熱力設(shè)備防銹蝕技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘要：當(dāng)熱的機械裝置處于停止或備用狀態(tài)時，空氣里的水分與氧化物將會滲入其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中，導(dǎo)致設(shè)備表面與空氣中水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成設(shè)備的嚴(yán)重銹蝕，成為機器再次開啟之后高風(fēng)險運行的關(guān)鍵源頭。鑒于此，鄒縣發(fā)電廠開展了停備的防銹蝕方法研究，采用氨水堿化烘干法、成膜胺法、充氮法等方法防銹。應(yīng)用效果表明，這三種方法能夠有效控制設(shè)備表面銹蝕，解決了設(shè)備停止或備用狀態(tài)的銹蝕嚴(yán)重問題。

關(guān)鍵詞：電廠設(shè)備；停用期間；防銹；成膜胺法；氨水堿化烘干法

引言

火力發(fā)電（煤炭和天然氣）發(fā)電行業(yè)規(guī)模巨大，約占全國碳排放的三分之一。近年來火電機組停（備）用時間逐年增多，據(jù)統(tǒng)計魯蘇皖區(qū)域82臺火電機組的平均停（備）用天數(shù)達(dá)到120天左右，在雙碳減排背景下，機組停（備）用時間較多的形勢不可逆轉(zhuǎn)。熱力設(shè)備停（備）用期間的腐蝕比較嚴(yán)重，導(dǎo)致的運行期間的事故也時有發(fā)生，各發(fā)電企業(yè)做好停（備）用熱力設(shè)備防銹蝕工作至關(guān)重要。

熱力設(shè)備銹蝕原理分析

當(dāng)熱的機械裝置處于停止或備用狀態(tài)時，空氣里的水分與氧化物將會滲入其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中，揮發(fā)后覆蓋到材質(zhì)上造成一層濕潤的外部環(huán)境條件。同時由于外部的大部分氣體都含有一定數(shù)量的氧分子，與空氣中水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成設(shè)備的嚴(yán)重銹蝕。設(shè)備金屬材料表面在停用期間發(fā)生的氧化腐蝕過程如下：陽極反應(yīng)：Fe→Fe2++2e；陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e→4OH-。與此同時，陽極反應(yīng)生成的陽離子Fe2+和陰極反應(yīng)生成的陰離子OH-會繼續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成Fe（OH）2和Fe（OH）3 ，經(jīng)脫水而產(chǎn)生的混合產(chǎn)物Fe3O4。

熱力設(shè)備銹蝕危害

因為金屬被侵蝕產(chǎn)生的氧化鐵（Fe3O4）較為稀薄且不易黏附于設(shè)備表面，無法有效地為金屬表面提供有效防護(hù)，一旦侵蝕發(fā)生，則會持續(xù)并擴大。此外，氧化鐵也阻礙了空氣中氧分子的流動，導(dǎo)致金屬表面的氧分子濃度過高，這將會加速金屬的基礎(chǔ)部分的侵蝕速度。

熱力設(shè)備在停（備）用期間若未實施適當(dāng)?shù)陌踩雷o(hù)手段，熱力裝置在非使用狀態(tài)下可能遭受嚴(yán)重侵蝕，導(dǎo)致其表層出現(xiàn)大量的腐蝕凹陷及微型穿孔。由于這種侵蝕主要發(fā)生在熱力設(shè)備處于停止或備用階段，可能成為機器再次開啟之后高風(fēng)險運行的關(guān)鍵源頭。常見典型案例包括汽輪機停用腐蝕、水冷壁停用腐蝕、汽包停用腐蝕。

停（備）用期間常用防銹蝕方法

氨水堿化烘干法

氨水堿化法原理

隨著pH值的升高，金屬陽離子能夠轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子化合物。如鐵離子在pH為10的堿性溶液中，易生成Fe3O4，而Fe3O4是一種致密、堅硬的磁性化合物，能夠以其微小的層狀結(jié)構(gòu)附著到管道表面并形成了對鋼鐵的一種防護(hù)屏障。對于停用熱力系統(tǒng)，可以通過提升冷卻水氨水含量，使凝結(jié)水pH值達(dá)到10以上，在堿性條件下烘干設(shè)備，在設(shè)備表面形成一層致密磁性氧化物膜，有效防止設(shè)備表面生銹。

鍋爐保養(yǎng)的氨水堿化烘干法具體實施

（1）在汽包鍋爐停止運行前的4小時，停止向爐水中添加磷酸鹽和氫氧化鈉。

（2）使用AVT（O）機組作為供水系統(tǒng)，在停止運行前的4小時，開啟旁通冷卻水精脫鹽裝置，增加凝結(jié)水泵出水口的注氨量，使其達(dá)到pH到9.6～10.5，然后關(guān)閉機器。如果凝結(jié)水泵出水口的氨添加不達(dá)標(biāo)，可以啟用給水泵進(jìn)口的氨添加泵來補充氨。依據(jù)發(fā)電機的停運時長設(shè)定停機之前的pH值，若停機時間較長，則pH值應(yīng)取高值。

（3）針對鄒縣發(fā)電廠蒸汽熱力設(shè)備，需要在汽包壓力降低至約為0.6兆帕至1.6兆帕之間時，應(yīng)立即釋放所有剩余的水分；在鍋爐排水完畢后，應(yīng)該啟動凝汽器真空系統(tǒng)，通過啟用一級和二級旁路來對過熱器和再熱器進(jìn)行4小時到6小時的真空抽取。

實施注意事項

（1）在停爐期間，需要定期檢測凝結(jié)水的pH值和電導(dǎo)率。

（2）在確保金屬壁溫度差不超過鍋爐制造商規(guī)定的范圍內(nèi)，盡可能提高排水壓力和溫度。

成膜胺法

成膜胺法原理

成膜胺法采用十八胺停運保護(hù)劑，主要成分包括氨基和十八烷基，其中氨基所含氮原子具有較強負(fù)電性，對鐵原子具有很強的親合作用，十八烷基有憎水性的特征。由于十八胺的獨特性質(zhì)，極易被金屬表面吸附，同時在金屬表面形成一層致密的憎水保護(hù)膜。這層薄膜就能有效阻止?jié)駳膺M(jìn)入到金屬器件里，從而避免了金屬受到不同程度的侵害。

鍋爐保養(yǎng)的成膜胺法

針對鄒縣發(fā)電廠蒸汽熱力設(shè)備采取的成膜胺法保護(hù)方式：在熄火前的4小時內(nèi)，暫停添加磷酸鹽與氫氧化鈉到爐水中，同時也中止使用聯(lián)氨加入量。當(dāng)熱力設(shè)備腔內(nèi)壓力下降至2～3兆帕?xí)r，降低汽包水位至最低允許水位。從熱力設(shè)備入口注入成膜胺，開啟過熱器的空氣排出閥，使成膜胺完全覆蓋過熱器。熱力設(shè)備關(guān)閉運行之后，清除爐內(nèi)積水，利用剩余的熱能烘干熱力設(shè)備。

充氮法

充氮法原理

充氮保護(hù)是為了阻隔空氣。關(guān)于鍋爐的充氮保護(hù)，有兩種主要保護(hù)方式：

（1）氮氣覆蓋保護(hù)：向停用設(shè)備注入氮氣，利用氮氣覆蓋蒸汽空間。當(dāng)鍋爐壓力下降至0.5兆帕?xí)r，開始向鍋爐充氮氣，并維持氮氣壓力在0.03～0.05兆帕，實現(xiàn)氮氣的覆蓋保護(hù)。

（2）氮氣密封保護(hù)：當(dāng)鍋爐停止運作時，需要釋放水分，利用氮氣來封閉水汽空間。當(dāng)鍋爐的壓力下降到0. 5兆帕?xí)r，開始向鍋爐注入氮氣并排出水分，在這個排水和保護(hù)的過程中，維持氮氣壓力在0. 01至0. 03兆帕之間。

短期停爐充氮方法

機組停機前4小時，停止磷酸鹽和氫氧化鈉供應(yīng)，同時停止給水供氧，增加凝結(jié)水出口的氨量，以使給水的pH值維持在9.4～9.6。

鍋爐停爐后當(dāng)過熱器出口壓力降至0.5兆帕?xí)r，應(yīng)立即封閉所有的蒸汽排放口、排水閥及通風(fēng)孔，同時開啟鍋爐的熱交換部分的充氮裝置以注入氮氣。在此期間，需要確保氮氣的壓力穩(wěn)定在0.03～0.05兆帕之間，以便于鍋爐的降溫與保溫處理。

AVT（R）給水工藝機組的長期停爐充氮方法

（1）在停機前的6到8小時，應(yīng)該禁止向汽包鍋爐中添加磷酸鹽和氫氧化鈉。

（2）當(dāng)鍋爐停止工作時，應(yīng)保持凝結(jié)水泵和給水泵處于工作狀態(tài)，增加對凝結(jié)水的聯(lián)氨添加劑的使用量，以確保聯(lián)氨濃度為0.5到10毫克/升之間，pH值應(yīng)調(diào)整到9.6～10.5。

（3）在鍋爐的汽包壓力下降到4兆帕后，通過使用爐水磷酸鹽加藥系統(tǒng)向爐水中添加濃度較高的聯(lián)氨，以確保爐水中的聯(lián)氨濃度能夠達(dá)到5到10毫克/升。

（4）當(dāng)鍋爐的壓力下降到0.5兆帕，關(guān)閉所有與受熱面相連接的疏水門、放水門和空氣門。然后打開充氮閥門并注入氮氣，在此過程中保持氮氣壓力在0.03～ 0.05兆帕之間。

充氮法監(jiān)督和注意事項

（1）氮氣的純度應(yīng)當(dāng)高于99.5%，最低不得低于98%。

（2）在進(jìn)行氮氣保護(hù)的過程中，應(yīng)該定期測量氮氣的壓力、純度以及水質(zhì)。

（3）為設(shè)備安裝專門的氮氣充裝系統(tǒng)，并提供充足的氮氣。鍋爐受熱面應(yīng)設(shè)置多處氮氣充裝口，充氮管道的內(nèi)徑一般不得小于20毫米，適宜選用不銹鋼材料制作。

（4）調(diào)整氮氣系統(tǒng)減壓閥出口壓力至0.5兆帕，當(dāng)鍋爐氣壓下降至此值以下時，氮氣應(yīng)自動注入。

（5）設(shè)備修復(fù)完成之后，應(yīng)該再次進(jìn)行氮氣保護(hù)。

結(jié)論

鄒縣發(fā)電廠開展了停備的防銹蝕方法研究，采用氨水堿化烘干法、成膜胺法、充氮法等方法防銹。應(yīng)用效果表明，該3種方法能夠有效控制設(shè)備表面銹蝕，解決了設(shè)備停止或備用狀態(tài)的銹蝕嚴(yán)重問題。