凝汽器结垢和腐蚀原因及应对措施

凝汽器结垢和腐蚀原因及应对措施

刘书宁 陈焯

国电荥阳煤电一体化有限公司， 河南 郑州 450000

摘要：超临界机组实施节水减排措施，导致不锈钢管凝汽器腐蚀结垢。随着节水减排压力的提高，冷却水循环系统的安全稳定性受到严重质疑，凝汽器结垢、腐蚀问题日益突出。采用循环水对不锈钢换热器的水质、电化学腐蚀行为和材料性能进行了研究和分析。

关键词：节水减排；凝汽器；结垢；腐蚀

引言

我国重要的战略资源之一是水资源。社会经济可持续发展和环境保护下实施节水减排战略具有重要意义。火电厂水资源利用的突出问题是耗水量大、利用率低一直是。对于循环冷却火电机组，可提高循环冷却水、梯级污水或部分处理后回用的浓缩比，实现环保政策是火电厂循环水污水零排放。

1循环水监督处理

采用水质处理法解决循环运行中的问题。运行管理的基本原则是尽可能提高浓度，保证处理效果，防止结垢、腐蚀、菌藻，节约用水和排放，减少环境污染，节约金属材料投资，经济效益的提高，装置保证安全稳定运行。碳酸钙在水中容易结垢。碳酸钙结垢的经验指标包括饱和度、稳定性和结垢指数，仅供参考。凝汽器热阻的测量是十分必要的，即通过水质分析来判断污垢的热阻。水质分析与判断：在水质条件下测试最终碳酸盐硬度。碳酸盐最终硬度也是循环水防垢处理的控制参数，具有较高的精度和重现性。污垢热阻的判断：可与同类型机组或同一凝汽器同一季节的端差运行数据进行比较。新凝汽器的清洗一般在3℃到5℃之间。现行防垢技术的目的是通过多种方法防止碳酸盐结垢，使循环水的碳酸盐硬度不超过其极限。实际上，热力学和动力学是结合在一起的。热力学方法：废水交换、弱酸离子交换、石灰处理软化、加入硫酸将碳酸盐转化为高溶解度产物硫酸盐等，以减少水中的结垢量。动力学法：加入化学药剂（阻垢剂、分散剂）或其他方法，防止碳酸盐结晶、生长和沉淀。循环水经阻垢剂处理后水质呈弱碱性，故又称碱处理。为了提高水的耐腐蚀性和阻垢性，水稳定剂可以提高水的极限碳酸盐硬度，从而起到有效的阻垢作用。目前，最常用的水稳定剂有聚磷酸盐、有机膦酸和聚羧酸。在生产过程中，企业对工程日常监督和循环水水质报告进行分析，对结垢趋势做出严格、准确的判断，并结合大量补充水的水质变化，一般原则是使循环水保持一定的碱度≥3.0，以满足防腐或抗影响（碱处理）的要求，减少酸量，提高经济效益；控制循环水碱度≤8.0mmol/l，达到防垢的目的。

2凝汽器结垢和腐蚀概况

在某600mw超临界电厂大修过程中，检修人员对1号机组凝汽器管内壁进行了高压水冲洗。实际冲洗效果不理想，结垢层难以去除。为了提高除垢率，制备了5%柠檬酸溶液（质量分数，下同），浸泡在冷凝器换热管内进行刷洗。大修后发现凝汽器进水，出现泄漏，导致机组无法正常启动。对换热器管子进行了检验，换热器换热管采用涡流探伤。选择腐蚀泄漏的凝汽器管沿纵截面切割。内壁不锈钢管仍有明显的结垢层。结果表明，碳酸钙是主要的垢样。用5%柠檬酸溶液清洗后，表面出现肉眼可见的急性腐蚀。内壁有少量残余结垢层。同时，还发现了一个可见的腐蚀坑。腐蚀孔直径约为0.9mm。腐蚀孔不会穿透管壁。

3凝汽器结垢和腐蚀原因

3.1循环水运行情况

循环水运行。自装置投运以来，冷却水循环系统运行稳定，凝汽器多年未发现结垢、腐蚀现象。然而，废水零排放的环保要求，这是因为国家对节约用水和电厂减排的政策越来越严格，而且随着水价的上涨，巨大的压力和节水减排。为了满足循环水零排放的要求，只有在旁路处理能力、废水回用和梯级利用受到限制的情况下，才能提高循环水的浓缩比。模拟结果表明，碳酸水的硬度约为10mmol/L，但实际水质波动较大。由于零排放要求、锅炉补给水的变化、弱酸床水质的变化以及再生水的不定期加入等原因，床层处于平均水平。监测结果表明，循环水碳酸盐硬度经常超过10mmol/L，最大浓度比超过10倍，导致凝汽器换热管结壳。此外，循环水中氯浓度过高，高达1100mg/L，增加了TP304不锈钢管的腐蚀风险。

3.2TP304不锈钢电化学测试结果

在结垢后凝汽器换热管，结垢层与金属表面之间的电解质和外介质对流很难扩散，形成闭塞区；在闭塞区，金属腐蚀具有自催化作用，使金属离子浓度增加。为了电荷保持平衡，氯离子不断迁移到刻蚀孔中，穿透力很强，导致堵塞和点蚀。同时，腐蚀孔隙金属氯化物的水解作用导致闭塞区H+的形成和pH值的降低，形成酸性环境，使溶解的金属氯化物离子浓度升高，形成恶性循环。动态扫描法测定循环伏安曲线。从自电位腐蚀开始，以20mV/min的扫描速度进行阳极极化，然后对工作电极进行反向极化，直至达到自腐蚀电位。当阳极和反向极化曲线闭合时，金属的耐蚀性较好。如果曲线呈环状，金属表面的钝化膜将被破坏，不能再钝化。金属表面形成小孔蚀点。

3.3

TP304不锈钢浸没试验结果

5%柠檬酸溶液是自来水配制而成。在室温下将有腐蚀孔和人工缺陷的电极浸入柠檬酸溶液中。浸泡10天后，未发现明显的腐蚀坑。结果表明，5%柠檬酸酸洗不会引起TP304不锈钢的快速点蚀穿孔。

4应对措施

在目前的节水减排形势下，循环冷却水的处理和质量控制将更加困难，循环水的运行条件将更加复杂。为降低和预防凝汽器结垢、腐蚀的风险，提高机组运行的安全性和经济性，建议采取以下措施：

第一：在循环水零排放运行方式下，循环水不能再以固定浓度率运行。在实际运行中，锅炉补给水取水口的变化和不定期补水都会导致循环水浓度的变化。循环水系统应进行动态模拟试验，并根据试验结果提供适当的水质控制指标，防止循环水系统结垢。

第二：防止点蚀的关键是保持不锈钢传热管内表面的清洁。应采取有效的消毒和清洗措施，防止生物泥的沉积和金属表面沉积物的腐蚀。

第三：试验表明，适当降低凝汽器碱度可有效防止结垢。硫酸处理是一种经济有效的防护措施。建议采用加硫酸循环系统。

第四：随着循环水浓度的提高和城市中水的集中使用，凝汽器初步设计中采用的TP304不锈钢已不能满足要求。因此，凝汽器换热管宜采用TP316L或TP317l不锈钢代替。

5结束语

在当前严峻的节水减排形势下，循环冷却水被迫高浓度运行，循环水水质恶化，导致凝汽器换热器结垢腐蚀。凝汽器换热器结垢中的堵塞区域被氯离子富集，在酸性环境下引起点腐蚀。在凝汽器换热器管径处，换热器温度升高，在湿热环境中滋生厌氧菌，产生缓蚀剂SO42-离子，促进点蚀发展，最终导致凝汽器换热器管腐蚀穿孔泄漏。

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