华能长兴电厂循环水阻垢剂的优选试验＊

邵国华

（华能长兴电厂，浙江 湖州313100）

0 引言

华能长兴电厂原有两台125MW机组，循环冷却方式采用敞开式系统，配套对分双流程表面式凝汽器，装有316L不锈钢换热管.近几年进行几次凝汽器换热管检查，发现换热管内有大量结垢的现象.经酸洗、高压水枪冲洗等物理化学手段后，较为彻底地清理了换热管内的结垢产物，但在再次投运过程中发现有较多的换热管存在泄漏现象，根据现场抽检发现这些泄漏管子存在明显的结垢现象.

为了防止和减轻上述情况的发生，华能长兴电厂采用了循环水中加入阻垢缓蚀剂的方法，并针对长兴内河水的水质，通过静态模拟实验，研究目前市场上应用较广的缓蚀阻垢剂投加后对电厂循环水系统不锈钢材质的影响，为长兴电厂“以大压小”工程项目的两台660MW机组循环水系统的药剂优选提供科学依据，并为华能集团内其他电厂的循环水阻垢药剂优选工作提供借鉴.

1 运行概况

华能长兴电厂的循环水冷却系统中，重碳酸盐的浓度随着循环水在冷却塔中蒸发浓缩而增加，当其浓度达到过饱和状态时，或者在经过换热器传热表面而使水温升高时，会发生分解反应：

Ca（HCO3）2→CaCO3↓＋CO2↑＋H2O

冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离CO2要逸出，从而促使上述反应向右进行.CaCO3沉积在换热器传热表面，形成致密的碳酸钙水垢.另外，其它盐类也会因达到其溶度积而发生沉积成垢.这些垢的导热性能很差，导热系数一般不超过1.16W／（m·K），而钢材的导热系数为45W／（m·K），从而降低换热器的传热效率，增加管路阻力，影响生产安全性与经验性，严重时会产生垢下腐蚀，造成凝汽器不锈钢管的泄漏，增加检修次数，甚至更换换热器［1］.

华能长兴电厂＃5机在2009年6月机组停运检修进行凝汽器不锈钢管的清洗后发现较多的泄漏点，抽管检查中发现结垢严重，且已形成垢下腐蚀，酸洗后导致不锈钢管泄漏.

2 电厂内河水质状况

华能长兴电厂取原水为陆汇港内河河水，在循环冷却水系统中，由于蒸发等损失，系统中的水会愈来愈少，而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓，为使水中含盐量维持在一定的浓度，必须补入新鲜水，排出浓缩水［2］.通常在操作时，用浓缩倍数来控制水中含盐的浓度.

浓缩倍数K＝系统内水质的某一指标／补充水质的同一指标.

被检测的某组分含盐浓度应不受外界条件（加热、沉积、投加药剂等）影响而变化，故可采用总硬度、电导率、氯离子或者钾离子等方法来测定循环水中的浓缩倍数［3］.

华能长兴电厂在正常运行中，以循环水与河水中的氯离子含量比值来作为浓缩倍率指标，经试验确定循环水的浓缩倍率为5.

根据内河水水质全年平均值分析计算的内河水、内河水浓缩2.5倍后循环水、浓缩4.5倍后循环水、浓缩5倍后循环水的饱和指数LSI、稳定指数RSI、结垢指数PSI，对内河水水质的腐蚀性作定性评价见表1.

表1 内河水及循环浓缩水饱和指数LSI、稳定指数RSI、结垢指数PSI分析表

根据表1所分析的饱和指数LSI、稳定指数RSI、结垢指数PSI可知，原内河水为腐蚀型水质，也即其钙离子浓度不高，不会发生结垢，反而会把换热器上的预膜致密碳酸钙垢层溶解.但是浓缩后的循环水将发生严重的结垢，尤其是在浓缩倍数为4.5和5下，其LSI值远大于零，必须进行阻垢缓蚀处理后方能作为循环水使用.

3 静态阻垢剂筛选试验

3.1 试验用浓缩循环水样配制

试验时间为2010年8月27日～12月7日.在实验室采用与循环水预处理相同的工艺，采集原内河水经絮凝澄清后取上清液制备成循环补充水水样，并根据不同的浓缩倍数采用化学加药法以钙离子和碳酸氢根离子浓度为标准投加氯化钙与碳酸氢钠进行相应浓度平衡体系的配制.采用化学加药法强化阻垢剂对碳酸氢钙平衡体系的阻垢性能，弱化了水中其他杂质的影响，避免了单次采样的随机性，使实验结果更具普遍性、合理性.

试验期间内河河水取样3次，每次取样后立即放置4℃保存，并分析其水质指标.内河水单次采样水质指标以及年平均水质指标见表2所示，以内河水年平均Ca2＋浓度40.42mg／L为基准，配置的不同浓缩倍数的浓缩循环水.

表2 内河水样、年平均水质指标以及浓缩循环水水质指标

3.2 试验阻垢剂

本试验依据上文介绍的各类阻垢缓蚀剂，选用五种典型的阻垢剂，其中包括电厂目前使用的FZ9842C，以及国内其他知名药剂生产企业的代表性缓释阻垢剂PBTC、PAPEMP、JH907B以及APEL.

3.3 水质分析方法

3.4 数据计算

阻垢剂的阻垢率r的计算方法为：

r＝ （C1－C2）／（C0－C2）.

式中：C0为实验前钙离子质量浓度乘浓缩倍数得到理论钙离子质量浓度；C1为加有阻垢剂的试液实验后测得的钙离子质量浓度，即钙离子的稳定浓度；C2为空白试液在相同实验条件下测得的钙离子质量浓度.

钙离子的稳定浓度C1由下式计算：

X ＝Varg×c×40.08／Vx.

式中：Varg为测定钙离子稳定浓度所消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；c为EDTA标准溶液的浓度，试验中为0.01mol／L；Vx为移取稳定钙离子浓度溶液的体积，mL；40.08为与1.00mL EDTA 标准滴定溶液［C（EDTA）＝1.00mol／L］相当的以mg表示的钙离子的质量.

3.5 以电厂运行水质浓缩倍数为5时的阻垢性能及讨论

图1～5表示在浓缩倍数为5，即钙离子浓度为202mg／L时，5种阻垢剂不同投加量下的稳定钙离子浓度及阻垢率.如图1～5所示，FZ9842C加药量大于32mg／L时，稳定钙离子浓度稳定在130～133mg／L范围内，阻垢率可稳定在57%～58%之间；PBTC加药量超过10mg／L以后，稳定钙离子浓度超过122mg／L，阻垢率可大于52%；PAPEMP加药量大于36mg／L时，稳定钙离子浓度大于160mg／L，阻垢率可维持在75%～78%；APEL加药量超过15mg／L以后阻垢率在40%～51%之间；JH907B加药量在20至30 mg／L时，阻垢率维持在19%～25%，几乎起不到阻碳酸钙结垢的作用.

比较五种备选阻垢剂的最大阻垢效率，可以得出PAPEMP的阻垢效果最好，接近80%，但仍达不到行业80%的标准.因此就比选的五种阻垢剂而言，循环冷却水系统单纯依靠加药法在浓缩倍数为5的条件下工作存在结垢问题风险，需采用胶球清洗等其他手段辅助运行.

3 结论

（1）在浓缩倍数为5时，比较五种备选阻垢剂的最大阻垢效率，可以得出PAPEMP的阻垢效果仍然很高，具有耐高钙的品质，但是最大阻垢率为78%，略低于行业80%的标准，循环冷却水系统单纯依靠加药法在浓缩倍数为5的条件下工作存在结垢问题风险，需采用胶球清洗等其他手段辅助运行.

（2）在高浓缩倍数为5的条件下，按照优选的阻垢缓蚀剂投加浓度使用管材316L可满足腐蚀控制要求.

［1］周本省.工业水处理技术［M］.北京：化学工业出版社，1997.

［2］齐冬子.敞开式循环冷却水系统的化学处理［M］.北京：化学工业出版社，2001.

［3］曹跃华，陈建峥.循环冷却水中的浓缩倍数控制［J］.冶金自动化年，2007（增刊）：431～433.