凝汽器的清洗

1、凝汽器的清洗作者：佚名竇 照 英(華北電力科學(xué)研究院，北京 100045)摘 要 凝汽器管結(jié)垢影響汽輪發(fā)電機效率，還將導(dǎo)致凝汽器管腐蝕。綜述了各種清洗方法的應(yīng)用范圍，強調(diào)了成膜保護的重要性。關(guān)鍵詞 凝汽器管 結(jié)垢 腐蝕 清洗 保護1. 凝汽器清洗必要性及凝汽器參量凝汽器是火力電廠1最重要的附屬設(shè)備之一，它用于將汽輪機的排汽冷凝為水重復(fù)使用。在作過功的低壓蒸汽冷凝為水時容積有巨大變化，使凝汽器的蒸汽側(cè)形成高度的真空，用真空度表示時可達90%以上，亦即超過91kPa。凝汽器管中流通冷卻水用以吸收排汽釋放的凝結(jié)熱。出于節(jié)水的考慮，使用淡水冷卻的凝汽器多采取循環(huán)冷卻方式，通過防垢處理使循環(huán)水濃縮3倍或

2、更高，可使循環(huán)水的補充率降到0.4%以下。在這樣高的濃縮倍率下長時間運轉(zhuǎn)，任何防垢方法也難保凝汽器管結(jié)垢。循環(huán)水處理的失誤將加重結(jié)垢。因此，凝汽器管要經(jīng)常清洗。凝汽器管結(jié)垢的主要危害是降低汽輪發(fā)電機的效率，結(jié)垢嚴(yán)重還將影響汽輪發(fā)電機的出力。當(dāng)凝汽器結(jié)垢0.5mm左右，可使真空度由90%以上降到85%以下，使發(fā)電煤耗升高1520g/(kWh)。對于一臺年運轉(zhuǎn)7000h、負荷率為90%的300MW機組來說，每年將多耗標(biāo)準(zhǔn)煤約2.83.8萬t。如果水垢厚度達1mm，則不僅多耗煤量將超過每年5萬多噸，而且將影響10%的出力，亦即每車少發(fā)電近1.9kWh。凝汽器管結(jié)垢還將導(dǎo)致產(chǎn)生脫鋅(黃銅)、脫鎳(白銅

3、)和點蝕。清潔的凝汽器管可使用15a以上，結(jié)垢而不及時消除時，可使其在3a內(nèi)穿透。凝汽器管泄漏2是火電管水質(zhì)故障的根源。凝汽器管腐蝕穿孔時，帶壓力的冷卻水漏入負壓的冷凝水中，而冷凝水(常稱作凝結(jié)水)占鍋爐給水的95%左右，它遭受污染后將引起鍋爐結(jié)水垢，產(chǎn)生酸腐蝕(冷卻水為海水時)或堿腐蝕(冷卻水為淡水時)，還使過熱器和汽輪機結(jié)鹽垢。因此，無論從保證火電廠的效率和出力方面考慮，還是從防止凝汽器管腐蝕，進而防止鍋爐結(jié)垢、腐蝕、放鹽方面考慮1，根據(jù)凝汽器管結(jié)垢腐蝕情況，對其進行清洗是必要的。為有效地對凝汽器進行清洗，準(zhǔn)確地確定清洗工藝，避免清洗的失誤，必須了解凝汽器的主要參量及結(jié)垢腐蝕的特點。1.1

4、. 凝汽器的主要參量常見火力發(fā)電機組凝汽器的規(guī)范如表1.采取化學(xué)清洗時，管材對介質(zhì)的耐受性與其成分有關(guān)；機械清洗時，管材的抗沖擊磨損程度也與其成分有關(guān)。常用管材成分見表2。表1凝汽器主要規(guī)范機組容量/MW冷卻面積/m2銅管根數(shù)/根銅管長度*/m銅管質(zhì)量/t冷卻水量/th-11297534004.588.5320025175038006.5614.4540050350062207.202893001006815103368.47591542020011200170018.008925000300153002155211.4613440000表2 凝汽器常用銅合金管化學(xué)成分銅管牌子銅鋅鋁錫砷鎳+鈷

5、錳鐵雜質(zhì)總量68A黃銅67.070.0余量0.030.06<0.370-1錫黃銅69.071.00.81.30.030.06<0.317-2A鋁黃銅76.079.0余量1.82.30.030.06<0.35-1鐵白銅余量5.66.50.30.81.01.4<0.710白銅余量9.011.00.51.01.01.5<0.530白銅余量29.033.0<1.2<0.9<0.53011鐵白銅余量29.033.00.51.00.51.0<0.4黃銅管中含微量砷可提高其抗脫鋅性能，含錫提高其耐點蝕和沖擊腐蝕能力，含鋁則抗脫鋅能力更強，但是抗擊腐蝕能力

6、弱。白銅的抗蝕能力與抗沖腐蝕能力比黃銅強，而且隨含鎳量提高而增強。70/30銅鎳合金還有良好的耐氨蝕能力，故常用于空冷區(qū)。除了上述銅含金管外，近年來新開發(fā)了含砷含硼的70-1B錫黃銅和和含砷、硼、鎳、錳的70-1AB錫黃銅管，它們的耐蝕能力比70-1A強。近10年來濱海及惡劣水質(zhì)的大機組使用鈦凝汽器的已近20臺，鈦的耐蝕能力和抗沖擊能力都很強。1.2. 凝汽器管結(jié)垢腐蝕及酸洗失效簡介2凝汽器管所結(jié)的水垢，是典型的碳酸鈣垢，其特點是白灰或灰白，堅硬，附著牢固。這種垢在常溫的稀鹽酸中易于溶解，溶解時伴生大量二氧化碳，有加速垢層崩散和剝落的作用。如果將垢研細灼燒，其灼燒減量可超過40%。因此，進行成

7、分分析時，其氧化鈣含量常超過40%，氧化鎂不足2%，氧化硅和氧化鋁可有1%2%，鐵、銅、鋅等腐蝕產(chǎn)物的氧化物為1%左右，如果采取磷(或膦)系列阻垢劑，常有2%4%的磷酸酐(P2O5)。當(dāng)循環(huán)水的濃縮倍率超過4倍時，冷水塔對空氣中灰塵的洗滌作用不可忽視，它將空氣中的塵粒洗下增加了循環(huán)水的懸浮物并形成垢，這種垢的成分與塵粒來源有關(guān)，通常難以溶解。當(dāng)凝汽器管結(jié)垢后，黃銅管與白銅管都容易產(chǎn)生點蝕與脫合金腐蝕，并加重停用腐蝕。黃銅管的腐蝕常由化學(xué)清洗引起，所用的緩蝕劑抑制腐蝕的能力差，酸洗后直接與侵蝕性較強的循環(huán)水冷卻水接觸都會引起腐蝕。60年代初，某熱電廠兩臺12MW機組和兩臺12.5MW機組先后進行

8、鹽酸清洗，由于未使用有效的緩蝕劑及清洗后未進行保護處理，其中3臺機組的凝汽器管大量腐蝕泄漏，以至于報廢。另一個熱電廠的兩臺12MW汽輪機凝汽器也在其后不久由于同樣原因而失效更新。某廠12MW機組凝汽器在完成酸洗后未及時排掉廢酸液，幾十小時后才排掉清洗液并進行沖洗，造成銅管失效，由以上事例可知，由于銅合金熱力學(xué)的不穩(wěn)定性，在具有強烈侵蝕性的酸液中難被緩蝕。由于其自然氧化膜成長困難，存在“嬰兒期”腐蝕現(xiàn)象。對于銅合金管的化學(xué)清洗必須慎而又慎。2. 凝汽器的清洗除垢綜述2.1. 凝汽器清洗的演進舊式低壓小容量的汽輪機凝汽器管多采取鎖母固定連接，在汽輪機檢修時將具抽下人工敲打捅刷除垢，或者冷縮熱脹使之

9、剝離。脹接則不能取下銅管。1955年秋，我們對一臺5MW汽輪機凝汽器的鹽酸清洗，該機組系英國30年代生產(chǎn)，1.4MPa，凝汽器冷卻面積545m2，銅管外徑1mm、壁厚19mm，共裝鋁黃銅管2388根，管長3.86m，冷卻水量1820t/h。該機過去常有海生物粘泥，均采取人工捅刷。在發(fā)現(xiàn)對出力有影響時，已結(jié)0.5mm以上硬垢。經(jīng)商定用3%鹽酸充滿水側(cè)浸泡1h后放空，水沖洗再以人工捅刷。緩蝕劑使用淀粉，用量為稀酸液量的0.3%。水垢遇酸后剝離管壁，人工捅刷出洗下的水垢，基本達到除垢恢復(fù)出力的目的。1960年春，作者主持一臺25MW凝汽器清洗。該機系德國生產(chǎn)，9MPa，凝汽管為68黃銅，4532根，

10、外徑23mm，壁厚1mm，長5.76m。該機投產(chǎn)時，未同步投入循環(huán)水處理，實際運行不足2個月，結(jié)垢1mm左右，使汽輪發(fā)電機限制出力近10MW。對該凝汽器用為4%的鹽酸進行循環(huán)清洗，緩蝕劑為0.3%烏洛托平。控制清洗時間在4h以內(nèi)，然后用水徹底沖凈。清洗之后機組恢復(fù)了額定出力，同時對循環(huán)水進行了硫酸中和防垢處理。50年代后期，德國介紹了用塑料球連續(xù)清洗凝汽器防止粘泥污垢附著。根據(jù)其原理作者委托南線閣橡膠廠制造了密度為1f/cm3的橡膠球。在某內(nèi)陸電廠循環(huán)冷卻的1.5MW機組上進行防結(jié)碳酸鈣垢試驗，效果差，用于天津地區(qū)直流冷卻同組防止粘泥污賽則有效。在膠球改為海棉狀后擦洗作用加強，其防止粘泥效果相

11、應(yīng)好，并有防垢作用。隨著機組容量增大，采取循環(huán)冷卻的機組增多，凝汽器結(jié)垢趨于普遍和嚴(yán)重。銅管根數(shù)增加和尺寸加長，使人工捅刷變得困難，鹽酸清洗除垢被頻繁使用。由于銅管耐蝕性差，酸洗緩蝕劑不理想，酸洗時追求清洗效果忽視長期間清洗的腐蝕作用，凝汽器在清洗后常發(fā)生銅管大量泄漏和投產(chǎn)后持續(xù)泄漏。70年代初的持續(xù)干旱，使凝汽器結(jié)垢成為普遍存在的問題，缺煤使火電廠的節(jié)能轉(zhuǎn)向凝汽器的酸洗，其結(jié)果是，使凝汽器管的使用壽命減少到58年。對此，除了宣傳凝汽器應(yīng)以防垢為主，并敦促治金部門研制、生產(chǎn)耐腐蝕管材外，加緊了對黃銅管的酸洗緩蝕劑的研究。經(jīng)試驗篩選，唑類有良好的緩蝕作用。在酸中難溶的2-巰基并噻唑?qū)S銅的鋼鐵的

12、酸洗均有很高的緩蝕率，它可在以固體狀態(tài)存在時起到緩蝕作用。因此，使用若丁或烏洛托平作為緩蝕劑時，加入為0.05%0.08%的2-巰基苯并塞噻唑(MBT)作為緩蝕劑，同時控制清洗時間不超過4h，即使68黃銅管也無顯著腐蝕。鹽酸清洗時產(chǎn)生的二氧化碳氣體有雙重作用：一方面它可加速垢層的崩解剝離，便于人工清除殘垢；另一方面它滯留在銅管上半周，影響該處酸洗效果。對此，除了采取由下而上的充入酸液措施以排氣外，加入平平加或OP-10之類助劑有強化清洗的作用。由于氯離子的點蝕作用，未洗凈的垢層下滲入的酸液常誘發(fā)銅管腐蝕。為此，尋求不引起局部腐蝕的有機酸進行清洗，如醋酸和氨基磺基，它們的鹽都是可溶的，對金屬腐蝕

13、作用弱，在同樣的清洗條件下，其腐蝕速度不超過檸檬酸。作者指導(dǎo)對一臺200MW的機組進行氨基磺酸清洗時，根據(jù)小型試驗與垢量實際情況，預(yù)測當(dāng)達預(yù)定的3%濃度時，1h內(nèi)可完成清洗。實際化驗結(jié)果表明，在達到預(yù)定濃度時，酸洗液中硬度鹽類含量也趨平衡，延長清洗時間，酸液的硬度值不再增長。表明其清洗速度不下于鹽酸。在對引進的250320MW機組凝汽器進行清洗除垢時，綜合考慮了大機組凝汽器除垢率、縮短清洗時間和防止銅管腐蝕等因素3，通過試驗對于所用的鋁黃銅管選取了以咪唑啉為主體的緩蝕劑，經(jīng)清洗后檢查未見腐蝕現(xiàn)象，機組投產(chǎn)后也未出現(xiàn)泄漏。吡啶基的緩蝕劑對黃銅也是適宜的，但是其不快的氣味令人難以忍受。苯并三氮唑在

14、作為循環(huán)水復(fù)合配方的阻垢緩蝕劑時效果較好，但是用作酸洗緩蝕劑則較差。高壓射流水用于清洗鉆割均有成熟經(jīng)驗，80年代末至90年代初，試驗用射流水除垢和用CONCO除垢的效果。對粘泥均有很好的清污作用，50MPa以上高壓水除硬垢能力較強，CONCO則難以除去硬質(zhì)水垢。在200MW及300MW機組凝汽器上均使用了高壓沖擊水除垢，除垢率在80%以上。經(jīng)沖擊除垢對銅管進行了氨熏試驗和機械性能試驗。氨熏未見應(yīng)力裂紋，強度與韌性指標(biāo)均符合新黃銅管的要求。近年來試用清洗劑與助劑在運行中對凝汽器清洗者漸多，雖有掛片試驗結(jié)果認為其腐蝕速度不高，但是由于清洗過程中循環(huán)水的pH低于5，銅管自然氧化膜將破壞，難免產(chǎn)生腐蝕

15、。還應(yīng)注意的是，對于黃銅來說，均勻腐蝕速度僅有參考價值，更有意義的是點蝕傾向、脫鋅傾向和脫鋅系數(shù)及晶間腐蝕傾向。2.2. 對凝汽器清洗方法的選用及清洗后的保護僅有有機物粘泥的銅管可用壓力水推動膠塞清除，也可用毛刷捅刷。小容量機組也可采取低負荷時停止冷卻水烘干粘泥的方法，再通水沖走干裂起皮的粘泥。對于碳酸鈣垢可采取酸洗溶解。如果銅管使用8年以內(nèi)且僅有均勻脫鋅時，可使用鹽酸清洗；如果已使用8年以上，或者未滿8年但是已發(fā)現(xiàn)栓狀脫鋅時，可使用氨基磺酸清洗；如果銅管使用8年以上，或有較明顯的栓狀脫鋅時，宜采用高壓水沖擊除垢，其壓力可為50MPa。對于垢中含有砂粒、粉煤灰和煤塵的，可酸洗加水沖洗(或捅刷)

16、。如果砂粒、煤灰及煤粉含量大，在酸中不能溶凈時，可只用高壓水沖擊清除，對這類垢射流沖擊除垢效果往往優(yōu)于化學(xué)清洗。銅合金管經(jīng)酸洗后，自然氧化膜被溶解破壞，應(yīng)該建立過渡性的人工膜防護，以免產(chǎn)生“嬰兒期”腐蝕。常用的成膜方法是以循環(huán)方法或人工投藥方式建立水合氧化鐵沉積膜；也可用氧化劑形成氧化銅轉(zhuǎn)化膜。水合氧化鐵膜用硫酸亞鐵按下述反應(yīng)建立：FeSO4+2H2OFe(OH)2+H2SO44Fe(OH)2+O24FeOOH+2H2O循環(huán)成膜在停機時進行，其pH為6左右，亞鐵離子為50100mg/L，約經(jīng)100h，可形成10m厚的膜；機組進行中投加12mg/L亞鐵離子累計120h以上，也可建立10m厚的水合氧化鐵膜，其pH為7.5左右。用氫氧化鈉對黃銅管進行侵蝕，在氧化劑的作用下可形成氧化銅膜，氧化劑可用過硫酸鈉。氫氧化鈉1mol/L濃度，過硫酸鈉為1%，由試驗可知，在1mol/L的氫氧化鈉中黃銅管均勻腐蝕速度為0.15g/(m2h)，約經(jīng)8h，可按下式建立2m厚的膜：Cu+NaOH+Na2S2O8CuO+NaHSO4+Na2SO43. 結(jié)論1) 凝汽器清洗可提高火電廠效率，降低煤耗，保證機組出力不低于額定值，還可防止凝汽器銅管腐蝕，避免發(fā)出水質(zhì)故障，具有多重效益。隨著節(jié)水節(jié)能深入發(fā)展，凝汽器結(jié)垢難以避免，因此，凝