張玉鳳(中國(guó)石油錦州石化公司熱電公司，遼寧 錦州 121001)

0 引言

隨著水資源的日益緊張和環(huán)保對(duì)廢水排放要求的日趨嚴(yán)格，排污與節(jié)水的矛盾也越來(lái)越突出，尤其是電廠循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水、排污直接關(guān)系到循環(huán)水濃縮倍數(shù)高低，從而影響到凝汽器的冷卻效率和其受腐蝕、結(jié)垢情況。本文通過(guò)對(duì)凝汽器銅管的結(jié)垢、腐蝕情況分析，進(jìn)一步闡述引起腐蝕結(jié)垢的原因，并提出日?？垢g、結(jié)垢的調(diào)節(jié)手段。

1 凝汽器銅管的結(jié)垢、腐蝕狀況

電廠凝汽器換熱銅管使用的材質(zhì)為海軍黃銅，是一種鋅錫銅的合金，其特點(diǎn)是換熱效果好，由于元素錫的添加，具有良好的抗腐蝕性，彌補(bǔ)了其抗腐蝕性不如不銹鋼的弱點(diǎn)，適用于電廠凝結(jié)水系統(tǒng)。根據(jù)化學(xué)檢查導(dǎo)則，在汽輪機(jī)停機(jī)大修期間，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)凝汽器進(jìn)行清洗，并進(jìn)行化學(xué)監(jiān)督檢查。

1.1 結(jié)垢情況

容器內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，凝汽器出口銅管均有輕微結(jié)垢現(xiàn)象，經(jīng)高壓水槍沖洗后，斑駁脫落，垢呈白色，附著力強(qiáng)，系典型的碳酸鹽垢，入口銅管處結(jié)垢現(xiàn)象不明顯。

1.2 腐蝕情況

經(jīng)檢查，凝汽器黃銅管上有點(diǎn)蝕現(xiàn)象。銅管內(nèi)有沉積物，有輕微的沉積物下點(diǎn)蝕現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)室酸洗后，出口銅管兩次的沉積量為3.51 mg/cm2(2019年)，1.23 mg/cm2(2020年)。

2 結(jié)垢原因分析

循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)水質(zhì)處理不當(dāng)時(shí)，往往會(huì)在凝汽器銅管內(nèi)生成比較堅(jiān)硬的碳酸鹽(CaCO3)水垢，主要有以下幾個(gè)原因。

2.1 鹽類濃縮

循環(huán)冷卻水為生水，在循環(huán)過(guò)程中含鹽量不斷增加。

濃縮倍數(shù)=循環(huán)水中Ca2+濃度/補(bǔ)充水中Ca2+濃度(僅限鈣Ca2+含量不超過(guò)高限值時(shí)，使用計(jì)算濃縮倍數(shù)公式)。

循環(huán)水的濃縮，會(huì)使某些離子的含鹽量超過(guò)其難溶鹽類的溶度積而析出，其中以鈣鹽、鎂鹽的析出危害最大，循環(huán)水補(bǔ)水均為地下水，為高硬度水，水中鈣、鎂硬度較大，所以水的濃縮更容易有結(jié)垢型鹽類析出。

2.2 循環(huán)水脫碳

循環(huán)水在水塔和凝汽器之間循環(huán)反復(fù)運(yùn)行，在通過(guò)涼水塔時(shí)會(huì)有脫碳現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)水質(zhì)概念，循環(huán)水中的鈣、鎂重碳酸鹽和游離CO2存在以下平衡：

當(dāng)循環(huán)冷卻水在冷卻塔內(nèi)與空氣接觸時(shí)，水中原有的CO2會(huì)大量逸出，使平衡向生成碳酸鈣或氫氧化鎂的方向移動(dòng)，而產(chǎn)生水垢。

上述反應(yīng)產(chǎn)生的CaCO3、MgCO3等均屬于難溶性鹽，它們的溶解度比起Ca(HCO3)2要小的多，同時(shí)，它們的溶解度與一般鹽類還不同，其溶解度不是隨著溫度的升高而加大，而是隨著溫度的升高而降低，屬于反常溶解度的無(wú)機(jī)鹽[1]。在換熱器傳熱面上，這些難溶的鹽很容易達(dá)到飽和狀態(tài)而從水中析出，形成水垢。這些水垢會(huì)漂浮在循環(huán)水中，隨著濃縮倍數(shù)增加，慢慢附著在銅管表面，形成堅(jiān)硬的水垢。

2.3 循環(huán)水溫度上升

循環(huán)冷卻水的溫度在凝汽器內(nèi)上升后，一方面降低了鈣、鎂碳酸鹽的溶解度，另一方面使碳酸鹽平衡關(guān)系向右轉(zhuǎn)移，提高了平衡CO2的需要量，從而使產(chǎn)生水垢的趨勢(shì)增加。

循環(huán)冷卻水中，由于受到水中懸浮顆粒、腐蝕產(chǎn)物、銅管表面粗糙程度等因素的影響，在過(guò)飽和度較低時(shí)就可能有鹽類析出，特別是在凝汽器銅管內(nèi)表面處，更容易形成水垢。因?yàn)樵阢~管表面處的水溫較高，而且存在很薄的滯留層，滯留層內(nèi)碳酸鹽的過(guò)飽和度比銅管中心處水流中的過(guò)飽和度高。

2.4 微生物黏附

循環(huán)水水溫適合微生物生存，微生物的黏附也促進(jìn)了污垢的形成。微生物的黏附特性促進(jìn)污垢沉積，水中水垢和污垢形成的過(guò)程分為結(jié)晶、聚合和沉積三步，水中的膠體物質(zhì)、微生物粘泥、懸浮物等的絮凝架橋作用使晶粒物質(zhì)聚集到一起，微生物的黏著性起到了粘合的作用，促進(jìn)了污垢沉積，這些有粘性的垢會(huì)牢固的附著在凝汽器表面。

2.5 循環(huán)水濃比和堿度控制

根據(jù)最新循環(huán)水場(chǎng)設(shè)計(jì)運(yùn)行規(guī)范，循環(huán)水運(yùn)行時(shí)要保證循環(huán)水堿度和鈣離子之和小于1 100[2]。其計(jì)算方法為：堿度鈣離子之和=鈣離子×2.5+堿度×50。

從表1看出，濃比高、水中鈣離子含量較高時(shí)，循環(huán)水的堿度就需要控制在較低的數(shù)值，保證水質(zhì)無(wú)結(jié)垢傾向；鈣離子含量高，堿度高，水質(zhì)為結(jié)垢型。

表1 堿度～鈣離子數(shù)據(jù)表

3 電廠凝汽器腐蝕原因

在循環(huán)冷卻水中，在低溫區(qū)可能產(chǎn)生游離CO2的酸性腐蝕，水中溶解氧是飽和的，因此容易產(chǎn)生氧的去極化腐蝕，另外，鹽類濃縮、溫度上升、沉積物沉積和微生物滋長(zhǎng)等，都是促進(jìn)腐蝕的因素。

3.1 酸量控制不穩(wěn)定

循環(huán)水加酸是為控制水垢的產(chǎn)生，目前循環(huán)水加酸系統(tǒng)采用的自動(dòng)加酸系統(tǒng)，即可通過(guò)在線儀表對(duì)循環(huán)水控制目標(biāo)pH值進(jìn)行設(shè)定，從而控制循環(huán)水加酸量，但是在儀表異?；蚣铀峁芫€堵塞或破損的情況下，易造成加酸量不穩(wěn)定或跑酸的現(xiàn)象，使循環(huán)水加酸量過(guò)大，引起系統(tǒng)腐蝕。

3.2 微生物粘泥附著

粘泥附著易造成嚴(yán)重的局部腐蝕，粘泥附著最嚴(yán)重的危害在于因垢下缺氧而產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，即垢下腐蝕，這種腐蝕是非均與性的，集中于局部部位，腐蝕速度快，易造成換熱器穿孔。粘泥附著影響傳熱，使循環(huán)水換熱面的污垢熱阻值增加，換熱凝汽器效率降低，其危害性高于結(jié)垢腐蝕帶來(lái)的影響。

3.3 微生物腐蝕

微生物腐蝕是一種特殊類型的腐蝕，它是由微生物直接或間接地參加了腐蝕過(guò)程所起的金屬毀壞作用。微生物腐蝕一般不單獨(dú)存在，往往總是和電化學(xué)腐蝕同時(shí)發(fā)生的，兩者很難截然分開(kāi)。引起腐蝕的微生物基本為細(xì)菌及真菌，但也有藻類及原生動(dòng)物等。在大多數(shù)場(chǎng)合下都可看作是各種細(xì)菌共同作用造成的危害。微生物影響腐蝕主要是通過(guò)電機(jī)電位和濃差電池反生變化而間接參與腐蝕作用這條途徑。主要細(xì)菌繁殖所形成的粘泥在金屬表面，破壞了保護(hù)膜，構(gòu)成局部電池。

4 結(jié)垢、腐蝕的危害

(1)凝汽器結(jié)垢，會(huì)直接影響汽輪機(jī)真空度和端差，真空惡化1%，汽耗增加1%～1.5%，當(dāng)蒸汽量不變時(shí)，會(huì)降低機(jī)組發(fā)電效率。凝汽器銅管表面結(jié)垢，會(huì)增加水流阻力，降低冷卻水的流量，進(jìn)一步加劇垢的形成。由于垢的導(dǎo)熱系數(shù)很低，結(jié)垢會(huì)急劇降低凝汽器的傳熱系數(shù)，影響汽水換熱效率。 結(jié)垢型水質(zhì)會(huì)造成冷卻塔和填料結(jié)垢，降低水塔冷卻效率，甚至?xí)固盍现渭軌簲唷．?dāng)凝汽器銅管內(nèi)積有污垢而影響傳熱時(shí)，需要在停機(jī)時(shí)進(jìn)行機(jī)械清理，既減少發(fā)電量還要耗費(fèi)大量人力物力。如果經(jīng)常使用化學(xué)方法清洗，會(huì)造成銅管的損傷。

(2)銅管的垢下腐蝕，易導(dǎo)致銅管穿孔、破裂，最終導(dǎo)致銅管泄漏。泄漏使循環(huán)水滲入到凝結(jié)水中，影響凝結(jié)水水質(zhì)，凝結(jié)水產(chǎn)生硬度，進(jìn)一步影響鍋爐給水質(zhì)量，鍋爐水的pH值、磷酸鹽、電導(dǎo)率、氯根數(shù)值會(huì)出現(xiàn)異常，且無(wú)法通過(guò)日常排污、加藥手段來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，長(zhǎng)時(shí)間泄漏會(huì)造成鍋爐水汽系統(tǒng)熱力腐蝕，腐蝕不可逆，易發(fā)生爆管等事故。蒸汽品質(zhì)惡化，影響裝置產(chǎn)品質(zhì)量，造成汽輪機(jī)葉片積鹽。

5 預(yù)防措施

提高對(duì)循環(huán)水處理的認(rèn)識(shí)，加大循環(huán)水處理力度，合理處理循環(huán)水濃比控制和節(jié)水之間的矛盾，力求在做到節(jié)水的同時(shí)又能把濃比控制在循環(huán)水不結(jié)垢的范圍內(nèi)。

5.1 加強(qiáng)水質(zhì)指標(biāo)的日常控制

加強(qiáng)日常加酸控制，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)水質(zhì)pH值，保證循環(huán)水pH值在指標(biāo)6.8～8.0范圍內(nèi)。減少銅管的結(jié)垢、腐蝕。循環(huán)水的濃比控制，非取暖期控制循環(huán)水的濃比在2.5～3.2之間，保證水質(zhì)鈣離子濃度不超過(guò)高限值，無(wú)結(jié)垢傾向。

5.2 控制好日常加藥

加強(qiáng)殺菌劑、阻垢劑、銅緩釋劑的投加，在非取暖期，增加銅緩釋劑的投加量，做好防腐工作。根據(jù)水塔藻類的滋生情況，及時(shí)調(diào)整殺菌劑的投加數(shù)量?？刂谱∷?nèi)的藻類，預(yù)防粘泥的形成，減少垢下腐蝕。針對(duì)附著在換熱系統(tǒng)內(nèi)的黑棕色附著物，要控制分散劑的加入量，破壞膠體形成鏈，斷掉杜絕微生物粘泥大面積形成。

5.3 做好凝汽器的預(yù)膜清洗工作

定期對(duì)循環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)凝汽器進(jìn)行清洗預(yù)膜，采用強(qiáng)力清洗劑在一定pH值范圍內(nèi)進(jìn)行硬垢清洗，清洗附著在銅管表面的水垢，清洗結(jié)束后用預(yù)膜劑在銅管及附屬設(shè)備表面鍍上一層新的磷系保護(hù)膜，防止產(chǎn)生腐蝕速率速度很大的初腐蝕，增加凝汽器銅管的抗腐蝕能力。

6 結(jié)語(yǔ)

凝汽器銅管的結(jié)垢、腐蝕影響到凝汽器換熱效率和汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。循環(huán)水水質(zhì)的日常監(jiān)督管理是避免、減少換熱設(shè)備腐蝕結(jié)垢的主要手段。調(diào)節(jié)好濃縮倍數(shù)，做好日常加藥，配合定期殺菌、剝離及清洗預(yù)膜是水質(zhì)運(yùn)行調(diào)節(jié)中的重要措施，定期核算水中離子含量，確保水質(zhì)為非結(jié)垢型、非腐蝕型水質(zhì)，減少凝汽器的腐蝕、結(jié)垢。