混床旁流處理在間接空冷系統(tǒng)的應(yīng)用

摘?要：近年來(lái)因特高壓外送建設(shè)的需求，我國(guó)北方地區(qū)新增較多間接空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，尤其是1000MW級(jí)大容量間接空冷機(jī)組如雨后春筍，而間接空冷系統(tǒng)散熱器鋁翅片腐蝕、泄露及防護(hù)一直是電力人探索研究的重點(diǎn)。本文介紹間接空冷系統(tǒng)散熱器鋁翅片運(yùn)行現(xiàn)狀、腐蝕原因和采取的相應(yīng)措施。長(zhǎng)城發(fā)電公司在設(shè)計(jì)初期新增一套間冷旁流處理系統(tǒng)，以控制間冷水pH、電導(dǎo)率，確保間冷系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：間接空冷系統(tǒng);散熱器;腐蝕;pH值

1 間接空冷水系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)間接空冷機(jī)組普遍存在間冷水pH值、電導(dǎo)率、鐵、鋁等離子含量高，間冷系統(tǒng)鋁翅片腐蝕泄露，尤其是新建機(jī)組初期投運(yùn)時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)異常，冷卻三角管束底部與散熱器分配器連接部位泄露嚴(yán)重的問(wèn)題，且國(guó)標(biāo)、電力相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)間接冷卻水控制標(biāo)準(zhǔn)。

2 間接空冷鋁翅片腐蝕因素

（1）pH值。間冷水pH值的高低直接影響間冷系統(tǒng)鋁翅片的腐蝕性能。金屬鋁在水中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)物分為兩個(gè)階段：（1）膠狀A(yù)l（OH）3;（2）Al2O3膜。膠狀A(yù)l（OH）3不能阻止鋁的電化學(xué)腐蝕，只有當(dāng)膠狀A(yù)l（OH）3轉(zhuǎn)化成Al2O3膜后鋁表面發(fā)生鈍化，方可阻止鋁的進(jìn)一步腐蝕。根據(jù)金屬鋁在水中的電位pH圖可以看出：在pH=4.68.3時(shí)，在金屬鋁表面可生成致密的Al2O3膜發(fā)生鈍化，超過(guò)此pH范圍，由于Al2O3膜溶解，進(jìn)而導(dǎo)致鋁腐蝕，在pH=5.7處出現(xiàn)鋁的最小腐蝕。綜合考慮散熱鋁翅片和碳鋼材質(zhì)的循環(huán)水管道，火電廠間冷循環(huán)水pH值控制在7.58.0，可有效防止間冷系統(tǒng)腐蝕。

（2）氧腐蝕。在中性或堿性水中，碳鋼管道主要發(fā)生氧腐蝕。在腐蝕電池的作用下，在陰極表面發(fā)生氧還原反應(yīng)：

O2+2H2O+4e→4OH

在陽(yáng)極表面發(fā)生鐵的氧化反應(yīng)：

Fe→Fe2++2e

在擴(kuò)散和電遷移的作用下Fe2+向陰極移動(dòng)，OH向陽(yáng)極移動(dòng)，兩者與O2發(fā)生一系列反應(yīng)，最終生成Fe3O4、Fe2O3或Fe（OH）2。當(dāng)水的pH<4時(shí)鐵發(fā)生酸性腐蝕，且隨著pH值的降低，腐蝕增大;當(dāng)水的pH在4～9之間時(shí)鐵主要發(fā)生氧腐蝕，與水的pH值基本無(wú)關(guān);當(dāng)水的pH在9～13之間時(shí)鐵表面發(fā)生鈍化，抑制了氧腐蝕，pH越高鈍化膜越穩(wěn)定。

（3）鋁翅片鈍化劑的影響。散熱鋁翅片制造廠商在設(shè)備出廠前采用鈍化工藝處理，如弱堿性MBV法工藝（加熱池液60℃脫脂—清洗—清洗—酸洗—清洗—除鹽水清洗除鹽水清洗鈍化清洗清洗蒸汽養(yǎng)護(hù)）。間冷循環(huán)水系統(tǒng)投運(yùn)前未完全沖洗干凈鈍化劑，水中有鹵素離子存在時(shí)，鹵素離子與Al3+離子結(jié)合不利于Al2O3鈍化膜的形成，加速鋁的腐蝕。

（4）系統(tǒng)問(wèn)題。根據(jù)國(guó)內(nèi)間冷系統(tǒng)運(yùn)行來(lái)看，發(fā)現(xiàn)泄漏較嚴(yán)重的部位常出現(xiàn)在散熱器冷卻三角進(jìn)水不銹鋼膨脹節(jié)與散熱器分配器處，此處因循環(huán)水高速流動(dòng)產(chǎn)生渦流、湍流，沖刷磨損導(dǎo)致此處更易泄漏。

3 應(yīng)對(duì)措施

（1）間冷循環(huán)水加緩蝕劑。間冷水系統(tǒng)中添加氨、聯(lián)氨、磷酸鹽等緩蝕劑，使金屬表面形成保護(hù)膜，減緩金屬腐蝕。

（2）間冷系統(tǒng)存在鋁、碳鋼、不銹鋼三種主要材質(zhì)，電化學(xué)性質(zhì)差異大，易形成電偶腐蝕。參考其他電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在散熱器冷卻三角進(jìn)水不銹鋼膨脹節(jié)與散熱器分配器連接法蘭處增加電絕緣墊片，以避免鋁進(jìn)口管的電偶腐蝕。在散熱器鋁管的進(jìn)口處安裝100mm左右的套管可有效防止腐蝕和泄漏。

（3）間冷循環(huán)水增加混床/陽(yáng)床旁流處理系統(tǒng)。間冷循環(huán)系統(tǒng)因管線長(zhǎng)，系統(tǒng)大，存水量多，采用倒換除鹽水的方法無(wú)法有效解決系統(tǒng)pH高的問(wèn)題，同時(shí)造成除鹽水浪費(fèi)。因此，各電廠經(jīng)技改或新建初期增加間冷旁流處理系統(tǒng)，對(duì)間冷水系統(tǒng)凈化處理。①設(shè)備構(gòu)成。華能內(nèi)蒙古長(zhǎng)城發(fā)電公司2×1000MW超超臨界燃煤空冷發(fā)電機(jī)組間冷水處理初步設(shè)計(jì)為加氨、聯(lián)氨保護(hù)方式，經(jīng)前期調(diào)研最終更改處理方式，增設(shè)一套間冷旁流處理系統(tǒng)，加氨、聯(lián)氨系統(tǒng)保留。旁流處理系統(tǒng)由一臺(tái)5μm自清洗過(guò)濾器加一套出力為80t/h的混床處理設(shè)備串聯(lián)組成。②工作原理。間冷水由間冷系統(tǒng)回水管道經(jīng)增壓泵引接至旁流處理系統(tǒng)，經(jīng)5μm自清洗過(guò)濾器過(guò)濾除去水中泥沙等顆粒物雜質(zhì)后進(jìn)入混床，間冷水中的雜質(zhì)離子（Na+、Ca2+、Al3+、Fe2+、Cl、SO42、HSiO3、NO3等）經(jīng)混床處理后生成水，不會(huì)增加系統(tǒng)的雜質(zhì)離子，處理后的間冷水送至間冷系統(tǒng)供水管道進(jìn)入間冷系統(tǒng)。在新建機(jī)組啟動(dòng)初期，系統(tǒng)pH值高時(shí)，混床內(nèi)只裝填陽(yáng)樹(shù)脂，使pH值降低至控制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。經(jīng)旁流處理系統(tǒng)的間冷水電導(dǎo)率<1μS/cm，pH=7.58.0時(shí)，水的純度提高，離子導(dǎo)電過(guò)程遭破壞，間冷系統(tǒng)鋁翅片、循環(huán)水碳鋼管道的腐蝕得到有效控制。③設(shè)計(jì)優(yōu)越性。a.降低間冷循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕因子，減少系統(tǒng)腐蝕;b.縮短系統(tǒng)間冷循環(huán)水處理時(shí)間;c.常規(guī)除鹽水換水處理方式，單臺(tái)機(jī)組日均耗除鹽水約250—300t，換水周期15—20d，且間冷水質(zhì)易反復(fù)。間冷旁流處理系統(tǒng)可大大減少除鹽水量損耗;d.5μm自清洗過(guò)濾器+混床處理間冷水，間冷水濁度降至0.5NTU以下，使間冷系統(tǒng)鋁翅片表面清潔，提升換熱器換熱效率，間接降低供電發(fā)電煤耗，同時(shí)水中大顆粒被去除，防止沖刷腐蝕;e.長(zhǎng)城發(fā)電公司經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，將間冷旁流系統(tǒng)與制水車間生水換熱熱源有機(jī)結(jié)合，間冷水熱源作為生水換熱熱源，同時(shí)取消汽機(jī)房生水加熱器，降低造價(jià)成本。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)其他電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，國(guó)內(nèi)間冷機(jī)組普遍存在間冷水水質(zhì)超標(biāo)，間冷水系統(tǒng)投運(yùn)后采用倒換除鹽水、加二氧化碳等處理措施，處理效果不佳。目前處理可行方式為加緩蝕劑和混床（陽(yáng)床）旁流處理系統(tǒng)，因間冷系統(tǒng)運(yùn)行周期短，暴露出的問(wèn)題只能后期進(jìn)行處理，比如增加陽(yáng)床等臨時(shí)處理設(shè)備。

華能內(nèi)蒙古長(zhǎng)城發(fā)電公司項(xiàng)目在設(shè)計(jì)初期認(rèn)真調(diào)研其他運(yùn)行間冷機(jī)組，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，增設(shè)自清洗過(guò)濾器+混床的間冷旁流處理系統(tǒng)，有效控制間冷水pH值=7.58.0、電導(dǎo)率<1μS/cm，降低腐蝕因子濃度，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳穎敏.熱力設(shè)備腐蝕與防護(hù).航空工業(yè)出版社出版，1999.

[2]孫彤彤.腐蝕與防護(hù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.

作者簡(jiǎn)介：魏小強(qiáng)（1984—），男，漢族，寧夏銀川人，本科，工程師，電廠化學(xué)技師，從事火力發(fā)電廠化學(xué)運(yùn)行管理工作。