超臨界運行機組熱力系統(tǒng)分段化學清洗*

史 妮，梅其政，曾小義，王 鋼

(1 重慶電力高等?？茖W校，重慶 400053；2 國電投新昌發(fā)電有限公司，江西 南昌 330117)

近年來，隨著大容量超(超)臨界機組和新型水處理設備相繼投入運行，鍋爐高溫受熱面多采用鐵素體鋼和奧氏體鋼材料，管壁在高溫水蒸氣作用下生成氧化皮是不可避免，嚴重時會造成過熱器管堵塞而導致發(fā)生爆管事故，嚴重影響機組的安全、經濟運行[1-2]。我國電力行業(yè)相關標準規(guī)定[3-4]，當運行機組過熱器垢量超過400 g/m2，或發(fā)生氧化皮脫落而造成爆管事故時，可進行化學清洗。隨著化學清洗技術水平、清洗介質、緩蝕劑、鈍化劑、清洗標準、工藝水平等方面的發(fā)展和提高，相關單位實施了很多成功的清洗案例[5-8]。某電廠4×600 MW 機組2號機組為上海鍋爐廠有限公司生產的SG1913/25.4-M957型鍋爐，運行時間近15年，割管檢查發(fā)現過熱器尤其是末級過熱器有很嚴重氧化皮問題，時常有氧化皮脫落引起爆管現象。為提高機組受熱面內表面的清潔程度，改善水汽系統(tǒng)的水汽品質，增大機組的傳熱效率，廠方在充分調研是換管還是進行化學清洗的基礎上，最終選擇進行化學清洗。

1 清洗前準備

1.1 清洗垢量及成分分析

受熱面垢量測定根據DL/T 794-2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》中的方法測定，根據管徑大小，確定其截取的長度和管壁加工的厚度，將割下的管段截取長100 mm的一段，在車床上切削其外壁，使管樣壁厚為1.0 mm左右。各材料垢量測定結果見表1。

表1 受熱面管樣垢量測定結果

從表1得出所有熱力系統(tǒng)受熱面的垢量都已經達到導則中規(guī)定的清洗要求，能譜分析(EDS)其成份結果表明受熱面內表面垢物成份主要為鐵和鉻的氧化物，其中末級過熱器垢量非常大，清洗時需要采取合適的清洗工藝和手段保證清洗質量。

1.2 清洗工藝的確定

根據鍋爐結構進行小型靜態(tài)實驗和動態(tài)模擬實驗確定，檢驗清洗效果和緩蝕效果，確定最佳化學清洗工藝。同時嚴格按照GB/T 4334-2008《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕實驗方法的規(guī)定進行晶間腐蝕實驗》規(guī)定方法，考察清洗液對敏化的奧氏體鋼是否產生晶間腐蝕。最終根據實驗結果與甲方協商確定了有機復合酸(5%～7%)(甲酸+羥基乙酸)+緩蝕劑(0.5%～0.7%)+還原劑(根據Fe3+含量添加)+助溶劑(0.3%～0.5%)+其它助劑(0.3%～0.5%)的分階段酸洗工藝，此工藝不會對奧氏體鋼(如TP341H、T23、T91)產生晶間腐蝕。

1.3 清洗回路確定

根據鍋爐和過熱器特點及參數，滿足相應標準中大流量沖洗的要求[3-4]，同時結合水冷壁、省煤器及過熱器等熱力設備受熱面垢量的分布情況，沖洗及酸洗回路可劃分為六個回路，進行分階段沖洗和酸洗，有效保證沖洗和清洗質量[9]。其中，一、二、三回路為水沖洗回路，四、五、六回路為酸洗回路，具體劃分如圖1～圖6所示。

圖1 一回路(鍋爐本體沖洗-啟動分離器前)

圖2 二回路(鍋爐本體整體沖洗)

圖3 三回路(過熱器沖洗)

圖4 四回路(末級過熱器單獨酸洗)

圖5 五回路(過熱系統(tǒng)整體酸洗)

圖6 六回路(鍋爐本體及過熱器整體酸洗)

1.4 清洗范圍及清洗期間除鹽水系統(tǒng)要求

化學清洗范圍包括鍋爐本體(省煤器、水冷壁、啟動分離器等)和過熱器系統(tǒng)，化學清洗系統(tǒng)(包括臨時系統(tǒng))的水容積約400 m3。清洗前為保證清洗期間用水要求，所有除鹽水箱貯滿除鹽水，除鹽系統(tǒng)再生好并處于備用狀態(tài)，除鹽水連續(xù)供水能力達到300～400 t/h，并且能夠連續(xù)供水6～8 h?？倐€清洗期間需要用水約10000 m3，期中酸洗廢液約3000 t。

2 化學清洗過程實施

臨時清洗系統(tǒng)安裝完成并進行完水壓試驗合格，爐膛頂部、煙道內腳手架已搭好便于清洗過程中過熱器摸管試驗，除鹽水系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)、安保及通訊系統(tǒng)等清洗前準備工作就緒后，進行化學清洗。

2.1 化學清洗工藝步驟與控制要求

表2 熱力系統(tǒng)化學清洗工藝步驟與控制要求

2.2 化學清洗過程實施

2.2.1 鍋爐水沖洗及過熱器注水排空氣

按一、二回路對鍋爐進行水沖洗，省煤器和水冷壁沖洗合格后，給鍋爐及過熱器上滿水，及時排除系統(tǒng)中空氣。

2.2.2 大流量沖洗

沖洗大罐上滿水，啟動沖洗泵按三回路通過臨時系統(tǒng)管道對系統(tǒng)進行大流量沖洗。沖洗的同時施工人員進入爐膛，用橡膠榔頭敲擊過熱器管底部彎頭，過熱器的排空氣門間斷打開，將過熱器內的空氣排出，確保過熱器系統(tǒng)內U型及W型彎管中的氣塞現象消除；進行變流量沖洗，流量最大時同時啟動兩臺清洗泵和一臺大流量沖洗泵并聯運行，使大流量沖洗水流量大于4000 m3/h，確保熱器管流速都達到2 m/s以上，從而保證過熱器管道脫落的氧化皮等沉積物沖出。

2.2.3 升溫試驗及末級過熱器摸管檢查

輔助蒸汽加熱，啟動臨時系統(tǒng)的表面加熱器，按三回路進行升溫試驗及清洗模擬試驗。清洗泵出口溫度達到50 ℃左右，進行摸管試驗，采用安裝的臨時在線壁溫監(jiān)測系統(tǒng)找出溫升有異常的過熱器管，然后人工觸摸復核，反復多次確認無異常管道，升溫試驗及檢查合格方可進行酸洗。

2.2.4 末級過熱器單獨酸洗

摸管結束后，向清洗箱中均勻加入緩蝕劑，加藥完畢，循環(huán)30 min，再按四回路建立循環(huán)，當回液溫度達60 ℃開始加酸，按比例加入有機復合酸和清洗助劑，同時根據Fe3+濃度化驗情況適當添加還原劑，整個清洗過程嚴格控制Fe3+<300 mg/L，可根據泡沫大小情況添加適量消泡劑。維持溫度85±5 ℃，當溫度達到80 ℃后開始計時，對末級過熱器進行單獨酸洗，啟動另一臺清洗泵，兩臺泵同時并聯運行，以增加清洗流速。酸洗時每小時化驗一次清洗液，待出口全鐵離子總量2～3次取樣化驗基本不變，出口酸的濃度2～3次取樣化驗基本不變，且酸度<3%時，更換清洗液進行下一次酸洗。

2.2.5 過熱系統(tǒng)整體酸洗

末級過熱器單獨酸洗并沖洗干凈后，建立五回路循環(huán)升溫，回液溫度達60 ℃時，向清洗箱中均勻加入緩蝕劑，加藥完畢，循環(huán)30 min，然后開始加有機復合酸和清洗助劑，同時根據Fe3+濃度化驗情況適當添加還原劑，整個清洗過程嚴格控制Fe3+<300 mg/L，可根據泡沫大小情況添加適量消泡劑。維持溫度(85±5)℃，當溫度達到80 ℃后開始計時，對過熱系統(tǒng)整體進行酸洗。酸洗開始每小時化驗一次清洗液，監(jiān)視管段大部分垢已清除，待出口全鐵離子總量2～3次取樣化驗基本不變，出口酸的濃度2～3次取樣化驗基本不變，結束酸洗。

2.2.6 過熱系統(tǒng)整體酸洗后水沖洗

過熱系統(tǒng)整體酸洗結束后，排空酸洗液迅速向上水沖洗，沖洗過程注意對死區(qū)及盲區(qū)的沖洗，沖洗至出水基本澄清，pH值大于5后即可。

2.2.7 鍋爐本體及過熱器整體酸洗

鍋爐本體沖洗干凈后，啟動分離器上滿水，關閉啟動分離器空氣門按六回路建立循環(huán)，當回液溫度達60 ℃時，先向清洗箱中均勻加入緩蝕劑，加藥完畢，循環(huán)30 min，再開始加酸，加酸速度不能太快，應按比例均勻加入有機復合酸和清洗助劑，同時根據Fe3+的情況適當添加還原劑，控制Fe3+<300 mg/L，根據泡沫大小可加適量消泡劑。維持溫度85±5 ℃，當溫度達到80 ℃后開始計時，對鍋爐本體及過熱器進行酸洗。酸洗開始計時后，啟動另一臺清洗泵，兩臺泵同時并聯運行，增加清洗流速。酸洗時每小時化驗一次清洗液，待出口全鐵離子總量2～3次取樣化驗基本不變，出口酸的濃度2～3次取樣化驗基本不變，監(jiān)視管段清洗干凈，結束酸洗。

2.2.8 鈍化前水沖洗

檢查水冷壁及過熱器監(jiān)視管，確認已清洗干凈后，先用清洗泵頂出酸洗液，然后沖洗鍋爐本體，再沖洗過熱器系統(tǒng)，最后啟動沖洗泵進行鍋爐本體及過熱器整體大流量循環(huán)水沖洗，待沖洗出水pH值大于5，全鐵小于50 mg/L，沖洗結束。

2.2.9 鈍 化

沖洗合格后，系統(tǒng)循環(huán)升溫，待溫度達到65 ℃時加入丙酮肟鈍化劑，用氨水調節(jié)pH值大于10.5，控制溫度90～95 ℃?；匾簻囟冗_到，85 ℃開始計時，循環(huán)12 h結束。

2.2.10 鈍化后水沖洗

鈍化結束后，先用保護液(即用氨水調pH值9～10)頂出鈍化液，頂排完后進行大流量沖洗，直到沖洗水出口澄清且無雜物，全鐵含量小于1 mg/L。最后對水汽系統(tǒng)取樣、排氣、疏放水、相關熱工和化學儀表等熱力系統(tǒng)盲區(qū)管路進行水沖洗，縮短機組水汽品質合格時間，加快機組啟動。

2.2.11 過熱器再次摸管檢查確認

鈍化后水沖洗結束，加熱沖洗大罐沖洗水，溫度升高60 ℃時，建立閉式循環(huán)，啟動沖洗水泵，進行大流量循環(huán)沖洗過熱器系統(tǒng)。利用在線壁溫監(jiān)測和人工熱成像復核驗證，保證過熱器內所有管路沖通。

3 化學清洗期間主要監(jiān)控指標變化

化學清洗過程主要包括鍋爐本體水沖洗、過熱器大流量沖洗、升溫試驗及過熱器摸管、末級過熱器初次酸洗，過熱器整體酸洗，鍋爐本體及過熱器酸洗、酸洗后水沖洗、鈍化、鈍化后水沖洗等步驟。整個酸洗分為三個階段共計84 h，其中末級過熱器初次酸洗用時36 h，過熱器整體酸洗用時26 h，鍋爐本體及過熱器酸洗用時22 h，經過理論計算三次酸洗清除鐵垢(以Fe3O4計)約9噸。各酸洗階段主要監(jiān)控指標如圖1所示。

圖7 酸洗階段主要監(jiān)控指標

4 清洗結果評價

(1)不同材質腐蝕指示片平均腐蝕速率何腐蝕總量均遠遠小于DL/T794-2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》所規(guī)定的8 g/(m2·h)和80 g/m2，其中為vT23為0.29 g/(m2·h)，vT91為0.38 g/(m2·h)，vTP341H為0.12/(m2·h)，vSA-210C為0.63 g/(m2·h)，v15CrMoG為0.69 g/(m2·h)。

(2)清洗結束對過熱器管、水冷壁管及省煤器管進行了割管檢查，檢查發(fā)現表層氧化皮徹底清除，無沉積物，內表面光潔，無鍍銅、無金屬粗晶析出及晶間腐蝕等現象，測得末級過熱器管(T23)的剩余垢量為7.02 g/m2，末級過熱器管(T91)剩余垢量未12.68 g/m2，省煤器管剩余垢量為5.59 g/m2，水冷壁管剩余垢量為7.21 g/m2，除垢率均大于95%。

(3)清洗后的熱力設備內表面形成了完整、均勻、致密的鈍化保護膜，無二次銹蝕及點蝕現象。

(4)機組啟動后，水汽品質很快達到GB/T12145-2016《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》要求，熱力設備無超溫過熱等現象，空氣預熱器進口煙溫降低近15 ℃，明顯提升了鍋爐熱效率，化學清洗效果顯著。

(5)清洗效果總體評價為優(yōu)良。

5 工程經驗及建議

5.1 臨時系統(tǒng)安裝

(1)化學清洗系統(tǒng)安裝嚴格按照國家電力建設及安裝的有關規(guī)定執(zhí)行，清洗系統(tǒng)中的焊口應符合中壓焊接工藝規(guī)程和技術要求，每個焊口至少兩道，并且進行氬弧焊打底，并確保清洗介質嚴密不漏。

(2)化學清洗中，凡與酸液接觸的閥門，特別是臨時閥門，其內部不得有銅部件，防止酸洗過程中出現鍍銅現場，組裝時應確保連接的可靠性；安裝后的閥門應靈活可靠，嚴密不漏且無卡澀現象。

(3)溫度、壓力、流量測點及取樣點、常規(guī)操作的閥門應盡量集中，安裝在道路暢通、照明充足的地方。

(4)臨時系統(tǒng)管道安裝前，管內雜物一定要清理干凈，以免損壞清洗泵和閥門。

5.2 熱力系統(tǒng)的隔離

(1)鍋爐及過熱器上的儀表管道、加藥管道、排污管道、取樣管道、疏水管道等凡與清洗系統(tǒng)相連接的管道，其一次門在水壓試驗以后用水沖洗干凈并關死，酸洗后再進行沖洗。

(2)化學清洗系統(tǒng)中凡與其他機組相連的設備、管道等都應進行嚴格的隔離，以免酸液竄到其他設備里去，過熱器減溫水閥門全部關死。

(3)臨時系統(tǒng)蒸汽管道、酸洗進回液主管道必需進行臨時保溫。

(4)爐膛的封閉要求嚴密，觀察孔、入孔、煙風道等部位在清洗期間必須具備封閉條件，減少散熱損失。

5.3 清洗前藥品及工藝

(1)針對熱力系統(tǒng)材質復雜，多奧氏體鋼，必須進行小型靜態(tài)試驗和動態(tài)模擬試驗，選擇合適的清洗工藝；

(2)所有用到的所有清洗藥品在清洗前必須經過相應的評價實驗，確保無引起奧氏體鋼晶間腐蝕的鹵族(如氯離子)離子等的存在。

5.4 清洗過程

(1)過熱器化學清洗最大的難點是采取有效措施保證過熱器管的暢通和防止氣塞現象出現，必須選擇大流量和高揚程的耐腐蝕泵，實施過程中可選擇電廠凝結水泵進行大流量循環(huán)沖洗，如一些原因選擇不了凝結水泵，可考慮幾臺泵并聯運行提高流量，串聯運行提高揚程，必須保證不出現氣塞和過熱器管堵塞而沒發(fā)現的情況；本次工程根據過熱系統(tǒng)各部位垢量的差異，選擇大流量的沖洗、分階段酸洗方式，防止了垢量少的部分出現過洗，同時增大清洗流速使氧化皮迅速溶解和剝落及沖通。

(2)水沖洗和酸洗過程中可能有剝離下來的氧化皮，每次酸洗后的水沖洗結束后，需拆除臨時系統(tǒng)上的機械過濾器，收集過濾器濾下的氧化皮，同時進入清洗箱，人工清掃清洗箱內沉積的氧化鐵，防止在鈍化過程中隨鈍化液進入到熱力系統(tǒng)中去。

(3)酸洗過程中，需要實時采取合適手段進行過熱器壁溫監(jiān)控，經過溫度復核如發(fā)現有個別阻塞或堵死的管子，作出標記，并做好記錄，先不做割管處理，等整個清洗工作結束后再進行割管更換。

5.5 酸洗后廢液采取焚燒法處理

本次酸洗共產生有機復合酸洗廢液約2500噸，將有機酸廢水的pH值調節(jié)到8.5左右，通過焚燒泵與噴嘴把廢水噴入爐膛內焚燒[10]，對鍋爐燃燒和周圍環(huán)境均無不良影響，減少了廢液處理工藝環(huán)節(jié)，大大節(jié)約了整個清洗成本。