冶金自備電廠凝汽器化學清洗實踐

郝曉玲，閆樹清，左興堂，柳丙軒

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

1 系統(tǒng)概況

首鋼遷鋼公司2×50 MW CCPP發(fā)電機組2014年投產，機組配套汽機額定功率21 MW，凝汽器為N-2800 型，雙進雙出，管束材質為0Cr18Ni9 不銹鋼管。運行過程中，發(fā)現(xiàn)凝汽器換熱管水側不斷結垢，沿冷卻水流程方向呈加重趨勢，垢層厚度達到0.3～0.5 mm，將金屬管壁全部遮蓋。受換熱管結垢影響，凝汽器運行端差增大，真空度下降，機組效率下降，夏季平均端差11.6 ℃，真空-90.0 kPa，汽機負荷20.5 MW，影響機組運行經(jīng)濟性。

針對結垢問題，現(xiàn)場曾采用金剛砂膠球在線清洗、循環(huán)水系統(tǒng)加藥在線清洗，高壓水槍離線清洗等措施，均未取得預期改善。為恢復機組效率，提高運行經(jīng)濟性，決定利用機組大修機會，采用化學清洗的方式清除凝汽器換熱管積存水垢。

2 介質選擇

為確定清洗介質類別，首先取現(xiàn)場垢樣進行溶解性試驗，垢樣在室溫環(huán)境下，6%濃度酸性溶液中經(jīng)浸泡可完全溶解，判斷水垢主要成分為碳酸鹽垢。鑒于該廠凝汽器換熱管為不銹鋼材質，鹽酸會對其產生晶間腐蝕，無法選用鹽酸作清洗介質。

氨基磺酸為白色斜方晶體，是一種固體有機酸，其分子式為NH2SO3H，氨基磺酸極易溶于水，其水溶液酸性與鹽酸、硫酸相似，有固體硫酸之稱[1]。氨基磺酸及其鹽類與多種金屬化合物均生成可溶性鹽類，具有在水中溶解度高、不析出沉淀而對金屬腐蝕小的特點。其反應方程式為[2]：

初步選定氨基磺酸作為清洗介質后，對取自現(xiàn)場的垢樣進行靜態(tài)試驗，分別配置3%、6%、8%濃度氨基磺酸溶液，在30 ℃環(huán)境下，垢樣均在45 min內全部溶解。

另外進行掛片靜態(tài)腐蝕試驗，試片表面積28 cm2，與換熱管同材質均為不銹鋼，配置3%、6%、8%濃度氨基磺酸溶液，添加緩蝕劑（0.3%烏洛托品），溶液溫度控制（30±5）℃，浸泡時間為4 h，試驗結果如表1所列。

表1 掛片靜態(tài)腐蝕試驗

經(jīng)試驗確定，3%～8%濃度的氨基磺酸可充分溶解系統(tǒng)水垢，且試片表面清潔，腐蝕輕微，腐蝕速率＜1g/(m2h)，滿足《火力發(fā)電廠凝汽器化學清洗及成膜導則》(DL/T 957-2005)規(guī)范要求。經(jīng)綜合分析，確定清洗方案，選擇質量分數(shù)6%的氨基磺酸作為清洗劑，添加0.3%烏洛托品作為緩蝕劑及適量消泡劑。

3 系統(tǒng)建立

結合機組大修，采用凝汽器半側逐一清洗的方式進行離線清洗，臨時清洗系統(tǒng)水容積總計約65 m3，為保證清洗系統(tǒng)循環(huán)充分，管內清洗流速達到規(guī)范要求的0.1～0.25 m/s，選用一臺大流量低揚程管道泵（Q=300 m3/h，H=20 m）,清洗系統(tǒng)水容積構成如表2所列。

表2 清洗系統(tǒng)水容積構成

為最大限度降低費用，減少設備改造，充分利用凝汽器系統(tǒng)現(xiàn)有裝置，現(xiàn)場利用收球網(wǎng)人孔作為清洗系統(tǒng)回水管接點，利用凝汽器水室排氣管作為排氣門，利用凝汽器進/回水門進行系統(tǒng)隔斷，僅需在凝汽器現(xiàn)有進水管道開孔預接清洗進水門，即可完成臨時清洗系統(tǒng)的構建。清洗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 清洗系統(tǒng)圖

4 方案實施

4.1 系統(tǒng)準備

估算清洗藥品用量，準備氨基磺酸4 t，緩蝕劑0.5 t，消泡劑0.1 t，中和用堿3 t。機組檢修停運前，凝汽器兩側分別投運膠球，清除換熱管積垢表面附著的絮狀粘泥；機組停運后，凝汽器汽側灌水查漏，檢查封堵泄漏點位，同時將凝汽器水室內雜物清理干凈。

搭建臨時清洗系統(tǒng)：關閉凝汽器進/回水門，與運行系統(tǒng)進行隔斷；在凝汽器進水管道開孔接清洗進水門，利用收球裝置人孔接清洗回水門，完成臨時管道連接；清洗泵試運正常，運行良好。

4.2 循環(huán)清洗

采用凝汽器半側逐一清洗的方式進行清洗，打開清洗側清洗進水、回水門，稍開凝汽器水室排氣門，通過工業(yè)水帶完成系統(tǒng)注水，在清洗水箱設置檢測試片。啟動清洗泵，動態(tài)控制清洗水箱液位，檢查消除系統(tǒng)漏點，投入加熱蒸汽，提高控制水箱溫度，按預定比例，投入質量分數(shù)0.3%緩蝕劑，清洗系統(tǒng)循環(huán)30 min使緩蝕劑分布均勻。

按預定比例，投加檸檬酸12.5 kg，氨基磺酸2.5 t，初始投藥后反應生成氣體多，排氣量大，有氣流沖擊聲，適當調整開大排氣門開度，充分排除反應氣體?？刂瓢雮妊h(huán)清洗時間4 h 左右，每30 min 取樣分析清洗液pH 值、酸濃度及鐵離子含量，清洗過程中，根據(jù)鐵離子含量分析結果，適當添加還原劑二甲基酮肟，保護系統(tǒng)碳鋼管道，根據(jù)酸濃度分析結果適當補充加酸，如果酸濃度連續(xù)穩(wěn)定不降低，說明垢已除凈，30 min 后可結束酸洗。清洗過程中酸濃度隨時間變化曲線如圖2所示。

圖2 清洗過程中酸濃度隨時間變化曲線

4.3 排酸沖洗查漏

酸洗完成后，迅速排出酸洗廢液，添加30%濃度NaOH 溶液中和，調整pH 值至6.5～7.0；廢液經(jīng)中和處理后送往廠區(qū)配套污水處理廠，對COD、氨氮等污染物完成進一步深度處理。

酸洗廢液排出后，關閉清洗進水、回水門，將清洗系統(tǒng)退出，之后打開清洗側凝汽器進/回水門，將凝汽器接入循環(huán)水系統(tǒng)進行循環(huán)沖洗，同時投入膠球，通過膠球擦洗清除換熱管內壁殘留泥垢；膠球清洗完成后，退出循環(huán)水，凝汽器汽側灌水查漏。檢查無異常后完成半側清洗，依照相同技術方案完成凝汽器另外半側清洗。

5 效果評價

5.1 除垢效果檢查

凝汽器兩側清洗完成后，打開人孔，凝汽器管板管束完全呈現(xiàn)金屬光澤，配合內窺鏡進行換熱管內部檢查，管束內部干凈，無殘留物，除垢率≥95%，達到優(yōu)良水平。換熱管清洗前后表面狀態(tài)對比如圖3所示。

圖3 換熱管清洗前后表面狀態(tài)對比

5.2 試片/換熱管腐蝕情況檢查

清洗過程中，設置試片進行檢測，經(jīng)測量平均腐蝕速度為0.021 g/(m2h)，小于1 g/(m2h)，總腐蝕量為0.08 g/m2，小于10 g/m2，滿足《火力發(fā)電廠凝汽器化學清洗及成膜導則》(DL/T 957-2005)的規(guī)范要求；清洗結束后，凝汽器灌水查漏，未見異常，經(jīng)內窺鏡檢查，換熱管內部無腐蝕、無過洗現(xiàn)象；經(jīng)運行驗證，凝汽器換熱管運行良好，未發(fā)生泄露問題，整個清洗操作過程安全可靠。試片腐蝕速率測定如表3所示。

表3 試片腐蝕速率測定

5.3 經(jīng)濟效益提升

凝汽器清洗完成后，機組運行經(jīng)濟性取得顯著提升，凝汽器運行端差降低3.0 ℃，排汽溫度降低2.5 ℃，真空度提升1.8 kPa，機組效率提高2.9%。機組夏季額定工況運行數(shù)據(jù)均值對比如表4所示。

表4 機組夏季額定工況運行數(shù)據(jù)均值對比

6 結語

經(jīng)運行驗證，通過綜合評價得出結論：此次凝汽器離線化學清洗方案科學合理，全面清除管內積存水垢，同時保證系統(tǒng)安全可靠，換熱管腐蝕輕微；清洗完成后大幅提高凝汽器換熱效率，機組運行經(jīng)濟性取得顯著提升，達到了理想的清洗效果。