn)e3O4被氧化生成Fe2O3，由于Fe2O3粒徑相對(duì)較小，在形成的同時(shí)，被填補(bǔ)進(jìn)Fe3O4氧化層的空隙中，從而形成更加致密耐流動(dòng)腐蝕的“Fe3O4+Fe2O3”的復(fù)合氧化層，見圖4。

4.2 減緩機(jī)組停用期間的腐蝕

由于超超臨界機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，無法實(shí)施傳統(tǒng)的十八胺膜法保養(yǎng)方式，而目前各火力發(fā)電廠均采用常規(guī)的熱爐放水烘干法，該方法只能實(shí)現(xiàn)鍋爐側(cè)的保養(yǎng)，汽機(jī)側(cè)的保養(yǎng)效果明顯下降，在機(jī)組A修過程中，也明顯發(fā)現(xiàn)凝汽器上部的結(jié)露現(xiàn)象，說明汽機(jī)側(cè)濕度較大，也是發(fā)生停用腐蝕的主要位置。目前的試驗(yàn)研究及現(xiàn)場驗(yàn)證證明，一種低分子活性胺的膜法保養(yǎng)劑能夠替代傳統(tǒng)的十八胺，具有全熱力系統(tǒng)受熱面的保養(yǎng)效果，建議在機(jī)組停運(yùn)前進(jìn)行使用。

4.3 提高化學(xué)儀表準(zhǔn)確性，優(yōu)化水質(zhì)控制

控制超超臨界機(jī)組水汽品質(zhì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要 多專業(yè)配合、全流程監(jiān)督[7-8]。水汽系統(tǒng)化學(xué)監(jiān)督依靠的最重要在線化學(xué)儀表包括在線（氫）電導(dǎo)率表、pH 表、鈉表和溶解氧表。國外化學(xué)控制導(dǎo)則稱這 4 種在線化學(xué)儀表為核心儀表，國內(nèi)有些電力公司稱其為關(guān)口表或關(guān)鍵儀表。確保這4種在線化學(xué)儀表測量準(zhǔn)確， 并控制其測量值在合格范圍內(nèi)，基本上就可以有效防止熱力設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢和積鹽問題。

4.4 加強(qiáng)機(jī)組啟動(dòng)期間的水質(zhì)控制

要嚴(yán)格按照國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制機(jī)組啟動(dòng)前冷熱態(tài)沖洗，嚴(yán)格按照“爐水不合格不點(diǎn)火、蒸汽不合格不沖轉(zhuǎn)、凝水不合格不回收”的“三不”要求做好整組啟動(dòng)間的水質(zhì)控制，提升水汽品質(zhì)，防止停備用期間腐蝕產(chǎn)物沉積到受熱面和汽輪機(jī)葉片。

5? 結(jié)語

通過相關(guān)技術(shù)管理措施的優(yōu)化調(diào)整，做好機(jī)組熱力系統(tǒng)受熱面腐蝕控制，優(yōu)化汽水品質(zhì)和運(yùn)行工況，可減緩高壓缸通流部位的積鹽沉積速率，對(duì)于提升機(jī)組運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

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