火电厂循环水在线清洗技术的应用

苏效奇

摘 要：循环水系统运行过程中因水温的升高、盐类的浓缩等原因会在换热管道表面、冷却塔填料、冷却水管道等处结垢，造成机组冷端系统运行效率降低，影响机组能耗升高，采用在线化学清洗，可以有效清除循环水系统结垢，提高冷端运行效率。

关键词：结垢；在线；清洗

中图分类号：TM621 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0153-02

某公司300MW亚临界机组为九十年代末期投产机组，设计循环水系统为闭式系统，在运行过程中因水温升高、盐类浓缩等原因使换热管道表面、冷却塔填料、冷却水管道等处结垢，造成冷端系统运行效率降低。

1 闭式循环冷却水系统存在的问题

闭式循环冷却水系统中，由于水温、流速、蒸发的影响，各种无机离子和有机物质的浓缩，水中的低溶解度的盐类（主要是碳酸盐、磷酸盐）会以垢的形式沉积在换热器的表面和冷却塔的填料上，且由于冷却水系统的蒸发、飞溅、泄漏和排污损失的影响，不但使系统补水量增大，还会因冷却水直接与空气接触，溶解氧含量高、循环冷却水水温很适合菌藻类滋生、繁殖及快速生长，造成系统结垢、氧腐蚀、有害离子腐蚀和微生物腐蚀。

1.1 水垢析出降低传热效率

一般天然水中都溶解有重碳酸盐，这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成分。盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到饱和状态时，或者经过换热器传热表面水温升高时，会发生下列反应：

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气体逸出，这就促使上述反应向正反应方向进行，这样CaCO3随着循环水的流动沉淀附着在换热器的传热表面，积累形成致密的碳酸盐水垢，使传热表面的传热性能下降。

某公司300MW机组循环水补充水中硬度最高达7.8mmol/L，碳酸盐硬度最高达6.0mmol/L，按照朗格里尔饱和指数（LSI），公司水质稳定性判定为结垢型水质。循环水处理一直采用单一加阻垢剂的方法进行阻垢处理，但需要控制浓缩倍率低于2.0，否则极易引起循环水系统结垢，尤其是夏季蒸发量大、补排水不及时时，更加剧了循环水系统结垢的形成。

1.2 设备腐蚀影响安全生产和缩短使用寿命

在循环冷却水系统中，循环水管道为碳钢材质，凝汽器为不锈钢管，四小换热器换热面材质为铜材或为不锈钢材质。循环水系统经常会造成换热面的腐蚀，腐蚀的原因主要是以下多种因素综合造成的。

1.2.1 冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀

闭式冷却循环水系统，含有溶氧的水在金属表面会形成许多腐蚀微电池，微电池促使在阳极区的金属不断被溶解而被腐蚀。

1.2.2 有害离子的腐蚀

循环冷却水在浓缩过程中，除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增长而增加外，其他的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加，加速碳钢和不锈钢的腐蚀。

1.2.3 微生物引起腐蚀

由于微生物排出的粘液与无机垢和泥沙杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。此外，因金属表面的沉淀物之间缺氧，一些厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）得以繁殖，当温度为25～30℃时，繁殖更快，它分解水中的硫酸盐，产生H2S，引起碳钢腐蚀。

上述各种因素对碳钢引起的腐蚀常使换热器壁或换热器官被腐蚀穿孔，形成渗漏，冷却水渗入凝结水中，使水质恶化，严重时必须停机处理。

1.3 微生物粘泥导致垢下腐蚀和换热面污堵

冷却水中的微生物由于水中营养成分的浓缩，水温的升高和日光的照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出粘液和藻类产生的粘性物质就像粘合剂一样，能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起，形成粘糊状的沉淀物在换热器的传热表面上，这种沉淀物称为生物粘泥，俗称“软垢”。对设备产生腐蚀，降低了换热效率。

2 某公司#3机组在线清洗实施情况介绍

在凝汽器或其他四小换热器结垢后，传统的清洗方法是外接水箱、连接系统、配制清洗液进行单独的清洗，不但必须停机进行、工作量大，每次只能清洗单一设备，且酸洗废液需要专业公司进行处理后才能排放，不能对整个循环水系统、冷却塔填料、凝汽器、四小换热器等进行全面的清洗。为了解决整个循环水系统结垢和可能存在的腐蚀问题，同时兼顾环保达标排放，减少外排废水，某公司3、4号机组循环水系统无法完全隔离等原因，决定在3号机组单机运行时进行循环水系统在线化学清洗。

2.1 清洗药剂的筛选和准备

本次化学清洗采用的清洗剂主要成份为98%的硫酸（选用硫酸的主要原因一是价格便宜，二凝汽器管材为304不锈钢管，三是循环水排水要作为脱硫系统补充水，必须控制补水氯离子含量），用来调节循环水的PH值。辅助添加酸洗缓蚀剂为HS323MS，该缓蚀剂的主要成份由生物酶、有机膦、氨基磺酸等组成，HS323MS即有缓蚀作用又有预膜作用，与硫酸配合能在适当PH条件下非常温和地、安全地消除系统中的污垢。

2.2 清洗前准备工作

清洗前，根据机组实际运行情况，对机组冷端参数进行记录，以便对比清洗前后指标变化情况；对清洗机组循环水系统进行隔离；安排好清洗指挥人员、清洗人员和分析工，分析工倒班跟踪分析监测；对循环水主要项目在清洗前进行一次分析。分析项目有：PH、浊度、钙离子、碱度、总铁，作为清洗前的本底数据。

2.3 清洗过程的安全性

在调节pH进行化学清洗中，为预防清洗过度而导致管壁腐蚀穿孔爆管等现象的发生，在辅助添加的酸洗缓蚀剂HS323MS中，其中的生物酶能在金属表面迅速形成保护膜，成膜速度在30秒内，能有效抵抗pH降低对金属管道的腐蚀，另在清洗过程中要严格控制铁、铜离子、pH、Ca2+、浊度的测定，及时并严格执行既定清洗方案，保证清洗过程的安全性。

2.4 清洗操作過程

首先将冷却塔水池水位降低到最低水位，加药系统运行正常，硫酸准备到位。辅助药品投加完成后开始投加硫酸，投放位置在3号机循环水冷却塔进水口处。

药剂投加后循环水变浑浊，水中有可见白色悬浮小颗粒物，加完酸30分钟后取样检测循环水的pH值，循环水pH值控制在5～6范围，以pH值范围来调整加硫酸速度和加酸量，pH值稳定在控制范围内。每隔半小时测定一次循环水pH，每隔1小时测一次钙离子、浊度。此阶段控制在12～14小时，期间浊度4小时不再上升（经2～3次分析）、pH变化不大、钙硬稳定在842mg/l，不再升高，冷却塔填料基本露出本色后，通知运行加大排污，进行循环水置换，置换后继续投加HS232酸洗缓蚀剂，即告酸洗过程结束，循环水系统恢复正常运行。

试验前加装腐蚀测试片，酸洗后计算平均腐蚀速率为1.7410g/m2·h，平均腐蚀总量为19.1510g/m2，均小于DL/T794-2012“火力发电厂锅炉化学清洗导则”的要求。试验过程数据如表1。

2.5 循环水系统在线清洗效果

（1）清洗结束后，填料在洗前洗后变化明显，目视冷却塔填料基本恢复原色，达到了清洗的目的。（2）同样工况下，3号机凝汽器端差比清洗前下降2℃，凝汽器真空提高1kPa以上，降低煤耗3.2g/kWh左右。（3）对所有循环水冷却的换热器（如冷油器、闭冷水冷却器、氢冷器等）、冷却塔填料等进行清洗，改善了换热效果，提高了经济效益。延长了冷却塔填料的使用寿命，减少了更换冷却塔填料的次数。（4）在线清洗减少了机组启停次数，节约了启动耗材，延长了热力设备的使用寿命。

参考文献：

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