何鳳元，王飛，楊穎

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.赤峰熱電廠，內(nèi)蒙古赤峰024000）

某電廠鍋爐過熱器清洗試驗(yàn)與應(yīng)用分析

何鳳元1，王飛1，楊穎2

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.赤峰熱電廠，內(nèi)蒙古赤峰024000）

通過對某發(fā)電廠鍋爐過熱器氧化皮生成及脫落分析，通過大量的試驗(yàn)，選擇適當(dāng)?shù)难h(huán)清洗配方，對鍋爐過熱器內(nèi)氧化皮進(jìn)行循環(huán)清洗，清洗后效果明顯，降低了爆管風(fēng)險(xiǎn)。

鍋爐；過熱器；氧化皮；循環(huán)清洗

0 引言

目前發(fā)電廠鍋爐過熱器氧化皮脫落導(dǎo)致機(jī)組爆管停機(jī)的問題比較突出，很多廠因?yàn)檠趸っ撀鋵?dǎo)致機(jī)組爆管停機(jī)，有些電廠雖然未造成停機(jī)，但也對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的影響，本文通過試驗(yàn)研究，對過熱器進(jìn)行循環(huán)清洗，清除過熱器內(nèi)氧化皮，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

1 項(xiàng)目背景

1.1 熱電廠3號(hào)鍋爐簡介

某熱電廠于1997年投產(chǎn)，規(guī)模為4×130T/h高壓煤粉爐，2×25MW抽汽冷凝式汽輪機(jī)組。

該廠3號(hào)鍋爐小修發(fā)現(xiàn)在汽包底部、三號(hào)爐和四號(hào)爐聯(lián)絡(luò)門三號(hào)爐側(cè)都有黑色氧化物存在，后對省煤器、四墻水冷壁、下聯(lián)箱、下降管底部封頭、屏過，高過等部位進(jìn)行割管，發(fā)現(xiàn)過熱器內(nèi)氧化皮脫落嚴(yán)重，省煤器、水冷壁管內(nèi)壁狀態(tài)良好。對汽機(jī)葉片進(jìn)行檢查分析，發(fā)現(xiàn)葉片有損傷痕跡。

1.2 過熱器氧化皮問題的提出

3號(hào)鍋爐過熱器主要管材為12Cr1MoVG，隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的延長，過熱器在高溫高壓水汽介質(zhì)條件下長期工作,會(huì)發(fā)生組織損傷、蠕變損傷和高溫氧化腐蝕等系列問，在鍋爐過熱器內(nèi)會(huì)逐步生成氧化皮，氧化皮在一定條件會(huì)發(fā)生脫落。脫落后的氧化皮會(huì)堆積在過熱器的彎管處引起鍋爐爆管，同時(shí)剝落的氧化皮隨蒸汽帶入汽機(jī)，引起固粒侵蝕損傷汽輪機(jī)葉片，因此采取有效手段減少過熱器氧化皮的產(chǎn)生與剝落，以及在檢修中消除氧化皮的影響，對機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要。

1.33 號(hào)爐過熱器氧化皮的現(xiàn)狀分析

此次割管的6根管為3#爐的屏式過熱器管、高溫過熱器冷段管和高溫過熱器熱段管。取樣管的設(shè)計(jì)材質(zhì)、規(guī)格、取樣位置和編號(hào)等信息見表1，管子的運(yùn)行參數(shù)見表2。

表1 取樣管材質(zhì)、規(guī)格、取樣位置和編號(hào)

表2 取樣管運(yùn)行參數(shù)

1.4 材質(zhì)分析

用DV-6型定量直讀光譜儀對屏式過熱器管1b2、1b7進(jìn)行化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。檢驗(yàn)結(jié)果表明屏式過熱器管的化學(xué)成分與電廠提供的設(shè)計(jì)材質(zhì)12Cr1MoVG不符，與GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中的12Cr2MoWVTiB（鋼102）的化學(xué)成分相符。

表3 屏式過熱器管化學(xué)成分分析結(jié)果

表4 金相分析結(jié)果

1.5 金相分析

6根取樣管的金相分析結(jié)果見表4。由于取樣管均經(jīng)過車削加工，無法確定管子的向、背火側(cè)，表4內(nèi)的組織評定均為對管子組織老化最嚴(yán)重處的評定結(jié)果。

1.6 氧化皮測厚

由于送檢的6根取樣管外壁均經(jīng)過車削加工，因而僅對內(nèi)壁氧化皮厚度進(jìn)行測量，其測量結(jié)果見表5。高溫過熱器冷鍛、熱鍛管內(nèi)壁氧化皮脫落情況嚴(yán)重，表5內(nèi)的測量結(jié)果為殘留氧化皮的最厚處的測量值。

表5 內(nèi)壁氧化皮測量結(jié)果

1.7 過熱器氧化皮的處理措施

由于過熱器氧化皮的形成是不可避免的，為了盡量減少過熱器氧化皮帶來的危害，國內(nèi)一般進(jìn)行采用耐氧化的合金。研究表明，金屬材料的抗氧化、抗腐蝕性能主要決定于金屬表面能否形成穩(wěn)定、致密的金屬氧化膜。由于換管材的成本高，工作量大，周期長等缺點(diǎn)，為了避免過熱器氧化皮脫落可以采取化學(xué)清洗的方式，使過熱器內(nèi)氧化皮清洗干凈，避免了過熱器氧化皮脫落帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)。

2 過熱器氧化皮化學(xué)清洗的研究與應(yīng)用

2.1 過熱器氧化皮形成機(jī)理研究

高溫水蒸汽與12Cr1MoV鋼氧化形成的氧化膜為雙層氧化膜。外層稱為延伸膜，由于鐵離子向外擴(kuò)散，水的氧離子向里擴(kuò)散而形成的。內(nèi)層的原生膜是水的氧離子對鐵直接氧化的結(jié)果。內(nèi)層為尖晶型細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)，氧化層外層為棒狀型粗顆粒結(jié)構(gòu)，并含一定量的空穴。隨著時(shí)間延長，最外層有少量不連續(xù)的三氧化二鐵。在某些不利的運(yùn)行條件下（如超溫或溫度、壓力波動(dòng)），金屬表面的雙層膜就會(huì)變成了多層膜的結(jié)構(gòu)，這時(shí)氧化和時(shí)間就變成直線關(guān)系。雙層膜先是變?yōu)槎€(gè)雙層膜，然后再進(jìn)一步發(fā)展成為多個(gè)雙層膜的多層氧化層結(jié)構(gòu)，然后便開始發(fā)生剝離。

過熱器、再熱器內(nèi)壁的水蒸汽氧化層剝離有二個(gè)主要條件：一是垢層達(dá)到一定厚度，一般而言奧氏體不銹鋼0.10mm；二是母材基體與氧化膜或氧化膜層間應(yīng)力是否達(dá)到臨界值。當(dāng)兩個(gè)條件都達(dá)到時(shí)，加速了氧化皮的脫落。為了防止氧化皮脫落對機(jī)組造成的影響，最經(jīng)濟(jì)適用的方法是在機(jī)組大修期間采用化學(xué)清洗的方法去除氧化皮，大大降低了氧化皮脫落造成的過熱器及再熱器爆管風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 過熱器氧化皮化學(xué)清洗的研究

目前國內(nèi)過熱器氧化皮化學(xué)清洗分兩個(gè)階段，在國家對HF酸限制使用前，部分電廠采用HF進(jìn)行過熱器化學(xué)清洗，在環(huán)保政策越來越嚴(yán)的背景下，HF酸使用受到限制，當(dāng)前運(yùn)行鍋爐過熱器尚未有成功進(jìn)行化學(xué)清洗的先例。

過熱器化學(xué)清洗難度非常大，第一首先要篩選清洗藥劑及清洗助劑，使氧化皮溶解于清洗藥劑中，盡量減少不容性氧化皮的存在、沉淀在過熱器彎管內(nèi)，沉淀的氧化皮會(huì)造成過熱器爆管，造成機(jī)組的非停；二是要選擇適當(dāng)清洗流速避免管內(nèi)產(chǎn)生氣塞，氣塞的產(chǎn)生會(huì)使部分過熱器管材清洗不徹底，該部分氧化皮脫落的危險(xiǎn)依然存在。

2.3 氧化皮清洗藥劑及助劑的篩選試驗(yàn)

過熱器氧化皮化學(xué)清洗的難點(diǎn)之一在于化學(xué)清洗藥劑及助劑選擇，選擇正確的清洗藥劑及助劑能夠使氧化皮充分的溶解并被清洗液帶出鍋爐系統(tǒng)，減少了氧化皮沉積的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，清洗藥劑在羥基乙酸、EDTA、甲酸、檸檬酸、氨基磺酸之間選擇。單一藥劑清洗效果不是很理想，采用其中二種或者兩種以上藥劑進(jìn)行復(fù)配，經(jīng)過一個(gè)月的動(dòng)態(tài)模擬篩選試驗(yàn)，確定了復(fù)合有機(jī)酸是清洗的理想藥品HS-2，同時(shí)篩選了理想的緩蝕劑AD-5，試驗(yàn)采用溫度90-98℃，混酸濃度為6%進(jìn)行化學(xué)清洗。

2.4 過熱器化學(xué)清洗的實(shí)施過程

通過對3號(hào)鍋爐水汽系統(tǒng)的深入了解及對清洗藥品篩選試驗(yàn)后，制定了3號(hào)鍋爐過熱器清洗方案并實(shí)施，取得了滿意效果。

鍋爐清洗回路由臨時(shí)系統(tǒng)和鍋爐被清洗系統(tǒng)組成，可進(jìn)行正、反向循環(huán)清洗和開路沖洗。具體循環(huán)回路見表6。

2.4.1 化學(xué)清洗工藝

表6 循環(huán)清洗回路

根據(jù)垢成份分析結(jié)果決定清洗采用：復(fù)合有機(jī)酸作為清洗介質(zhì)、水沖洗、檸檬酸漂洗，全鐵小于300mg/L,直接鈍化，鈍化劑采用聯(lián)氨，氨水調(diào)節(jié)pH為9.5～10.0。具體工藝見表7。

2.4.2 鍋爐化學(xué)清洗過程

9月4號(hào)化學(xué)清洗臨時(shí)系統(tǒng)安裝開始，9月20日開始清洗，24日結(jié)束。3號(hào)鍋爐化學(xué)清洗后,割管進(jìn)行檢查，除垢率98.2%，腐蝕速率：5.6g/m2·h。鍋爐化學(xué)清洗質(zhì)量達(dá)到了“DL/T 794”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的鍋爐化學(xué)清洗質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)。

表7 化學(xué)清洗工藝

3 結(jié)語

針對該熱電廠3號(hào)鍋爐過熱器內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)及特點(diǎn)，通過鍋爐清洗前的試驗(yàn)研究和認(rèn)真細(xì)致的準(zhǔn)備工作，采用復(fù)合有機(jī)酸清洗、檸檬酸漂洗、聯(lián)氨鈍化處理這一綜合化學(xué)清洗技術(shù)應(yīng)用于該鍋爐的化學(xué)清洗。清洗實(shí)踐表明，其清洗技術(shù)工藝可靠，達(dá)到了預(yù)期的清洗和鈍化效果。同時(shí)也給以后類似參數(shù)、形式的鍋爐的化學(xué)清洗工作提供了借鑒。

[1]寇莉莉，王志武，艾永平.12Cr1MoV低合金耐熱鋼氧化膜結(jié)構(gòu)及形成機(jī)理研究[J].湖南電力，2008，28（3）：17-20.

[2]張馳，王曉南，等.鐵素體不銹鋼高溫氧化層生長及熱軋粘輥研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（2）：195-198．

[3]李長鳴，邱武斌.鍋爐過熱器化學(xué)清洗介質(zhì)的研究[J].材料保護(hù)，2000，33（10）：42-44.

Research on the Application and Experiment of Boiler Superheaters’Cleaning from a Power Plant

HE Feng-yuan1，WANG Fei1，YANG Ying2
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Chifeng Thermal Power Plant，Chifeng 024000，China）

By the analysis to superheater oxide-scale formation and loss of a power plant boiler and through a lot of tests，the appropriate cleaning cycle formula was selected to clean the boiler superheater oxide-scale.The effect was obvious and the risk of burst pipes was reduced after cleaning.

boiler；superheater；oxide-scale；circular cleaning

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.008

TM621.8

B

2095-3429（2016）04-0035-04

2015-12-28

2016-06-22

何鳳元（1976-），男，黑龍江人，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要從事發(fā)電廠水處理及熱力設(shè)備腐蝕結(jié)垢、化學(xué)清洗方面的研究。