馮禮奎，樓華棟，賴建忠

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.華電浙江龍游熱電有限公司，浙江 龍游 324400；3.杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310015）

0 引言

熱力設(shè)備的腐蝕會(huì)使金屬表面遭到破壞，減損設(shè)備壽命，加劇熱力設(shè)備受熱面結(jié)垢和運(yùn)行腐蝕現(xiàn)象，影響熱力系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)性。由于停運(yùn)時(shí)設(shè)備內(nèi)部氧的濃度大，在沒有采取有效防腐蝕措施的情況下，腐蝕嚴(yán)重程度要遠(yuǎn)高于運(yùn)行階段的腐蝕[1-2]，對于經(jīng)常停運(yùn)或停運(yùn)時(shí)間較長的熱力設(shè)備，停運(yùn)期間的腐蝕防護(hù)工作必須高度重視。

1 余熱機(jī)組停/備用腐蝕現(xiàn)狀

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組（簡稱燃機(jī)）因清潔、高效、調(diào)度靈活等優(yōu)勢，近十年來在我國京津、華東、華南等電力負(fù)荷集中地區(qū)發(fā)展較快，2016年底全國燃機(jī)裝機(jī)規(guī)模已超過7 000萬kW。受天然氣資源稟賦制約，我國天然氣電站普遍面臨氣源供應(yīng)無保障、發(fā)電成本高的問題，目前主要承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻功能，除少數(shù)重點(diǎn)保障區(qū)域燃機(jī)能做到連續(xù)運(yùn)行，大部分機(jī)組主要作為備用電源使用，且以冷備用為主，總體上停多開少[3-5]。以浙江省為例，2015年和2016年燃機(jī)年均發(fā)電利用小時(shí)數(shù)在1 300 h左右，年均停備用時(shí)間超過7 000 h，其中冷備用時(shí)間超過5 000 h。燃機(jī)這種停多開少的局面不僅使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)差，還帶來停運(yùn)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)問題，其中熱力設(shè)備停運(yùn)腐蝕防護(hù)是最重要工作之一。

從近幾年燃機(jī)發(fā)電廠監(jiān)督檢查發(fā)現(xiàn)，燃機(jī)的熱力設(shè)備停運(yùn)腐蝕防護(hù)普遍存在兩方面問題：

（1）大部分燃機(jī)余熱機(jī)組（也稱聯(lián)合循環(huán)余熱機(jī)組，簡稱余熱機(jī)組）停/備用保護(hù)措施效果不符合要求，由于燃機(jī)啟停次數(shù)多且停運(yùn)時(shí)間難以確定，為操作方便一般都采取熱爐放水烘干法對余熱機(jī)組進(jìn)行保護(hù)。該方法效果一般，而且經(jīng)常出現(xiàn)停機(jī)時(shí)間超出保護(hù)措施有效期的情況，這類余熱機(jī)組停運(yùn)銹蝕普遍較嚴(yán)重。

（2）對長期停運(yùn)的余熱機(jī)組保護(hù)措施覆蓋范圍不全面，通常以余熱鍋爐本體水汽系統(tǒng)保護(hù)為主，對凝汽器、燃汽輪機(jī)、鍋爐煙氣側(cè)等設(shè)備缺少針對性的防銹蝕措施。

圖1為某9E燃機(jī)的余熱機(jī)組凝汽器熱井停運(yùn)1周（左側(cè)）和1個(gè)月（右側(cè)）后的內(nèi)部檢查對比情況，因沒有采取合適的防銹蝕措施，1個(gè)月時(shí)間碳鋼材料銹蝕比較嚴(yán)重。圖2為某6E燃機(jī)的余熱鍋爐蒸發(fā)器管腐蝕，因經(jīng)常停機(jī)在3個(gè)月以上，水平蒸發(fā)器管道積水部位因長時(shí)間腐蝕導(dǎo)致穿孔。

圖1 某廠凝汽器汽熱井底部停運(yùn)期間銹蝕

圖2 某余熱鍋爐水平蒸發(fā)器管腐蝕穿孔

2 余熱機(jī)組停/備用腐蝕防護(hù)特點(diǎn)

由于材質(zhì)、運(yùn)行工質(zhì)和所處環(huán)境的不同，余熱機(jī)組水汽系統(tǒng)的腐蝕防護(hù)是燃機(jī)系統(tǒng)中的重點(diǎn)。同樣以水汽作為運(yùn)行工質(zhì)，余熱機(jī)組在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、啟停調(diào)度等方面與普通燃煤發(fā)電機(jī)組有很大區(qū)別，余熱機(jī)組停/備用保護(hù)可借鑒燃煤機(jī)組的一些方法和經(jīng)驗(yàn)，但在具體選擇和制定防腐蝕措施時(shí)還必須考慮適應(yīng)和滿足燃機(jī)的特點(diǎn)：

（1）燃機(jī)調(diào)峰方式多數(shù)為啟停調(diào)峰而非變負(fù)荷調(diào)峰，具有啟停頻繁、停/備用時(shí)間不確定的特點(diǎn)，停/備用保護(hù)方法應(yīng)考慮不同停機(jī)工況，滿足任何時(shí)長的停機(jī)保養(yǎng)需求。有保護(hù)期限的方法（如余熱烘干法）不適合作為唯一方法，還應(yīng)考慮長期停運(yùn)情況下全系統(tǒng)保護(hù)的需求。

（2）余熱鍋爐一般采用多壓系統(tǒng)，機(jī)、爐組合形式多樣，水汽系統(tǒng)較燃煤鍋爐復(fù)雜，停/備用保護(hù)措施應(yīng)考慮保護(hù)范圍的全面性，對超過2周的停運(yùn)，應(yīng)考慮包括鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器等所有水汽系統(tǒng)設(shè)備以及鍋爐煙氣側(cè)的大范圍保護(hù)。

（3）燃機(jī)開機(jī)速度快，鍋爐啟動(dòng)過程水沖洗時(shí)間短，停/備用保護(hù)方法首先應(yīng)確保良好的防銹蝕效果，其次不影響機(jī)組水汽品質(zhì)，不影響機(jī)組快速啟動(dòng)。

（4）燃機(jī)啟停次數(shù)多，相應(yīng)的停/備用保護(hù)措施投入、撤出次數(shù)也多，保護(hù)措施應(yīng)盡量操作簡便，能靈活應(yīng)對隨時(shí)開機(jī)或停機(jī)的情況。

（5）在當(dāng)前燃機(jī)停多開少情況下，總的停運(yùn)保護(hù)時(shí)間較長，保護(hù)措施的經(jīng)濟(jì)性是重要參考因素，同時(shí)還應(yīng)考慮保護(hù)措施的環(huán)保影響。

綜合上述特點(diǎn)，余熱機(jī)組的停/備用保護(hù)措施應(yīng)能夠靈活適應(yīng)各種長、短期停機(jī)工況，符合機(jī)組快速啟停、保護(hù)范圍全面的要求，同時(shí)兼具良好的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性能。

3 余熱機(jī)組常用的停/備用保護(hù)方法

目前余熱機(jī)組常用的停/備用腐蝕防護(hù)方法主要來自于燃煤機(jī)組的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，主要是余熱烘干法，也有使用成膜胺法、充氮法、濕法保護(hù)，這些方法在燃煤機(jī)組都有成熟應(yīng)用，但在余熱機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用中存在各自局限或不足。

3.1 余熱烘干法

余熱烘干法（包括堿化烘干法）是在停爐放水后利用爐膛及金屬余熱使系統(tǒng)內(nèi)水分蒸發(fā)，爐內(nèi)相對濕度要達(dá)到60%以下，使金屬表面保持相對干燥，利用金屬表面鈍化膜耐蝕性能在一定時(shí)間內(nèi)防止銹蝕。該方法操作簡便，應(yīng)用最為普遍，但余熱烘干后的干燥狀態(tài)并不能長久維持，隨著爐內(nèi)相對濕度上升，水分在金屬表面凝結(jié)，表面保護(hù)層在氧氣、水分的作用下逐漸被破壞，所以余熱烘干法的保護(hù)時(shí)間有限，實(shí)際保護(hù)有效期與烘干程度相關(guān)。

余熱鍋爐應(yīng)用余熱烘干法主要存在鍋爐余熱不足、烘干不徹底的問題。相比燃煤鍋爐，余熱鍋爐爐膛體量一般較小，蓄熱量有限，熱爐放水很難保證低壓汽包、除氧器等低參數(shù)設(shè)備內(nèi)部積水蒸發(fā)，冷爐后積水現(xiàn)象比較普遍。積水的設(shè)備在冷爐后內(nèi)部相對濕度通常高達(dá)90%以上，處于碳鋼材料的高腐蝕區(qū)，與氧接觸后很快發(fā)生銹蝕，余熱烘干法基本起不到防銹蝕效果，這是一些燃機(jī)雖每月開機(jī)進(jìn)行熱爐放水保養(yǎng)，但余熱機(jī)組水汽鐵含量仍然很高的主要原因。圖3、圖4為某9E級燃機(jī)余熱鍋爐執(zhí)行熱爐放水后第28天檢查情況，在低壓汽包和除氧器內(nèi)部存在積水和明顯銹蝕現(xiàn)象。

3.2 成膜胺法

圖3 低壓汽包熱爐放水后積水銹蝕

圖4 除氧器內(nèi)部積水銹蝕

該方法在停爐前向鍋爐加入一定量有機(jī)胺類物質(zhì)（如十八胺、咪唑啉或其衍生物等），使有機(jī)胺在水汽系統(tǒng)充分循環(huán)后停爐放水，有機(jī)胺吸附在金屬表面形成一層憎水性保護(hù)膜，保護(hù)膜起到隔絕水分和氧的作用使金屬得到保護(hù)。成膜胺使用溫度一般控制在300～500℃，最佳溫度為450℃，溫度過低成膜耐腐蝕效果差，過高則胺類物質(zhì)分解太快[6-8]。成膜胺法保護(hù)效果被廣泛認(rèn)可，保護(hù)期限長達(dá)3個(gè)月，滿足大部分余熱機(jī)組停/備用保護(hù)時(shí)間要求，操作上也較為簡便，保護(hù)范圍可以覆蓋鍋爐和汽輪機(jī)，比余熱烘干法有較大優(yōu)勢。

成膜胺法在余熱鍋爐應(yīng)用上有2個(gè)難以克服的問題：

（1）余熱鍋爐部分模塊運(yùn)行溫度低于成膜工藝要求，如9F級燃機(jī)的余熱鍋爐中壓鍋筒設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度約225℃，9E級燃機(jī)的余熱鍋爐低壓鍋筒設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度約180℃，對應(yīng)的前級模塊溫度則更低，低溫區(qū)的設(shè)備成膜保護(hù)效果會(huì)比較差。

（2）殘留的有機(jī)胺在機(jī)組啟動(dòng)后緩慢溶解釋放進(jìn)入汽水系統(tǒng)，并在高溫下分解，分解產(chǎn)物甲酸、乙酸和CO2難以去除，導(dǎo)致汽水TOC（總有機(jī)碳）和氫電導(dǎo)率長時(shí)間難以合格，造成機(jī)組運(yùn)行腐蝕風(fēng)險(xiǎn)[9-10]。

3.3 充氮法

用純度大于98%的氮?dú)獬錆M鍋爐內(nèi)部空間或覆蓋保養(yǎng)液上部空間，維持氮?dú)饧兌群鸵欢▔毫?，阻止氧與金屬的接觸從而避免氧腐蝕。滿足技術(shù)要求的充氮法具有良好的防銹蝕效果，對停運(yùn)時(shí)間也沒有限制，適合鍋爐設(shè)備長期停用保護(hù)。

余熱機(jī)組使用充氮法進(jìn)行鍋爐停運(yùn)保護(hù)在技術(shù)上是比較好的選擇，需要考慮的是機(jī)組啟停次數(shù)較多、停運(yùn)時(shí)間較長的情況下，氮?dú)庵脫Q和補(bǔ)充消耗氣量較大，經(jīng)濟(jì)性相比烘干法、成膜胺法較差。在保護(hù)范圍方面，充氮法只適合密封性較好的系統(tǒng)，凝汽器、汽輪機(jī)等無法密封的設(shè)備需采取其他方法進(jìn)行保護(hù)。

3.4 濕法保護(hù)

用氨或氨與聯(lián)胺、二甲基酮肟等還原劑配制的緩蝕溶液充滿設(shè)備內(nèi)部空間，抑止金屬電化學(xué)腐蝕，是比較有效的長期停爐保護(hù)方法之一。濕法保護(hù)只能適用于無需防凍的季節(jié)或地區(qū)，保護(hù)范圍同充氮法一樣僅限于可密封的鍋爐本體和管道設(shè)備。

余熱機(jī)組應(yīng)用濕法保護(hù)除受到環(huán)境溫度限制，含大量氨氮和高TOC的保養(yǎng)廢液處理對很多燃機(jī)發(fā)電廠來說是一大難題。

4 余熱機(jī)組停/備用保護(hù)技術(shù)進(jìn)展

4.1 通風(fēng)干燥法的概況

針對余熱機(jī)組特點(diǎn)和停運(yùn)腐蝕防護(hù)需求，近年來部分燃機(jī)發(fā)電廠開展了適合余熱機(jī)組特點(diǎn)的停爐保護(hù)新方法的研究應(yīng)用。其中一個(gè)主要的技術(shù)方向是將干燥法與余熱機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相結(jié)合，開發(fā)出可實(shí)用的通風(fēng)干燥法，通過控制熱力系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度來抑制停運(yùn)腐蝕。通風(fēng)干燥法的主要原理是以通風(fēng)方式調(diào)控?zé)崃ο到y(tǒng)內(nèi)部環(huán)境相對濕度在金屬腐蝕臨界相對濕度以下，避免水分在金屬表面凝聚形成水膜和電解液，阻斷金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的基本條件，從而阻止氧腐蝕的發(fā)生。

4.2 通風(fēng)干燥法的種類

降低空氣相對濕度有兩種方法，在常溫下除去空氣中水分降低空氣絕對濕度，或提高空氣溫度增加空氣飽和濕度，通風(fēng)干燥也相應(yīng)發(fā)展出熱風(fēng)干燥和干風(fēng)干燥兩種方法。

4.2.1 熱風(fēng)干燥法

該方法要點(diǎn)是使用加熱的空氣對停運(yùn)放水設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，用相對濕度較低的熱風(fēng)置換內(nèi)部相對濕度較高的空氣，同時(shí)高溫?zé)犸L(fēng)可加速水分蒸發(fā)，還能提高金屬溫度防止金屬管內(nèi)外表面結(jié)露。上海某9E燃機(jī)的余熱機(jī)組應(yīng)用了熱風(fēng)干燥法，針對余熱機(jī)組系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)通風(fēng)管道系統(tǒng)，使用專用設(shè)備將壓縮空氣加熱到100～180℃后分別送入鍋爐各模塊和汽輪機(jī)本體進(jìn)行升溫降濕。通風(fēng)合格標(biāo)準(zhǔn)為受保護(hù)設(shè)備金屬溫度高于環(huán)境溫度5℃以上，設(shè)備排風(fēng)口相對濕度降到40%以下，停止通風(fēng)后監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部相對濕度，當(dāng)相對濕度回升到60%則再次進(jìn)行通風(fēng)干燥。機(jī)組啟動(dòng)過程水質(zhì)分析對比表明，采用熱風(fēng)吹干法保養(yǎng)后水汽鐵含量較之前明顯下降[11]。

4.2.2 干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法

圖5 干風(fēng)保護(hù)法掛片試驗(yàn)前后示片外觀

該方法是在鍋爐熱爐放水后用經(jīng)過深度除濕的常溫干風(fēng)以一定風(fēng)量置換熱力系統(tǒng)內(nèi)部高濕度空氣，將內(nèi)部環(huán)境控制在腐蝕臨界相對濕度以下，在通風(fēng)初期配合使用氣相緩蝕劑，加強(qiáng)停爐初期高溫高濕階段防腐蝕效果。因輸入干風(fēng)濕度遠(yuǎn)低于設(shè)備內(nèi)部濕度，具有較強(qiáng)的容濕能力，在通風(fēng)條件下干風(fēng)也可以加速內(nèi)部積水的蒸發(fā)。浙江某9F燃機(jī)采用干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法進(jìn)行余熱機(jī)組全系統(tǒng)的停備用保護(hù)，干風(fēng)保護(hù)設(shè)備輸出的干風(fēng)絕對濕度達(dá)到5 g/m3以下，相對濕度15%以下，溫度為常溫-60℃可調(diào)，在首次通風(fēng)時(shí)配合使用氨類緩蝕劑。干風(fēng)從鍋爐蒸發(fā)器底部進(jìn)入熱力系統(tǒng)，沿水汽流程走向進(jìn)入凝汽器和汽輪機(jī)，從凝汽器和汽輪機(jī)軸隙排出，保護(hù)期間監(jiān)測凝汽器內(nèi)相對濕度并控制在30%～50%。該廠在汽包和凝汽器汽側(cè)進(jìn)行了45天的腐蝕掛片試驗(yàn)驗(yàn)證保護(hù)效果，圖5為20號(hào)碳鋼腐蝕指示片試驗(yàn)前后的外觀對比，除中壓汽包指示片因汽包人孔門不嚴(yán)密有輕微腐蝕，其他位置指示片表觀均無銹蝕，腐蝕速率基本為“0”，保護(hù)效果良好。

4.3 通風(fēng)干燥法的特點(diǎn)

熱風(fēng)干燥和干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法有以下共同特點(diǎn)：

4.3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）應(yīng)用范圍廣。不受機(jī)組材料、水處理工況、氣候環(huán)境限制，理論上只要能構(gòu)建通風(fēng)通道就可以使用，保護(hù)范圍可覆蓋鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器等完整的熱力系統(tǒng)，也可用于機(jī)組輔助系統(tǒng)和鍋爐煙氣側(cè)的防腐蝕保護(hù)。

（2）使用靈活。通風(fēng)干燥法操作簡單，可根據(jù)需要隨時(shí)投入或撤出保護(hù)設(shè)備，不影響隨時(shí)開機(jī)，不影響設(shè)備檢修，不受停機(jī)時(shí)間限制，適合長期停運(yùn)保護(hù)。

（3）環(huán)保高效。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，兩種方法都有良好的防銹蝕保護(hù)效果，而且是物理方法為主，對環(huán)境友好，也不影響后期機(jī)組的水汽品質(zhì)。

結(jié)合前述余熱機(jī)組對停爐保護(hù)的需求特點(diǎn)分析，這幾項(xiàng)特點(diǎn)幾乎完全滿足了當(dāng)前余熱機(jī)組停爐保護(hù)要求，采用一種方法既可以實(shí)現(xiàn)全部熱力系統(tǒng)的保護(hù)，而且還可向燃機(jī)煙氣系統(tǒng)延伸應(yīng)用，相比傳統(tǒng)方法，這兩種方法更適合于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的停備用保護(hù)。

4.3.2 缺點(diǎn)

兩種方法的共同缺點(diǎn)是都需要配備專用保護(hù)設(shè)備和通風(fēng)管道系統(tǒng)，增加設(shè)備投資和操作工作量。此外通風(fēng)干燥方式要求通風(fēng)系統(tǒng)中的管道不能有U型管道積水阻斷通風(fēng)通道，否則可能無法進(jìn)行通風(fēng)保護(hù)。

4.3.3 兩種方法間的比較

兩種方法相比較，熱風(fēng)干燥法運(yùn)行能耗相對較高，通過熱風(fēng)將冷態(tài)熱力系統(tǒng)金屬溫度提高5℃需消耗大量熱量，對大型鍋爐甚至難以實(shí)現(xiàn)。而干風(fēng)干燥法正常運(yùn)行只需少量電耗維持設(shè)備除濕和送風(fēng)功能，風(fēng)量1 200 m3/h設(shè)備運(yùn)行功率平均約為25 kW，且濕度維持期間不需連續(xù)運(yùn)行，上述9F聯(lián)合循環(huán)余熱機(jī)組保養(yǎng)期間每臺(tái)機(jī)組平均每天運(yùn)行約2 h，電耗約50 kWh，長期保養(yǎng)成本很低。此外，在安全性方面熱風(fēng)干燥法送風(fēng)溫度和壓力較高，有一定安全風(fēng)險(xiǎn)，在通風(fēng)過程中還要注意控制好汽包壁溫差和汽輪機(jī)缸溫差，干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法則沒有此問題。

5 結(jié)語

燃機(jī)利用低碳清潔能源發(fā)電，其發(fā)展前景被看好，但目前部分燃機(jī)停多開少的局面預(yù)計(jì)短期內(nèi)難以改變，燃機(jī)的余熱機(jī)組停運(yùn)腐蝕防護(hù)問題必須予以足夠重視，防止長期腐蝕累積造成設(shè)備不可逆的損傷。余熱機(jī)組停/備用保護(hù)措施應(yīng)結(jié)合當(dāng)前燃機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)和余熱機(jī)組系統(tǒng)特點(diǎn)制定，滿足保護(hù)時(shí)間、保護(hù)范圍和保護(hù)效果的要求。傳統(tǒng)的余熱烘干法、成膜胺法、充氮法、濕法保護(hù)都有各自的缺點(diǎn)或使用限制，單一方法不能完全滿足余熱機(jī)組停運(yùn)期間全面保護(hù)要求。針對余熱機(jī)組開發(fā)的熱風(fēng)干燥法和干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法在保護(hù)范圍、使用靈活性方面比較適合機(jī)組特點(diǎn)，其中干風(fēng)聯(lián)合保護(hù)法在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面更占優(yōu)勢，可作為余熱機(jī)組停/備用保護(hù)推薦方法。