长期停运机组热力设备防腐措施

丁 勇，杨 鑫，蔡 旺

(华能灌云热电有限责任公司，江苏 连云港 222006)

0 前言

某热电厂拥有3 台220 t/h 超高温高压燃煤锅炉及2 台25 MW 背压式汽轮发电机组，主要用于满足当地产业区集中供热需求。疫情防控期间尚未复工复产，因此该热电厂处于停运状态。热力设备停运检修或备用期间，其系统内水汽若不排干净就会残留水分，导致系统内湿度较大。湿气附着在锅炉内表面会形成一层薄膜，薄膜遇到空气后会发生氧腐蚀反应，出现锈蚀现象。金属表面如存在泥污或杂质，会使这种反应大大加剧。因此，停运期间如缺乏有效的防护措施，整个水汽系统金属内表面就会遭受腐蚀，直接影响传热效率和系统安全性。

1 保养方法分析

机组热力设备防锈蚀方法选择的基本原则是综合考虑给水处理方式、停(备)用时间的长短和性质、现场条件、可操作性及经济性。采用的保护方法应确保对机组正常运行时热力系统所形成的保护膜不构成破坏，同时不影响机组启动和正常运行时的汽水品质。此外，还应考虑的因素包括：满足机组按电网要求随时启动运行的需要；设有废液处理设施的，废液排放应符合GB 8978—1996《污水排放综合标准》的规定；冻结因素；大气条件，如海滨电厂的盐雾环境等；不会对检修工作和检修人员的安全带来不利影响等。

为防止设备停用期间可能受到的腐蚀损坏，一般考虑采用以下几种思路。

(1) 空气隔离。防止空气进入停用的管道内。

(2) 保持表面干燥。锅炉表面保持充分干燥。

(3) 药剂防腐。向管道内加入钝化剂、除氧剂或缓蚀剂，以减缓金属腐蚀。

该热电厂地处海边，空气湿度在90 %以上，水分盐度较高，处于长期停运状态时考虑用氨水碱化烘干法和充氮密封法对热力设备进行防腐保养。

1.1 氨水碱化烘干法

1.1.1 方法原理

机组为无铜机组，采用氨水碱化烘干法防止铁的腐蚀。根据Fe-H2O 体系电位，随着溶液电位的升高，高价离子以高价氧化物形式存在显得更加稳定。当pH 值逐渐上升时，能够稳定存在的物质类型也从金属的简单阳离子转变为非离子态化合物；当pH 值接近10 时，溶液电位在-600～-300 mV，铁离子(含Fe2+，Fe3+,下同)在碱性溶液中形成一种致密的磁性氧化物Fe3O4附着在管壁上形成铁的保护膜，这种保护膜能够对汽水管道的管壁形成良好的保护。但当锅炉内金属表面附有水垢或者水渣时，在其表面就会发生严重的腐蚀，使保护膜受到破坏。保护膜受到破坏的一个主要原因就是炉水的pH 值不合格，当pH 值小于8 或者大于13 时，腐蚀会加快，故炉水pH 值一般为9～11。

停机前，提高pH 值至达到要求；停机后，在锅炉压力为0.6～1.6 MPa 时，打开锅炉受热面所有疏放水门和空气门，热炉放水，利用余热烘干锅炉所有受热面。

1.1.2 方案实施

停炉时，提前4 h 停加磷酸盐或NaOH，加大除盐水泵出口、给水泵入口氨的加入量，以尽快使给水的pH 值提高至9.6～10.5，如果停机时间长，则要求更高的pH 值，控制在10.0～10.5。

当汽包压力降至0.6～0.8 MPa，对流过热器后烟温小于400 ℃，汽包壁温度小于180 ℃，且汽包上下壁温差小于40 ℃，炉内无红焦时，按顺序开启过热器和省煤器疏水阀，开启4 个下降管放水阀及炉底分集箱放水一、二次阀进行放水，严格控制汽包上下壁温差不超限。当汽包压力降至0.15 ～0.2 MPa 时，开启锅炉放气门，锅炉放水过程中应关闭各人孔门和检查门，关闭引风机、送风机及一次风机各风门挡板，使锅炉缓慢冷却，利用锅炉余热将余汽烘干直至锅内空气湿度达到60 %以下。

1.2 充氮密封法

1.2.1 方法原理

充氮密封法是水汽系统可靠的热力设备防腐保护方法，适用于长期停炉备用保养。充氮保养是通过充入N2将O2从受热面中清除出去，使空气与金属表面隔绝，从而达到防止机组汽水系统及相关设备、管道受腐蚀的目的，确保设备安全停备。

1.2.2 方案实施

锅炉熄火后，关闭锅炉各处疏放门、空气门和取样门；热炉放水，余热烘干；从充氮门充入N2，保证系统压力不低于0.03 MPa，O2的体积含量不高于2 %。在N2压力保持0.03 ～0.05 MPa 的条件下，微开水冷壁放水阀和省煤器入口放水阀，利用氮压放尽炉水和省煤器内余水，放空后关闭上述阀门。每周在饱和蒸汽取样管上取样，如果O2的体积含量高于2 %，则进一步充氮、置换。

充氮密封法对于延长锅炉、汽机、热网管道等机组设备的使用寿命具有重要作用。但是，频繁购进、更换N2瓶，人力和物力消耗较大，而且炉膛的严密性不足可能导致充氮损失更大。经调研论证，采取购进制氮机进行充氮保养的方法有效解决了这一问题，极大降低了保养成本，并提高了充氮保养措施的安全性和可靠性。

2 保养效果评价

2.1 评价标准

2019—2020 年，该厂先后3 次采用氨水碱化烘干法和充氮密封法对3 台锅炉做了防腐保养。防腐效果的评价主要参考机组启动时的水汽质量，保护效果良好的机组在启动过程中，冲洗时间短，水汽质量符合集团公司关于燃煤机组的化学监督标准。该厂结合其锅炉过热蒸汽压力和汽包压力等级，要求锅炉启动时给水和炉水中的铁离子含量应分别不超过100 μg/L, 200 μg/L，汽轮机冲转前蒸汽质量标准主要参考指标见表1。

表1 汽轮机冲转前蒸汽质量标准

2.2 阶段评价

2.2.1 冷态冲洗阶段

锅炉点火前必须进行低压给水系统冲洗，以及锅炉上水与高压给水系统冷态冲洗，各项水质指标合格后方可点火。冷态冲洗阶段水汽质量主要参考的是除氧器和锅炉内部冲洗后的铁离子含量，3 次保养效果对比情况见表2。

表2 冷态冲洗阶段除氧器及锅炉冲洗效果

2019 年2 月，3 除氧器为隔离状态，未参与保养效果评价。第3 次保养时，冲洗次数明显减少，基本冲洗一次后水质即可达标，大大节约了用水和能耗，锅炉的充氮保养效果明显。

2.2.2 热态冲洗阶段

锅炉点火后，投连排，加强定排，进行热态冲洗，并根据氨水碱化烘干法的要求，控制给水的pH 值至9.6～10.5，重点对比3 次保养过程中各台锅炉给水、炉水冲洗时间及铁离子含量。该阶段除氧器及锅炉冲洗效果见表3。

表3 热态冲洗阶段除氧器及锅炉冲洗效果

3 次保养过程中，锅炉点火后均需进行较长时间的排污，排污初期，给水较浑浊，炉水也明显浑浊，大量排污0.5 h 左右给水变澄清，2 ～3 h 后炉水颜色变浅，4～5 h 后冲洗结束。

(1) 2019 年2 月保养停炉前，3 台炉炉水铁离子含量均未达到合格标准。

(2) 2019 年8 月保养停炉前，2，3 号炉炉水铁离子含量均控制在200 μg/L 以内，达到控制标准；1 号炉炉水铁离子含量达到230 μg/L，略超控制标准。

(3) 2020 年7 月保养停炉前，3 台炉水铁离子含量均已合格。2，3 号炉停炉停机，1 号炉带汽机冲转，点火10 h 后，1 号炉蒸汽品质仍然合格，其饱和蒸汽与过热蒸汽主要指标见表4。

表4 1 号炉饱和蒸汽与过热蒸汽品质

结合表1 和4 数据可知，1 号炉饱和蒸汽与过热蒸汽的氢电导率、SiO2、铁离子、Na+等指标均在合格范围内。

2.3 效果评价

结合3 次点火保养中3 台锅炉的冲洗情况及水质数据可知，3 台锅炉在停炉期间不可避免地存在腐蚀现象，锅炉点火后需长时间大量排污才能使水质好转；第2 次保养效果较第一次有较大提升，第三次保养虽然时间间隔较长，但保养效果也值得肯定。由此可见，停炉期间采用氨水碱化烘干法结合充氮法保养，进一步减缓了设备的锈蚀进程。

在节能层面，氨水碱化烘干法总体保养成本较低，结合充氮保养，在保证设备充氮合格的前提下可减少机组点火启动保养次数，从而可节约大量燃料成本，降低人力投入。

在环保层面，氨水碱化烘干法保养结束后，保养废水需排至指定的废水池中，加盐酸调节pH 值至6.0～9.0 后排入外接管网，由废水处理公司进行后续处置；充氮法保养无腐蚀性，保养过程中无污染物排放，安全环保。

3 结束语

结合该厂的保养实践可知，有效结合氨水碱化烘干法和充氮法开展停运机组的保养是完全可行的，能极大避免设备在长期停运期间发生腐蚀、结垢或损坏，从而为机组随时安全启动提供保障。