高溫高壓鍋爐及熱力系統(tǒng)化學清洗研究

上海電力建設啟動調整試驗所有限公司 王婷婷

鍋爐在制造加工環(huán)節(jié)過程中，難以避免會產生帶硅氧化皮，且出廠時，為延長鍋爐使用壽命，通常會選擇在閥門等設備刷涂防腐油劑，此類物質長時間暴露在空氣中，會導致鍋爐金屬表面產生腐蝕性物質。若雜物未及時清除，容易引發(fā)安全危害。為此，需要利用化學方法以及化學藥劑清洗相關設備，去除材料表面污垢。本文研究此項課題，具有十分重要的意義。

1 高溫高壓鍋爐及熱力系統(tǒng)的化學清洗分析

1.1 清洗步驟與方案審查

在實施化學清洗前，需要制定合理、科學的化學清洗方案，并對方案內容進行嚴格審查，依照相關標準規(guī)定，將化學清洗步驟確定為：用水沖洗熱力系統(tǒng)。實施堿洗脫脂，即采用堿洗劑以及堿性溶液，通過皂化、乳化等作用，使金屬表面的植物油、動物脂肪產生皂化反應，形成水溶性肥皂，從而被有效去除；二次水洗。酸洗、三次水洗+漂洗、中和鈍化。同時，還要確?；瘜W處理裝置在應用前具備一定的制水條件，且保證清洗水合格。

此外，在實施高溫高壓鍋爐及熱力系統(tǒng)的化學清洗前，還要明確相關原則與規(guī)范，要求企業(yè)第一時間提交酸洗方案，直至審批通過后才可執(zhí)行。要求清洗方案內需要將設備垢量、污染物成分以及清洗劑用量等內容涵蓋在內，準確標明清洗方式、清洗時間、清洗劑類型，并對各類添加劑提出切實可行的安全措施，制定完善的廢液處理方法。

1.2 清洗范圍與結構特點

以蒸汽壓力在10MPa左右的汽包爐為例，在運行過程中，該鍋爐通常會被安排開展堿煮作業(yè)，在作業(yè)過程中，為有效提高效果，可能會導致鍋爐超負荷運轉，長此以往會造成鍋爐出現(xiàn)了嚴重的腐蝕問題，影響鍋爐后續(xù)的運行狀態(tài)，因此需要聯(lián)系主管部門，對鍋爐的運行狀態(tài)進行詳細分析，并采取相應的優(yōu)化措施，對鍋爐內部和外部進行定期的化學清洗，直到鍋爐能夠恢復到原有的運行狀態(tài)。至于直流鍋爐或蒸汽壓力超過10MPa以上的水冷壁則可直接開展化學清洗，并在清洗過程中預先做好氧化鐵沉積的防治措施，避免蛇形管產生氣塞問題。

同時還要注意，雖然不同類型、不同容量的鍋爐，其結構特點存在較大差異性，難以準確掌握，但對于鍋爐水壓試驗狀況以及正常狀態(tài)下的省煤器、水容積等數(shù)據信息則要及時掌握與了解。

1.3 準備工作

準備工作的主要內容包括：安裝化學清洗系統(tǒng)，利用水壓試驗，測試設備是否能夠穩(wěn)定運行，水壓控制在0.8MPa；要求儲供水符合清洗用水量需要，保持排放系統(tǒng)順暢，在排放過程中，實現(xiàn)灰渣泵的同步啟動；在安裝受熱面的化學清洗臨時系統(tǒng)后，同樣要實施水壓試驗，至于不參與化學清洗的裝置，以及熱力系統(tǒng)則要需化學清洗液保持隔離。且水位計、加藥系統(tǒng)也要與清洗液保持一段距離；通過將汽包安全門作為清洗排氫門，做好尾部煙道出口的封閉管理，使鍋爐清洗液溫度維持在安全標準以內；清洗系統(tǒng)在焊接時需要充分遵循高壓管道的焊接原則，并在焊口打坡口，保證閥門盤根嚴密。

1.4 清洗過程監(jiān)督

清洗過程的監(jiān)督內容主要包括：鍋爐熱力系統(tǒng)在安裝完成后，需要經過水壓試驗，直至試驗通過后才可投入使用；在化學清洗過程中需要將管段作為監(jiān)督重點，并制定好相應腐蝕措施，氫氟酸的含量則要控制在1～1.5%，有機酸濃度需低于10%；為提高清洗效果，需要根據化學清洗方法以及鍋爐機組特征科學選用酸洗緩蝕劑，該試劑不僅可保證被清洗的材料不會出現(xiàn)選擇性腐蝕，也能將均勻腐蝕速度降到最低。

根據實際調查顯示，緩蝕劑的緩蝕率超過98%，且無毒，不會吸附在金屬表面；在酸洗過程中，需要實時調控酸洗液流速，要求其在管中流速在0.2～0.5m/s。通常來說，無機酸清洗溫度應控制在45～95℃，而EDTA氨鹽高溫清洗溫度在120～140℃；鈍化是指金屬經強氧化劑或化學方法氧化處理，使表面轉為不活潑狀態(tài)的過程，屬于化學清洗的重點環(huán)節(jié)，標志著化學清洗完成。此時金屬表面形成自然氧化膜，為避免空氣與金屬表面接觸產生二次附銹，需要采用氮氣或除鹽水頂排[1]。

1.5 質量評定

清洗工作完畢后，監(jiān)理單位的工作人員，以及項目工程主管部門也要充分配合，從整體出發(fā)，對鍋爐的清洗情況進行詳細的分析，并對清洗結果進行檢驗、復核，進行綜合判定，判斷鍋爐是否能夠恢復到原有的運行狀態(tài)下，判斷直流鍋爐的啟動分離器能否正常運行。具體要求表現(xiàn)為：被清洗的機器設備清潔完畢、設備金屬表面無殘留氧化物、設備閥門正常運行、殘余污垢不能超過正常標準、腐蝕總量應小于80g/m2殘余垢量小于15g/m2為優(yōu)良；運行爐的除垢率不小于90%為合格，除垢率不小于95%為優(yōu)良。

2 案例分析

2.1 EDTA化學清洗原理

以往對于鍋爐與熱力系統(tǒng)的化學清洗大多采用鹽酸與檸檬酸的方法，但此類方法的工期相對較長，用水量較大，推廣價值相對較低。若想確保鍋爐機組汽水品質得到切實提升，維持機電設備的穩(wěn)定運行，可采用EDTA化學清洗方法，該方法的優(yōu)勢在于系統(tǒng)布置簡單，清洗效果顯著，能夠實現(xiàn)同一介質一步除垢與鈍化，簡化了清洗工序，減少能耗與水耗，充分發(fā)揮EDTA試劑的絡合作用，溶解金屬表面的四氧化三鐵、氧化鐵、鎂以及銅化合物等沉積物。因此，該方法相較于傳統(tǒng)的檸檬酸、氫氟酸來說，可以有效實現(xiàn)除垢鈍化的同步進行[2]。

2.2 EDTA清洗應用路徑

本文將以某地方電廠作為研究對象，該電廠采用的鍋爐為：1160t/h臨界壓力循環(huán)鍋爐，給水從鍋爐左側經過止回閥后進入省煤器進口集箱，流經中間連接集箱以及懸吊管，之后通過鍋筒給水管道進入鍋筒。而水冷壁則由多根直徑為60mm的鋼管組成，依照受熱狀況，可將其分為32個循環(huán)回路。為了保證鍋爐機組與熱力系統(tǒng)的安全運行，本次清洗對象主要包括水冷壁、省煤器以及汽包。

具體的清洗方案為：第一選擇清洗劑，采用靜態(tài)試驗、動態(tài)試驗最終將EDTA低溫清洗鈍化作為清洗工藝，具體工藝參數(shù)表現(xiàn)為：EDTA銨鹽5%，緩蝕劑0.4%，聯(lián)氨4500mg/L，清洗溫度80～90℃，清洗時間9h，鈍化溫度80～90℃，鈍化時間8～12h。其中，靜態(tài)試驗需要預先配制空白溶液以及清洗溶液。而動態(tài)試驗則需在酸洗平臺完成4h清洗，觀察樣管表面是否清潔，無點蝕，在鈍化后呈現(xiàn)灰色鈍化膜[3]。

第二需要預先采用人工清掃的方式清理凝汽器熱井，注射除鹽水完成沖洗，排空凝汽器，直至注水量達到3/4后加熱。之后加入除油劑，升溫至60℃，再將熱水充入凝汽器，重復上述操作。利用補水泵將水量補充至不銹鋼水位以上，直至淹沒鋼管150mm以上，使用凝泵使水循環(huán)均勻，檢查系統(tǒng)隔離狀況。啟動凝結水泵，打造自循環(huán)體系，再循環(huán)5h后除脂清洗結束。

第三及時從整體出發(fā)，向過熱器內部添加保護液和潤滑液，并檢查設備的運行狀態(tài)，懸掛腐蝕指示牌，對過熱器的運行狀態(tài)進行詳細分析，并分時段的對過熱器的運行狀態(tài)進行定時監(jiān)控，明確保護液的具體范圍和酸堿度值，并保持保護液的濃度始終處于標準的范圍內，濃度維持在200mg/L。在過熱器運行階段也要及時的進行氣管清理，要將氣泡孔封死，防止保護液流出。

第四要開展點火升溫工作，要切實的根據相關的施工要求和工作規(guī)定，構建內外循環(huán)系統(tǒng)，并設置除氧器、省煤器、臨時管路、低加系統(tǒng)。至于升溫方式則選取除氧器加熱以及高壓加熱，其中除氧器加熱的操作步驟為：向除氧器上水至下限，主控與水位計校對一致，化驗除氧水箱水質，若水質不合格則要及時換水，直至水質達標。之后啟動除氧器循環(huán)泵，打開輔助蒸汽除氧器加熱調整門，以2～3℃/min的速率加熱除氧器水，打開除氧器排氧門。至于高壓加熱則是利用汽輪機的部分抽氣對給水實施加熱。在點火升溫的過程中，需要控制好系統(tǒng)的升溫速率，直至溫度提升至90℃，停止加熱，恒溫1～2h。

第五實施堿洗，即采用氫氧化鈉、碳酸鈉或磷酸三鈉配制高強度堿液，以此軟化、乳化、分散沉積物。在實施過程中，需要打造大循環(huán)，并設置完善的運行系統(tǒng)，明確溫度變化情況，設備溫度到60℃后，開始添加堿洗藥品。

第六EDTA清洗，工作人員要積極發(fā)揮循環(huán)系統(tǒng)的作用，從整體出發(fā)，根據規(guī)定標準明確清洗液的配比和容量，并將其準時送入鍋爐中，利用循環(huán)系統(tǒng)輔助加熱進行升溫處理，降低后續(xù)能源的消耗量，降低燃燒量，使溫度能夠始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)下，開展恒溫清洗[4]。在清洗時需要注意，清洗液的酸堿值會呈現(xiàn)小幅度增長，依照清洗化驗狀況，需要將清洗時間維持在6～10h左右，直至酸堿值穩(wěn)定，EDTA濃度在1%～1.5%，在清洗結束后也要及時的保障循環(huán)性和穩(wěn)定性，要采用自然循環(huán)或強制循環(huán)的方式維持設備的正常運轉。

第七鈍化，等清洗液內部鐵離子含量穩(wěn)定后，也要開展后續(xù)的檢查工作，要及時進入鈍化階段，保障清洗液無明顯波動。如果清洗工作結束后，酸堿值仍然不能夠達到規(guī)定標準，不能夠滿足鈍化工作需求，也可以采取人工輔助的方式，在清洗液內部適當增加堿，調整清洗液的酸堿值，保障清洗液能夠始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，控制鈍化參數(shù)，酸堿值9～9.5，溫度115～125℃。

第八排液，在鈍化操作工作完畢后，也要及時的進行排液處理，進行化學廢水、廢氣的處理工作，并采用循環(huán)系統(tǒng)利用設備，開啟汽包孔門，保障設備始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，并開始通風作業(yè)，切除主給水系統(tǒng)的聯(lián)排管道，讓鍋爐內部通風烘干，始終處于穩(wěn)定清潔的運行狀態(tài)下。同時，也可采用人工清理輔助的方式對鍋爐進行有效處理，提高鍋爐清洗的整潔度和完整度，確保鍋爐內部無污染，內部干凈整潔。

2.3 清洗效果評價

在酸洗結束后，工作人員也要切實的對酸洗結果進行檢查和監(jiān)督，并對結果進行復核，明確鍋爐清洗的除垢率，如果存在問題也要及時返修，切實的提高清洗的效果，讓清洗效果符合我國電廠鍋爐化學清洗的標準。但要注意，鈍化時的流速不可過低，且酸堿值不可過高，否則會產生氫氧化鐵沉淀。

由此可知，EDTA化學清洗效果優(yōu)良，適用范圍較廣，且系統(tǒng)結構較為簡易，不會對環(huán)境產生污染，且施工工期較短，具有極高的推廣價值[5]。

3 結語

綜上所述，通過對高溫高壓鍋爐及熱力系統(tǒng)的化學清洗步驟與方案審查開展分析討論，闡述清洗過程的監(jiān)督方法以及質量評定方式，并提出具體的應用案例，以EDTA化學清洗作為研究對象，以此提高電廠的水汽品質，保證鍋爐機組與熱力系統(tǒng)的安全運行，避免產生安全事故。