郝曉玲，閆樹(shù)清，左興堂，柳丙軒

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

1 系統(tǒng)概況

首鋼遷鋼公司2×50 MW CCPP發(fā)電機(jī)組2014年投產(chǎn)，機(jī)組配套汽機(jī)額定功率21 MW，凝汽器為N-2800 型，雙進(jìn)雙出，管束材質(zhì)為0Cr18Ni9 不銹鋼管。運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)凝汽器換熱管水側(cè)不斷結(jié)垢，沿冷卻水流程方向呈加重趨勢(shì)，垢層厚度達(dá)到0.3～0.5 mm，將金屬管壁全部遮蓋。受換熱管結(jié)垢影響，凝汽器運(yùn)行端差增大，真空度下降，機(jī)組效率下降，夏季平均端差11.6 ℃，真空-90.0 kPa，汽機(jī)負(fù)荷20.5 MW，影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

針對(duì)結(jié)垢問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)曾采用金剛砂膠球在線清洗、循環(huán)水系統(tǒng)加藥在線清洗，高壓水槍離線清洗等措施，均未取得預(yù)期改善。為恢復(fù)機(jī)組效率，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，決定利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)，采用化學(xué)清洗的方式清除凝汽器換熱管積存水垢。

2 介質(zhì)選擇

為確定清洗介質(zhì)類別，首先取現(xiàn)場(chǎng)垢樣進(jìn)行溶解性試驗(yàn)，垢樣在室溫環(huán)境下，6%濃度酸性溶液中經(jīng)浸泡可完全溶解，判斷水垢主要成分為碳酸鹽垢。鑒于該廠凝汽器換熱管為不銹鋼材質(zhì)，鹽酸會(huì)對(duì)其產(chǎn)生晶間腐蝕，無(wú)法選用鹽酸作清洗介質(zhì)。

氨基磺酸為白色斜方晶體，是一種固體有機(jī)酸，其分子式為NH2SO3H，氨基磺酸極易溶于水，其水溶液酸性與鹽酸、硫酸相似，有固體硫酸之稱[1]。氨基磺酸及其鹽類與多種金屬化合物均生成可溶性鹽類，具有在水中溶解度高、不析出沉淀而對(duì)金屬腐蝕小的特點(diǎn)。其反應(yīng)方程式為[2]：

初步選定氨基磺酸作為清洗介質(zhì)后，對(duì)取自現(xiàn)場(chǎng)的垢樣進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，分別配置3%、6%、8%濃度氨基磺酸溶液，在30 ℃環(huán)境下，垢樣均在45 min內(nèi)全部溶解。

另外進(jìn)行掛片靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)，試片表面積28 cm2，與換熱管同材質(zhì)均為不銹鋼，配置3%、6%、8%濃度氨基磺酸溶液，添加緩蝕劑（0.3%烏洛托品），溶液溫度控制（30±5）℃，浸泡時(shí)間為4 h，試驗(yàn)結(jié)果如表1所列。

表1 掛片靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)

經(jīng)試驗(yàn)確定，3%～8%濃度的氨基磺酸可充分溶解系統(tǒng)水垢，且試片表面清潔，腐蝕輕微，腐蝕速率＜1g/(m2h)，滿足《火力發(fā)電廠凝汽器化學(xué)清洗及成膜導(dǎo)則》(DL/T 957-2005)規(guī)范要求。經(jīng)綜合分析，確定清洗方案，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的氨基磺酸作為清洗劑，添加0.3%烏洛托品作為緩蝕劑及適量消泡劑。

3 系統(tǒng)建立

結(jié)合機(jī)組大修，采用凝汽器半側(cè)逐一清洗的方式進(jìn)行離線清洗，臨時(shí)清洗系統(tǒng)水容積總計(jì)約65 m3，為保證清洗系統(tǒng)循環(huán)充分，管內(nèi)清洗流速達(dá)到規(guī)范要求的0.1～0.25 m/s，選用一臺(tái)大流量低揚(yáng)程管道泵（Q=300 m3/h，H=20 m）,清洗系統(tǒng)水容積構(gòu)成如表2所列。

表2 清洗系統(tǒng)水容積構(gòu)成

為最大限度降低費(fèi)用，減少設(shè)備改造，充分利用凝汽器系統(tǒng)現(xiàn)有裝置，現(xiàn)場(chǎng)利用收球網(wǎng)人孔作為清洗系統(tǒng)回水管接點(diǎn)，利用凝汽器水室排氣管作為排氣門，利用凝汽器進(jìn)/回水門進(jìn)行系統(tǒng)隔斷，僅需在凝汽器現(xiàn)有進(jìn)水管道開(kāi)孔預(yù)接清洗進(jìn)水門，即可完成臨時(shí)清洗系統(tǒng)的構(gòu)建。清洗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 清洗系統(tǒng)圖

4 方案實(shí)施

4.1 系統(tǒng)準(zhǔn)備

估算清洗藥品用量，準(zhǔn)備氨基磺酸4 t，緩蝕劑0.5 t，消泡劑0.1 t，中和用堿3 t。機(jī)組檢修停運(yùn)前，凝汽器兩側(cè)分別投運(yùn)膠球，清除換熱管積垢表面附著的絮狀粘泥；機(jī)組停運(yùn)后，凝汽器汽側(cè)灌水查漏，檢查封堵泄漏點(diǎn)位，同時(shí)將凝汽器水室內(nèi)雜物清理干凈。

搭建臨時(shí)清洗系統(tǒng)：關(guān)閉凝汽器進(jìn)/回水門，與運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行隔斷；在凝汽器進(jìn)水管道開(kāi)孔接清洗進(jìn)水門，利用收球裝置人孔接清洗回水門，完成臨時(shí)管道連接；清洗泵試運(yùn)正常，運(yùn)行良好。

4.2 循環(huán)清洗

采用凝汽器半側(cè)逐一清洗的方式進(jìn)行清洗，打開(kāi)清洗側(cè)清洗進(jìn)水、回水門，稍開(kāi)凝汽器水室排氣門，通過(guò)工業(yè)水帶完成系統(tǒng)注水，在清洗水箱設(shè)置檢測(cè)試片。啟動(dòng)清洗泵，動(dòng)態(tài)控制清洗水箱液位，檢查消除系統(tǒng)漏點(diǎn)，投入加熱蒸汽，提高控制水箱溫度，按預(yù)定比例，投入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%緩蝕劑，清洗系統(tǒng)循環(huán)30 min使緩蝕劑分布均勻。

按預(yù)定比例，投加檸檬酸12.5 kg，氨基磺酸2.5 t，初始投藥后反應(yīng)生成氣體多，排氣量大，有氣流沖擊聲，適當(dāng)調(diào)整開(kāi)大排氣門開(kāi)度，充分排除反應(yīng)氣體?？刂瓢雮?cè)循環(huán)清洗時(shí)間4 h 左右，每30 min 取樣分析清洗液pH 值、酸濃度及鐵離子含量，清洗過(guò)程中，根據(jù)鐵離子含量分析結(jié)果，適當(dāng)添加還原劑二甲基酮肟，保護(hù)系統(tǒng)碳鋼管道，根據(jù)酸濃度分析結(jié)果適當(dāng)補(bǔ)充加酸，如果酸濃度連續(xù)穩(wěn)定不降低，說(shuō)明垢已除凈，30 min 后可結(jié)束酸洗。清洗過(guò)程中酸濃度隨時(shí)間變化曲線如圖2所示。

圖2 清洗過(guò)程中酸濃度隨時(shí)間變化曲線

4.3 排酸沖洗查漏

酸洗完成后，迅速排出酸洗廢液，添加30%濃度NaOH 溶液中和，調(diào)整pH 值至6.5～7.0；廢液經(jīng)中和處理后送往廠區(qū)配套污水處理廠，對(duì)COD、氨氮等污染物完成進(jìn)一步深度處理。

酸洗廢液排出后，關(guān)閉清洗進(jìn)水、回水門，將清洗系統(tǒng)退出，之后打開(kāi)清洗側(cè)凝汽器進(jìn)/回水門，將凝汽器接入循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)沖洗，同時(shí)投入膠球，通過(guò)膠球擦洗清除換熱管內(nèi)壁殘留泥垢；膠球清洗完成后，退出循環(huán)水，凝汽器汽側(cè)灌水查漏。檢查無(wú)異常后完成半側(cè)清洗，依照相同技術(shù)方案完成凝汽器另外半側(cè)清洗。

5 效果評(píng)價(jià)

5.1 除垢效果檢查

凝汽器兩側(cè)清洗完成后，打開(kāi)人孔，凝汽器管板管束完全呈現(xiàn)金屬光澤，配合內(nèi)窺鏡進(jìn)行換熱管內(nèi)部檢查，管束內(nèi)部干凈，無(wú)殘留物，除垢率≥95%，達(dá)到優(yōu)良水平。換熱管清洗前后表面狀態(tài)對(duì)比如圖3所示。

圖3 換熱管清洗前后表面狀態(tài)對(duì)比

5.2 試片/換熱管腐蝕情況檢查

清洗過(guò)程中，設(shè)置試片進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)測(cè)量平均腐蝕速度為0.021 g/(m2h)，小于1 g/(m2h)，總腐蝕量為0.08 g/m2，小于10 g/m2，滿足《火力發(fā)電廠凝汽器化學(xué)清洗及成膜導(dǎo)則》(DL/T 957-2005)的規(guī)范要求；清洗結(jié)束后，凝汽器灌水查漏，未見(jiàn)異常，經(jīng)內(nèi)窺鏡檢查，換熱管內(nèi)部無(wú)腐蝕、無(wú)過(guò)洗現(xiàn)象；經(jīng)運(yùn)行驗(yàn)證，凝汽器換熱管運(yùn)行良好，未發(fā)生泄露問(wèn)題，整個(gè)清洗操作過(guò)程安全可靠。試片腐蝕速率測(cè)定如表3所示。

表3 試片腐蝕速率測(cè)定

5.3 經(jīng)濟(jì)效益提升

凝汽器清洗完成后，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性取得顯著提升，凝汽器運(yùn)行端差降低3.0 ℃，排汽溫度降低2.5 ℃，真空度提升1.8 kPa，機(jī)組效率提高2.9%。機(jī)組夏季額定工況運(yùn)行數(shù)據(jù)均值對(duì)比如表4所示。

表4 機(jī)組夏季額定工況運(yùn)行數(shù)據(jù)均值對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)運(yùn)行驗(yàn)證，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)得出結(jié)論：此次凝汽器離線化學(xué)清洗方案科學(xué)合理，全面清除管內(nèi)積存水垢，同時(shí)保證系統(tǒng)安全可靠，換熱管腐蝕輕微；清洗完成后大幅提高凝汽器換熱效率，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性取得顯著提升，達(dá)到了理想的清洗效果。