彭衛(wèi)紅

(神華巴蜀江油發(fā)電廠，四川江油 621709)

神華巴蜀江油發(fā)電廠2×330 MW機組1 025 t/h亞臨界鍋爐由法國STEIN公司生產，四角切圓、強制循環(huán)爐。汽包結構:由外筒和內筒組成，內設百葉窗、旋風子汽水分離裝置，對水、汽進行分離。機組水汽品質控制標準由法國STEIN公司提供。

2012年3月運行中監(jiān)督發(fā)現(xiàn)，31號機組飽和蒸汽中含鈉量超標(Na+:45 μg/L)，監(jiān)視機組運行在其后的2個月時間內，經反復取樣復查，仍超標，最大含鈉量為76 μg/L。江油發(fā)電廠組織運行、化學、鍋爐專業(yè)成立聯(lián)合攻關小組，查找、分析引起31號機組飽和蒸汽含鈉量超標的原因，提出處理對策，盡快使蒸汽含鈉量合格，防止蒸汽系統(tǒng)結鹽和腐蝕。

1 初步原因分析

根據(jù)《電廠化學水處理》，鈉鹽的攜帶分為溶解攜帶和機械攜帶:溶解攜帶與鍋水含鹽量有關;機械攜帶與汽包水位、汽水分離裝置效果有關。因31號機組仍在運行中，只作了以下排查。

1.1 運行中水汽質量普查

化學監(jiān)督人員對31號機組所有水、汽進行取樣分析:補給水、給水、凝結水、鍋水所有指標均處于控制標準范圍內;過熱、再熱蒸汽所有指標處于控制標準范圍內;飽和蒸汽含鈉量為65 ug/L;電導率為 0.21 μs/cm。二氧化硅、銅、鐵離子含量處于控制標準范圍內。

經化學監(jiān)督人員每周4次對31號機組所有運行水、汽進行取樣分析，連續(xù)2個月發(fā)現(xiàn)31號機組補給水、給水、凝結水、鍋水所有指標均處于控制標準范圍內;過熱、再熱蒸汽的指標處于控制標準范圍內，但當飽和蒸氣含鈉量超標過大時會引起過熱蒸汽含鈉量超標;飽和蒸汽含鈉量最大為76 μg/L;電導率為0.21 μs/cm。二氧化硅、銅、鐵離子含量處于控制標準范圍內。

1.2 檢查運行中鍋內水質處理

江油發(fā)電廠按法國STEIN公司給定的控制工藝，采用協(xié)調磷酸鹽處理，指標控制如表1。

查看歷史記錄:兩機組首次檢查性檢修中，化學監(jiān)督情況表明，熱力系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)汽輪機高、中壓轉子、隔板結鹽較多，高壓轉子鹽垢的主要成分為磷酸鹽，垢樣成分分析磷以氧化物表示(P2O5)占4成以上。隨后進行的機組A修、B修化學監(jiān)督中同樣發(fā)現(xiàn)汽輪機有積鹽現(xiàn)象且高壓轉子集鹽中磷含量較高。查閱機組水汽品質控制運行日志，鍋水品質合格率均在98%以上，證明控制水平不是汽輪機通流部件積鹽的主要原因，初步懷疑法國STEIN公司規(guī)定的控制工藝存在缺陷。

表1 鍋爐鍋水控制標準

1.3 機組運行中汽包水位控制

(1)運行人員嚴格按運行規(guī)程將汽包水位投入外部定值狀態(tài)，并監(jiān)視水位在表2范圍。

表2 汽包監(jiān)視水位

(2)查詢運行日志，鍋爐水位調節(jié)困難，水位波動幅度經常接近甚至超過許可范圍。

(3)熱控車間檢查校驗汽包水位計，發(fā)現(xiàn)實際水位比DCS顯示水位高35 mm。

1.4 汽包內部的檢查

(1)2012年31號機組大修時，打開汽包檢查發(fā)現(xiàn)汽水分界界限不明顯，對汽水分離裝置檢查未見異常。

(2)各加藥管、排污管正常。

(3)汽包內筒檢查:通過拆除汽水分離裝置，對汽包內筒壁進行全面檢查發(fā)現(xiàn):汽包內筒壁有23道裂紋，最長裂紋貫穿內筒壁2/3。

1.5 含鈉量超標的主要原因

(1)汽包內筒壁焊縫裂紋，部分飽和蒸汽未經過汽水分離裝置分離，直接通過裂紋進入蒸汽系統(tǒng)，使飽和蒸汽帶水，引起飽和蒸汽含鈉量超標。

(2)法國STEIN公司的控制工藝存在缺陷，鍋水處理中磷酸鹽偏高，使鍋水中鈉離子含量偏高，蒸汽通過溶解攜帶使鈉離子含量偏高，甚至超過控制范圍。

(3)機組運行中，汽包水位偏高和波動，導致蒸汽與鍋水分離不徹底，引起飽和蒸汽含鈉量偏高。

2 進一步原因分析與研究

2.1 汽包內筒壁焊縫裂紋原因分析

(1)通過對焊縫金屬檢測，發(fā)現(xiàn)23條裂紋焊縫存在焊縫夾渣、氣孔、未融合等焊接缺陷。增加檢測，又新發(fā)現(xiàn)12條焊縫存在同樣缺陷。

(2)汽包內筒體焊縫因承受附加拉應力產生裂紋:檢查運行日志，核對停機曲線，發(fā)現(xiàn)機組停運過程未嚴格按照曲線進行，冷卻過快，汽包內外筒壁膨脹系數(shù)不一致(汽包筒體壁厚163 mm，內筒壁厚10 mm)，內筒壁承受附加拉應力;頻繁的啟停，加快裂紋的形成和發(fā)展，最長裂紋達450 mm。

2.2 法國STEIN公司控制工藝研究

(1)隨鍋爐壓力的升高，蒸汽的性質愈來愈接近水的性質，其對鹽分的溶解攜帶系數(shù)成百倍增加。

(2)隨鍋爐壓力的升高，汽水密度差越小，汽水分離更加困難。鍋水含鹽量是影響蒸汽機械攜帶的主要因素，當鍋水含鹽量達到臨界值時，蒸汽含鹽量更是與鍋水含鹽量成平方關系增長。

(3)該廠2臺亞臨界鍋爐汽包內未設置洗汽裝置，蒸汽溶解鹽類和經汽水分離裝置未徹底分離掉的鍋水水滴得不到處理而進入蒸汽。

(4)亞臨界鍋爐的汽包直徑相對較小，水汽靠重力自然分離作用降低。

以上因素決定了亞臨界汽包鍋爐鍋水的極限含鹽量將大大降低。在凝汽器無泄漏和補給水質量合格的情況下，為控制腐蝕和結垢向鍋內添加的磷酸鹽就是形成鍋水鹽分的主要物質。應該說，法方在制定鍋水控制標準時已經注意到這一問題，其磷酸鹽含量上限已比通常的協(xié)調磷酸鹽處理工藝控制上限低了許多，但仍顯得保守。

從減少汽輪機通流部件結鹽，并保證熱力系統(tǒng)腐蝕速率合格且達到期望最小值出發(fā)，盡管機組無凝結水精處理裝置，但現(xiàn)場運行長時間均未發(fā)現(xiàn)凝汽器泄漏，凝汽器無泄漏和品質優(yōu)良的補給水決定了鍋水添加磷酸鹽的防垢作用已大大降低，其主要作用已成為調節(jié)鍋水pH值，防止金屬部件的腐蝕。這從理論上給進一步降低鍋水中磷酸鹽含量提供了可能。由此，將鍋水控制標準作了如下調整，調整后控制標準如表3所示。

表3 鍋爐鍋水調整后控制標準

在現(xiàn)場運行中，重點控制鍋水磷酸根和pH，鈉磷摩爾比不再嚴格控制。這是因為有研究表明:磷酸鹽上限控制在3 mg/L時，此濃度已低至在爐管局部濃縮處，磷酸鹽不超過其溶解度，已最大可能地避免了因析出發(fā)生的磷酸鹽隱藏，控制鈉磷摩爾比已失去實際意義。也就是說:將鍋水協(xié)調pH－磷酸鹽處理工藝改為了低磷酸鹽處理工藝。

近年的研究發(fā)現(xiàn):沉積并不是控制磷酸鹽隱藏的主要機制，而磷酸鹽和Fe3O4保護膜發(fā)生反應才是控制磷酸鹽隱藏的主要因素。以往公認的磷酸鹽處理鍋爐發(fā)生的堿性腐蝕破壞實際上是酸性磷酸鹽腐蝕，這種腐蝕現(xiàn)象在協(xié)調pH－磷酸鹽處理工藝下始終是一個潛在危險。因此已有專家提出原則性意見為:協(xié)調磷酸鹽處理可用于高壓鍋爐，不宜用于超高壓鍋爐，不可用于亞臨界參數(shù)鍋爐。新的國標條文GB/T 12145－1999也規(guī)定:協(xié)調磷酸鹽處理不適用于亞臨界參數(shù)電廠。推薦使用的工藝為低磷酸鹽處理或低磷酸鹽加氫氧化鈉處理，這證明該廠鍋水處理工藝的方向是正確的。

2.3 汽包水位的研究

(1)經過反復試驗，法國STEIN公司提供的水位定值正確。

(2)通過對比試驗，發(fā)現(xiàn)鍋爐運行實際水位與DCS盤上顯示水位不一致，實際水位比DCS盤上顯示水位高35 mm。

(3)鍋爐水位調節(jié)采用給水泵加調節(jié)閥控制，因調節(jié)閥漏量大，線性差，調節(jié)困難，水位波動幅度經常接近甚至超過許可范圍。

3 應用及實驗

(1)汽包內筒焊縫的處理:為消除焊接缺陷，焊縫修復時打磨量大，需填充金屬多，會附加應力的產生。因此，首先對汽包內筒壁進行分段定位，確保修復后內筒長度、位置與原設計一致;其次為確保不留隱患，每道裂紋打磨后，100%著色探傷;然后內筒材質為A52CP，為防止焊接變形及附加應力產生，對此做專項的焊接工藝評定。本次共處理焊縫35條，全部恢復與設計一致。

為減少鍋爐停運過程中內筒因承受附加應力裂紋，要求鍋爐控制員在機組停運過程嚴格按照曲線執(zhí)行。

(2)在控制好鍋爐補給水、凝結水品質的條件下，在保證鍋水pH前提下，鍋水采用低磷酸鹽處理，磷酸根PO4

3－控制在≤3.0 mg/L，減少鍋水含鹽量。

進一步實驗證明:鍋水雖采用了低磷處理，實際運行中加藥量逼近或超上限，仍可能使飽和蒸汽鈉含量超標，從亞臨界機組磷酸鹽主要作用轉變?yōu)樘岣咤佀畃H，防止金屬腐蝕，防垢弱化作用出發(fā)，進一步調整鍋水控制指標，磷酸鹽為0.3～1 mg/L，pH為9.1～9.6。同時為減少進入系統(tǒng)內的雜質，磷酸鹽藥品采用分析純。當磷酸根接近標準上限時，如pH不能滿足標準下限，適當投加氫氧化鈉提高pH。

(3)熱控人員調整汽包實際水位與DCS顯示一致，并制定定期校對制度，為運行調節(jié)水位提供真實數(shù)據(jù)。

(4)更換給水調節(jié)閥，調整閥門調節(jié)性能，為運行靈活、及時調節(jié)水位提供可能。運行控制人員加強對31號爐汽包水位監(jiān)視，防止汽包水位偏高。

4 運行效果

31號機組于2012年10月啟動運行后，通過全面的化學檢驗，機組飽和蒸汽含鈉量全面合格，超標問題得到了很好的根治，31號機組水汽品質合格率達到100%。有效地緩減了機組蒸汽系統(tǒng)結鹽，明顯地降低了腐蝕速率，保證了機組的安全穩(wěn)定運行。還準備將該結果推廣應用到全國范圍內法國STEIN公司的同類型鍋爐機組上。

［1］四川巴蜀江油發(fā)電廠，四川巴蜀江油發(fā)電廠化學運行規(guī)程［S］.

［2］四川巴蜀江油發(fā)電廠出版，四川巴蜀江油發(fā)電廠鍋爐運行規(guī)程［S］.

［3］四川巴蜀江油發(fā)電廠出版，四川巴蜀江油發(fā)電廠鍋爐檢修規(guī)程［S］.

［4］電廠化學水處理［M］.武漢:大學出版社.