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(shí)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(shí)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)水濃縮3倍或

2、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(shí)間運(yùn)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/(kWh)。對(duì)于一臺(tái)年運(yùn)轉(zhuǎn)7000h、負(fù)荷率為90%的300MW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1.9kWh。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(diǎn)蝕。清潔的凝汽器管可使用15a以上，結(jié)垢而不及時(shí)消除時(shí)，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(shí)，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(shí))或堿腐蝕(冷卻水為淡水時(shí))，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(duì)其進(jìn)行清洗是必要的。為有效地對(duì)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(diǎn)。1.1

4、. 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(shí)，管材對(duì)介質(zhì)的耐受性與其成分有關(guān)；機(jī)械清洗時(shí)，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/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(diǎn)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

6、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(tái)，鈦的耐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(diǎn)是白灰或灰白，堅(jiān)硬，附著牢固。這種垢在常溫的稀鹽酸中易于溶解，溶解時(shí)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

7、分分析時(shí)，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(shí)，冷水塔對(duì)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(diǎn)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(huì)引起腐蝕。60年代初，某熱電廠兩臺(tái)12MW機(jī)組和兩臺(tái)12.5MW機(jī)組先后進(jìn)行

8、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(tái)機(jī)組的凝汽器管大量腐蝕泄漏，以至于報(bào)廢。另一個(gè)熱電廠的兩臺(tái)12MW汽輪機(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(shí)排掉廢酸液，幾十小時(shí)后才排掉清洗液并進(jìn)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(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(duì)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(shí)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(duì)一臺(tái)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1820t/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(duì)出力有影響時(shí)，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(tái)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，

10、外徑23mm，壁厚1mm，長5.76m。該機(jī)投產(chǎn)時(shí)，未同步投入循環(huán)水處理，實(shí)際運(yùn)行不足2個(gè)月，結(jié)垢1mm左右，使汽輪發(fā)電機(jī)限制出力近10MW。對(duì)該凝汽器用為4%的鹽酸進(jìn)行循環(huán)清洗，緩蝕劑為0.3%烏洛托平。控制清洗時(shí)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(shí)對(duì)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(yàn)，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

11、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。由于銅管耐蝕性差，酸洗緩蝕劑不理想，酸洗時(shí)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(duì)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(duì)黃銅管的酸洗緩蝕劑的研究。經(jīng)試驗(yàn)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(shí)起到緩蝕作用。因此，使用若丁或?yàn)趼逋衅阶鳛榫徫g劑時(shí)，加入為0.05%0.08%的2-巰基苯并塞噻唑(MBT)作為緩蝕劑，同時(shí)控制清洗時(shí)間不超過4h，即使68黃銅管也無顯著腐蝕。鹽酸清洗時(shí)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(duì)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(diǎn)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(duì)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(duì)一臺(tái)200MW的機(jī)組進(jìn)行氨基磺酸清洗時(shí)，根據(jù)小型試驗(yàn)與垢量實(shí)際情況，預(yù)測當(dāng)達(dá)預(yù)定的3%濃度時(shí)，1h內(nèi)可完成清洗。實(shí)際化驗(yàn)結(jié)果表明，在達(dá)到預(yù)定濃度時(shí)，酸洗液中硬度鹽類含量也趨平衡，延長清洗時(shí)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(duì)引進(jìn)的250320MW機(jī)組凝汽器進(jìn)行清洗除垢時(shí)，綜合考慮了大機(jī)組凝汽器除垢率、縮短清洗時(shí)間和防止銅管腐蝕等因素3，通過試驗(yàn)對(duì)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(duì)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(shí)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(yàn)，80年代末至90年代初，試驗(yàn)用射流水除垢和用CONCO除垢的效果。對(duì)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)，CONCO則難以除去硬質(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%以上。經(jīng)沖擊除垢對(duì)銅管進(jìn)行了氨熏試驗(yàn)和機(jī)械性能試驗(yàn)。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(yùn)行中對(duì)凝汽器清洗者漸多，雖有掛片試驗(yàn)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

15、。還應(yīng)注意的是，對(duì)于黃銅來說，均勻腐蝕速度僅有參考價(jià)值，更有意義的是點(diǎn)蝕傾向、脫鋅傾向和脫鋅系數(shù)及晶間腐蝕傾向。2.2. 對(duì)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(dòng)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(shí)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(duì)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(shí)，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(shí)，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(shí)，宜采用高壓水沖擊除垢，其壓力可為50MPa。對(duì)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(shí)，可只用高壓水沖擊清除，對(duì)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：FeSO4+2H2OFe(OH)2+H2SO44Fe(OH)2+O24FeOOH+2H2O循環(huán)成膜在停機(jī)時(shí)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(jì)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(duì)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(yàn)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(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)垢難以避免，因此，凝