一種高垢量過(guò)熱器化學(xué)清洗工藝的應(yīng)用

洪小江，張建軍

（江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠，江西豐城 31100）

0 前言

江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠建設(shè)2臺(tái)660MW超臨界燃煤機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)組分別于2007年1、5月投入商業(yè)運(yùn)行。兩臺(tái)機(jī)組鍋爐均為上海鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，型號(hào)為SG-2102/25.4-M959，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，Π型爐。

2017年5號(hào)機(jī)組A修并網(wǎng)后鍋爐過(guò)熱器連續(xù)發(fā)生3次爆管，平均1月1次，經(jīng)濟(jì)損失巨大。爆管位置集中在末級(jí)過(guò)熱器，爆管材質(zhì)為T(mén)91，檢查發(fā)現(xiàn)該級(jí)過(guò)熱器氧化皮厚度最高達(dá)0.44 mm，垢量達(dá)2651.2 g/m2。研究分析機(jī)組啟停階段溫差變化大，氧化皮脫落堵塞是導(dǎo)致過(guò)熱器頻繁爆管的主要原因[1]。

豐城二期發(fā)電廠末級(jí)過(guò)熱器管道氧化皮結(jié)垢嚴(yán)重，避免末級(jí)過(guò)熱器清洗不徹底或分隔屏、后屏過(guò)熱器過(guò)洗等可能的發(fā)生，采用三段清洗工藝對(duì)分隔屏、后屏、末級(jí)三級(jí)過(guò)熱器進(jìn)行化學(xué)清洗，取得了較好的清洗效果。

1 5、6號(hào)鍋爐過(guò)熱器清洗前氧化皮形貌及分析

過(guò)熱器氧化皮是金屬在高溫水汽中發(fā)生氧化的結(jié)果[2]，主要成分為磁性Fe3O4，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，過(guò)熱器換熱管內(nèi)壁氧化皮的厚度不斷增加，可達(dá)數(shù)千克每平方米。豐城二期發(fā)電廠兩臺(tái)機(jī)組已運(yùn)行10年，氧化皮問(wèn)題在2017年集中爆發(fā)。經(jīng)割取過(guò)熱器管樣，觀察分析5、6號(hào)機(jī)組鍋爐過(guò)熱器氧化皮情況，不同材質(zhì)氧化皮情況如表1、表2所示。

表1 5號(hào)鍋爐過(guò)熱器管不同材質(zhì)氧化皮情況

表2 6號(hào)鍋爐過(guò)熱器管不同材質(zhì)氧化皮情況

由表1、表2可知，兩臺(tái)機(jī)組鍋爐末級(jí)過(guò)熱器出口段T91管材氧化皮形成量最大，垢量達(dá)2 600 g/m2以上，外觀檢查均有不同程度的脫落，其內(nèi)壁氧化皮宏觀形貌如圖1、圖2所示：

圖1 5號(hào)爐末過(guò)出口

圖2 6號(hào)爐末過(guò)出口

2 過(guò)熱器三段清洗工藝

當(dāng)過(guò)熱器、再熱器垢量達(dá)400 g/m2或發(fā)生氧化皮脫落造成爆管事故時(shí)，可進(jìn)行酸洗[3]。針對(duì)豐城二期發(fā)電廠過(guò)熱器管不同部位氧化皮量差異大的特點(diǎn)，為保證清洗效果，防止發(fā)生末級(jí)過(guò)熱器清洗不徹底或前兩級(jí)過(guò)熱器過(guò)洗的情況，研究決定采用三段清洗工藝，經(jīng)小型試驗(yàn)證明三段清洗工藝完全可行，并效果顯著。

典型的過(guò)熱器清洗系統(tǒng)[4]如圖3所示。

圖3 典型過(guò)熱器清洗系統(tǒng)

典型過(guò)熱器清洗采用分隔屏、后屏、末級(jí)過(guò)熱器串聯(lián)正洗的方式，豐城二期發(fā)電廠針對(duì)末級(jí)過(guò)熱器高垢量的特點(diǎn)，對(duì)典型過(guò)熱器清洗系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將末級(jí)過(guò)熱器另做一個(gè)清洗回路，先末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)行單獨(dú)逆流清洗，再將末級(jí)、后屏、分隔屏過(guò)熱器串聯(lián)進(jìn)行逆流清洗，改進(jìn)后清洗系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后過(guò)熱器清洗系統(tǒng)

1-清洗藥箱，2-清洗泵入口濾網(wǎng)，3-清洗泵，4-流量計(jì)，5-清洗液進(jìn)口接口，6-末級(jí)過(guò)熱器，7-分隔屏過(guò)熱器，8-后屏過(guò)熱器，9-清洗液出口總閥，10-表面式加熱器，11-腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，12-廢液池，13-除氧器，14-分隔屏進(jìn)口隔離閥，15-末過(guò)單獨(dú)清洗出口閥

3 過(guò)熱器三段清洗工藝步驟及效果

按照清洗系統(tǒng)圖，完成臨時(shí)系統(tǒng)安裝試運(yùn)和水沖洗，根據(jù)小型試驗(yàn)確定，選用催化檸檬酸為清洗介質(zhì)，添加過(guò)熱器酸洗專(zhuān)用緩蝕劑以及相關(guān)清洗助劑，分三個(gè)階段進(jìn)行清洗。

3.1 第一階段清洗

第一階段清洗為末級(jí)過(guò)熱器單獨(dú)清洗，5、6號(hào)爐過(guò)熱器清洗酸液總濃度分別為10.7%、9.76%。第一階段清洗終點(diǎn)總鐵濃度分別為7802mg/L、5841mg/L，剩余酸濃度分別為7.68%、7.42%，耗時(shí)分別為46.5h、48h。

第一階段清洗后，從監(jiān)視管看，末級(jí)過(guò)熱器監(jiān)視管大部分已得到清洗，露出黃色富鉻層，但仍部分部位存在明顯氧化皮層，洗后摸管檢查無(wú)堵管。以5號(hào)機(jī)組為例，第一階段清洗過(guò)程中酸濃度及總鐵含量隨時(shí)間的變化曲線如圖5所示，清洗后監(jiān)視管形貌如圖6所示。

圖5 5號(hào)機(jī)組第一階段清洗過(guò)程中酸濃度及總鐵含量隨時(shí)間的變化曲線

圖6 5號(hào)機(jī)組末過(guò)出口第一階段清洗后監(jiān)視管形貌

3.2 第二階段清洗

經(jīng)第一階段清洗后，末級(jí)過(guò)熱器氧化皮去除大概在60%左右，殘余垢量與分隔屏、后屏相差不大，進(jìn)行第二階段末級(jí)過(guò)熱器、分隔屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器串聯(lián)清洗。

第二階段清洗重新配制酸洗液，5號(hào)、6號(hào)爐過(guò)熱器清洗酸液總濃度分別為10.32%、10.21%。第一階段清洗終點(diǎn)總鐵濃度分別為7148mg/L、5056mg/L，剩余酸濃度分別為7.53%、8.11%，耗時(shí)分別為34h、39.5h。

第二階段清洗后，從監(jiān)視管看，末過(guò)表層氧化皮洗凈，完全露出黃色富鉻層，后屏表層氧化皮完全洗凈，殘余黃色富鉻層，分隔屏氧化皮已完全清洗干凈，殘余少量富鉻層，洗后摸管檢查均無(wú)堵管。以5號(hào)機(jī)組為例，第二階段清洗過(guò)程中酸濃度及總鐵含量隨時(shí)間的變化曲線如圖7所示，清洗后監(jiān)視管形貌如圖8、圖9和圖10所示。

圖7 5號(hào)機(jī)組第二階段清洗過(guò)程中酸濃度及總鐵含量隨時(shí)間的變化曲線

圖8 末過(guò)第二階段清洗后形貌

圖9 后屏第二階段清洗后形貌

圖10 分割屏第二階段清洗后形貌

3.3 第三階段清洗

第三階段清洗與第二階段完全相同，末級(jí)過(guò)熱器、分隔屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器三級(jí)過(guò)熱器再次串聯(lián)加強(qiáng)清洗。

第三階段清洗重新配制酸洗液，5、6號(hào)爐過(guò)熱器清洗酸液總濃度分別為7.8%、9.16%。第一階段清洗終點(diǎn)總鐵濃度分別為4 450 mg/L、4 825 mg/L，剩余酸濃度分別為5.76%、7.00%，耗時(shí)分別為33.5 h、34.5 h。

第三階段清洗后，從監(jiān)視管看，分隔屏和后屏過(guò)熱器管的表層氧化皮和富鉻層均已清洗干凈，末過(guò)T91和TP347H過(guò)熱器管的表層氧化皮已清洗干凈，T91保留少量富鉻層，TP347H保留大部分富鉻層。以5號(hào)組為例，第二階段清洗過(guò)程中酸濃度及總鐵含量隨時(shí)間的變化曲線如圖11所示，清洗后監(jiān)視管形貌如圖12、圖13和圖14所示。

圖11 5號(hào)機(jī)組第三階段清洗過(guò)程中酸濃度及總鐵含量隨時(shí)間的變化曲線

圖12 末過(guò)第三階段清洗后形貌

圖13 后屏第三階段清洗后形貌

圖14 分割屏第三階段清洗后形貌

4 清洗效果評(píng)價(jià)

4.1 氧化皮去除率

5號(hào)、6號(hào)機(jī)組分隔屏和后屏過(guò)熱器管的表層氧化皮和富鉻層均清洗干凈，氧化皮去除率99%以上，末級(jí)過(guò)熱器T91和TP347H過(guò)熱器管的表層氧化皮清洗干凈，T91保留少量富鉻層，TP347H保留大部分富鉻層，氧化皮去除率96%以上。兩臺(tái)機(jī)組過(guò)熱器分別清洗出氧化皮7.6 t、5.3t。垢量最大過(guò)熱器管垢量去除率見(jiàn)表3。

表3 5、6號(hào)機(jī)組末過(guò)清洗前后垢量

4.2 腐蝕總量及腐蝕速率

5號(hào)機(jī)組過(guò)熱器腐蝕指示片（材質(zhì)包括T12、T23、T91、TP347H）中T23腐蝕量最大，平均腐蝕速率為0.41 g/（m2·h），腐蝕總量為46.6 g/m2；#6機(jī)組過(guò)熱器腐蝕指示片（材質(zhì)包括T12、T23、T91、TP347H）中T12腐蝕量最大，平均腐蝕速率為0.41 g/（m2·h），腐蝕總量為49.97 g/m2；均優(yōu)于清洗導(dǎo)則要求。5號(hào)、6號(hào)機(jī)組各階段腐蝕指示片腐蝕總量及腐蝕速率見(jiàn)表4。

表4 5、6號(hào)機(jī)組各階段腐蝕指示片腐蝕總量及腐蝕速率

4.3 奧氏體鋼晶間腐蝕

化學(xué)清洗后，對(duì)過(guò)熱器三個(gè)階段化學(xué)清洗中用于腐蝕監(jiān)測(cè)的TP347H材質(zhì)腐蝕試片在200倍金相顯微鏡下的微觀檢查，未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕特征。TP347H腐蝕試片表面金相顯微形貌如圖15所示。

圖15 TP347H腐蝕試片表面金相顯微形貌

5 結(jié)語(yǔ)

1）采用三段清洗工藝能完全清洗掉高垢量過(guò)熱器管內(nèi)氧化皮，氧化皮去除率達(dá)96%以上。

2）高垢量末級(jí)過(guò)熱器第一階段單獨(dú)清洗，及時(shí)將系統(tǒng)污垢排出，不污染分隔屏及后屏過(guò)熱器，未發(fā)生堵管。

3）三段清洗工藝對(duì)金屬材料（T12、T23、T91、TP347H）的腐蝕總量均能控制在50 g/m2以下，腐蝕速率均能控制在0.50 g/（m2·h）以下。

4）TP347H奧氏體不銹鋼未發(fā)生晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，其力學(xué)性能不會(huì)受到影響。