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(jī)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(qiáng)調(diào)了成膜保護(hù)的重要性。關(guān)鍵詞 凝汽器管 結(jié)垢 腐蝕 清洗 保護(hù)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(jī)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(dá) 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)

2、水 濃縮 3 倍或更高，可使循環(huán)水的補(bǔ)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(jī)的效率，結(jié)垢嚴(yán)重還將影響汽輪發(fā)電機(jī)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/（kW h）。對于一臺年運轉(zhuǎn) 7000h、負(fù)荷率為 90%勺 300MV 機(jī)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(dá) 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

3、.9kW - ho凝汽器管結(jié)垢還將導(dǎo)致產(chǎn)生脫鋅（黃銅）、脫鎳（白銅）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(fù) 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(jī)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(jìn)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(jìn)行清洗是必要的

4、。為有效地對凝汽器進(jìn)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凝汽器的主要參量常見火力發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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/t h-11297534004.588.5320025175038006.5614.4540050350062207.202893001006815103368.47591542020011200170

5、018.008925000300153002155211.4613440000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 69.071.0 0.81.30.030.06 <0.317-2A 鋁黃銅 76.079.0 余量 1.82.3 0.030.06 <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&

6、amp;lt;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(qiáng)，但是抗擊腐蝕能力弱。白銅的抗蝕能力與抗沖腐蝕能力比黃銅強(qiáng)，而且隨含鎳量 提高而增強(qiáng)。 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(qiáng)。近 10 年來濱海及惡劣水質(zhì)的大機(jī)組使用鈦凝汽器的已近 20 臺，鈦的耐

7、蝕能力和抗沖擊能力 都很強(qiáng)。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(xì)灼燒， 其灼燒減量可超過 40%。因此，進(jìn)行成分分析時， 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%勺磷酸酐（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

8、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(qiáng)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(jī)組和兩臺 12.5MW 機(jī)組先后進(jìn)行鹽酸清洗，由于未使用有效的緩蝕劑及清洗后未進(jìn)行保護(hù)處理， 其中 3 臺機(jī)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 氣輪機(jī)凝汽器也在其后不久由于同樣原因而失效更新。某廠12MW 機(jī)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(jìn)行沖洗，

9、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(qiáng)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(jìn) 舊式低壓小容量的汽輪機(jī)凝汽器管多采取鎖母固定連接，在汽輪機(jī)檢修時將具抽下人工敲打 捅刷除垢，或者冷縮熱脹使之剝離。脹接則不能取下銅管。1955 年秋，我們對一臺 5MW 汽輪機(jī)凝汽器的鹽酸清洗，該機(jī)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 1820

10、t/h。該機(jī)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(dá)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(jī)系德國生產(chǎn)，9MPa 凝汽管為 68 黃銅，4532 根，外徑 23mm 壁厚 1mm 長 5.76m。該機(jī)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(jī)限制出力近 10MW 對該凝汽器用3為 4%的鹽酸進(jìn)行 循環(huán)清洗

11、，緩蝕劑3為 0.3%烏洛托平?？刂魄逑磿r間在4h 以內(nèi)，然后用水徹底沖凈。清洗之后機(jī)組恢復(fù)了額定出力,同時對循環(huán)水進(jìn)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(jī)組上進(jìn)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(qiáng),其防止粘泥效果相應(yīng)好,并有防垢作用。隨著機(jī)組容量增大,采取循環(huán)冷卻的機(jī)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

12、。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3為 0.05%0.08%的 2-

13、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?xì)怏w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(qiáng)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(jī)酸進(jìn)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(jī)組進(jìn)行氨基磺酸清洗時， 根

14、據(jù)小型試驗與垢量實際情況， 預(yù)測當(dāng) 達(dá)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(dá)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(jìn)的 250320MW 機(jī)組凝汽器進(jìn)行清洗除垢時，綜合考慮了大機(jī)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(jī)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

15、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(qiáng)，CONCOU 難以 除去硬質(zhì)水垢。在 200MW 及 300MW 機(jī)組凝汽器上均使用了高壓沖擊水除垢，除垢率在80%上。經(jīng)沖擊除垢對銅管進(jìn)行了氨熏試驗和機(jī)械性能試驗。氨熏未見應(yīng)力裂紋，強(qiáng)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(rèn)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。還應(yīng)注意的是，對于黃銅來說，均勻腐蝕速度

16、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(hù)僅有有機(jī)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(jī)組也可采取低 負(fù)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 ) 。如果砂粒

17、、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(hù)，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：FeS04+2H2OFe(OH)2+H2SO44Fe(OH)2+OP 4FeOOH+2H2O循環(huán)成膜在停機(jī)時進(jìn)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(jī)組進(jìn)行中投加12mg/L 亞鐵離子累計 120h 以上，也可建立 10 卩 m 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(jìn)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/(m2 h)，約經(jīng) 8h，可按下式建立 2 卩 m 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(jī)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