鍋爐水冷壁管內(nèi)氧化皮處理方法探討

蔡 悅， 薛建綱， 章 鵬

（1.浙江省電力建設(shè)有限公司， 浙江 寧波 315010； 2.杭州意能電力技術(shù)有限公司， 杭州 310014）

鍋爐水冷壁管內(nèi)氧化皮處理方法探討

蔡 悅1， 薛建綱1， 章 鵬2

（1.浙江省電力建設(shè)有限公司， 浙江 寧波 315010； 2.杭州意能電力技術(shù)有限公司， 杭州 310014）

介 紹 600 MW 超 臨 界 機(jī) 組 鍋 爐 垂 直 段 水 冷 壁 管 內(nèi) 氧 化 皮 的 2種 處 理 方 法， 并 進(jìn) 行 比 較 和 總 結(jié) ，提出在電廠基建過程中需對(duì)設(shè)備加強(qiáng)監(jiān)管及檢驗(yàn)力度，避免因設(shè)備質(zhì)量問題造成重大損失。

高壓水射流；化學(xué)清洗；氧化皮

1 氧化皮附著情況

某電廠2號(hào)機(jī)組為超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，采用前后墻對(duì)沖，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊Π型結(jié)構(gòu)。爐膛四周為全焊膜式水冷壁，由下部螺旋盤繞上升和上部垂直上升2個(gè)不同的結(jié)構(gòu)組成，兩者間由過渡水冷壁和混合集箱轉(zhuǎn)換連接。 垂直段水冷壁管規(guī)格為 Φ31.8 × 9.1mm，材料為 15CrMoG， 節(jié)距 63.5mm， 如圖1 所示。

2號(hào)機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試期間，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升至 520 MW 時(shí)， 鍋爐前墻垂直水冷壁發(fā)生爆管。發(fā)現(xiàn)爐膛泄漏后，對(duì)爆管處管段進(jìn)行換管處理。重新啟動(dòng)， 當(dāng)負(fù)荷升至 600 MW 時(shí)， 爐膛泄漏再次報(bào)警，爐內(nèi)多處位置出現(xiàn)異常聲音，立即緊急停爐。

圖1 過渡段水冷壁結(jié)構(gòu)示意圖

待爐膛冷卻后內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，前墻垂直段水冷壁有4處爆管， 左墻垂直水冷壁有 1處爆管，并有多處管子出現(xiàn)漲粗、過燒現(xiàn)象。割管內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)，垂直水冷壁進(jìn)口集箱出口彎頭處有異物堵塞。對(duì)前墻、左墻和右墻垂直水冷壁所有進(jìn)口集箱出口彎頭進(jìn)行拍片，發(fā)現(xiàn)大量彎頭均有不同程度的異物堵塞，對(duì)垂直水冷壁管進(jìn)行全面割管后，利用內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)絕大部分管內(nèi)壁有大量氧化皮附著， 氧化皮厚度在 0.3～0.5 mm，啟停機(jī)過程中氧化皮大量脫落，在彎頭處堆積，如圖2所示，致使垂直水冷壁管內(nèi)通流面積減小，局部超溫，最終引起短期過熱爆管。

圖2 管子彎頭堵塞的氧化皮形貌

為了保證鍋爐能長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須徹底清除水冷壁管內(nèi)的氧化皮。根據(jù)工程實(shí)際情況和國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)條件，現(xiàn)場采用了高壓水射流清洗和化學(xué)清洗2種方式。

2 高壓水射流清洗

高壓水射流清洗是將水通過高壓泵增壓到極高壓力（90～150 MPa）， 然后通過特殊噴嘴（孔徑1～2mm）， 以極高的速度（500m/s）噴出能量高度集中的小水流，對(duì)垢物進(jìn)行撞擊、氣蝕、磨削、楔劈、粉碎和剝離，從而達(dá)到?jīng)_洗目的。實(shí)驗(yàn)證明，采用高壓水射流清洗技術(shù)能夠有效清除管內(nèi)壁的氧化層，且不會(huì)對(duì)母材本身有影響。

沖洗水冷壁管用的高壓水清洗噴頭為錐體，6個(gè)噴射口位于錐體底部圓周上，水流向斜后方噴出，在沖洗管道時(shí)高速水流產(chǎn)生很強(qiáng)的反推力帶動(dòng)噴頭在管內(nèi)前進(jìn)。沖洗水管為耐高壓塑料軟管，可任意彎曲，工作人員通過不斷轉(zhuǎn)動(dòng)清洗水管帶動(dòng)噴頭螺旋前進(jìn)，以保證高壓水可以覆蓋管內(nèi)每個(gè)角落。因此沖洗時(shí)噴頭的前進(jìn)和旋轉(zhuǎn)速度決定了沖洗效果，實(shí)際操作時(shí)需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)試驗(yàn)，控制沖洗速度，以達(dá)到最佳的沖洗效果。

在垂直水冷壁管沖洗過程中有大量沖洗水從管口流出（25 L/min 左右的用水量）， 如不采取措施將流入爐墻保溫層內(nèi)?，F(xiàn)場采用保溫外護(hù)板卡在管口正下方，將水引流至爐膛內(nèi)，通過撈渣機(jī)將水排出。

3 催化檸檬酸化學(xué)清洗

催化檸檬酸化學(xué)清洗技術(shù)是新型的鍋爐化學(xué)清洗技術(shù)，具有清洗效率高、腐蝕速率低、清洗溫度低 （60℃左右）、廢液無污染、 對(duì)氧化鐵的溶解效果較好等特點(diǎn)。在鍋爐化學(xué)清洗之前，首先進(jìn)行小型試驗(yàn)來驗(yàn)證清洗效果：取垂直段水冷壁氧化層較厚的管段和螺旋水冷壁無氧化層的管段作為樣品，圖3為垂直段管子酸洗后的微觀形貌，經(jīng)酸洗去掉氧化皮后管子最小厚度 8．94 mm， 內(nèi)壁部份區(qū)域有麻坑存在，坑底圓滑，圖4為螺旋水冷壁管內(nèi)形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明催化檸檬酸化學(xué)清洗在去除垂直段水冷壁管內(nèi)氧化皮的同時(shí)，對(duì)于螺旋段水冷壁管腐蝕作用較輕，滿足規(guī)范要求。

圖3 管子橫向剖開內(nèi)壁表面微觀形貌

圖4 螺旋水冷壁管子內(nèi)壁形貌

此次 2號(hào)鍋爐化學(xué)清洗所用清洗液為 6%～10%催化檸檬酸， 并加入緩蝕劑； 漂洗液為 0．1%～0．3%檸 檬酸， 并 加 入 緩 蝕 劑 ； 鈍 化 介 質(zhì)采 用0．1% ～ 0．2%雙氧水。 考慮到氧化皮集中在垂直水冷壁，應(yīng)盡量縮小化學(xué)清洗的范圍，最終確定清洗液從螺旋水冷壁入口集箱進(jìn)入，經(jīng)螺旋水冷壁、中間混合集箱、垂直水冷壁、汽水分離器、貯水罐， 最后從 361 閥前接臨時(shí)管路至清洗箱，形成循環(huán)。為避免酸液進(jìn)入過熱器系統(tǒng)，采取在儲(chǔ)水罐進(jìn)出口加裝臨時(shí)水位計(jì)的方法，嚴(yán)格控制儲(chǔ)水罐水位。同時(shí)，在垂直水冷壁和螺旋水冷壁上各取一段作為臨時(shí)監(jiān)視管，隨時(shí)觀察水冷壁管清洗程度?；瘜W(xué)清洗工藝及檢查流程為：起凝泵進(jìn)行大流量鍋爐水沖洗→爐本體催化檸檬酸化學(xué)清洗→化學(xué)清洗期間摸管檢查→再次進(jìn)行鍋爐大流量水沖洗→漂洗和鈍化。

第一次化學(xué)清洗循環(huán)建立 12 h后，取樣化驗(yàn)藥液鐵離子濃度達(dá)到平衡 （鐵離子濃度大于 5 000 mg/L）， 檢查垂直水冷壁監(jiān)視管發(fā)現(xiàn)管內(nèi)氧化層尚未完全去除。因此安排進(jìn)行第二次化學(xué)清洗，經(jīng)清洗、鈍化后的垂直水冷壁管內(nèi)壁氧化皮完全清除，鈍化膜形成良好。

為了防止在清洗過程中出現(xiàn)垂直水冷壁進(jìn)口集箱出口彎頭堵塞，導(dǎo)致垂直管段內(nèi)清洗液流量低而無法達(dá)到清洗效果，當(dāng)化學(xué)清洗循環(huán)溫度達(dá)到 60℃左右時(shí)，對(duì)所有彎頭后的管段進(jìn)行溫度測量， 對(duì)溫度明顯低于 60℃的管子進(jìn)行記錄， 待化學(xué)清洗結(jié)束后，通過大流量頂排沖洗，再次升溫時(shí)進(jìn)行再次排查。在2次化學(xué)清洗、漂洗和鈍化過程中，檢查每一根垂直水冷壁管，最終確認(rèn)鍋爐前墻左數(shù) 352、 353， 右側(cè)墻前數(shù) 61、 113、 284根垂直管段存在堵管現(xiàn)象。由于堵塞后整根垂直管段沒有清洗，而整管更換施工難度大，又耗費(fèi)大量工期，所以在割管后采用單根管化學(xué)清洗去除氧化皮。清洗結(jié)束后，使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，90%以上的氧化皮已除去且剩余的氧化皮呈無規(guī)律分布。

4 2種方法分析比較

高壓水沖洗屬物理處理方式，設(shè)備簡單，效果較好，具有在地面操作性較好、無廢液產(chǎn)生、具有針對(duì)性處理個(gè)別管段問題而不影響整體水冷壁管等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)也顯而易見：

（1）已安裝的水冷壁管需先割管才能進(jìn)行管內(nèi)沖洗，沖洗后還要對(duì)口焊接，因垂直水冷壁管內(nèi)氧化皮范圍大，割管、焊接對(duì)口工作量也大，潛在的焊接缺陷增加了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也無法滿足工期要求。

（2）高壓水沖洗噴頭無法通過彎頭， 而檢查發(fā)現(xiàn)彎頭處堆積大量氧化皮，無法通過高壓水沖洗徹底清除。

（3）高壓水沖洗在高空作業(yè)時(shí)， 需搭設(shè)牢固的臨時(shí)操作平臺(tái)，施工環(huán)境差，作業(yè)時(shí)有大量沖洗水從管口溢出，必須對(duì)作業(yè)人員和周邊設(shè)備采取保護(hù)措施。

（4）由于管內(nèi)壁氧化皮較厚且附著牢固， 20m長的垂直水冷壁直管段沖洗一次需 30～40 min 才能達(dá)到較好效果，即使多臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行不間斷沖洗，也無法滿足對(duì)全部垂直水冷壁進(jìn)行全面沖洗的工期要求。

高壓水沖洗水管內(nèi)是超高壓水，一旦發(fā)生滲漏產(chǎn)生的射流和水管的反彈力會(huì)對(duì)周圍人員造成傷害，須將水管可靠固定在人員通道以外。但是高壓水沖洗不失為對(duì)部分無法通過化學(xué)清洗去除過熱器、再熱器管內(nèi)附著物的有效清洗手段，同時(shí)也可作為安裝前在地面進(jìn)行個(gè)別管道內(nèi)外壁清洗的簡單可靠方式。

對(duì)水冷壁整體進(jìn)行化學(xué)清洗，有節(jié)省人力、臨時(shí)措施相對(duì)較少，清洗效果好，工期短等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵是清洗液配方必須結(jié)合對(duì)樣品管的清洗試驗(yàn)效果來確定，既要保證清洗液成份能快速有效清除管內(nèi)較厚的氧化皮，同時(shí)又不能對(duì)內(nèi)壁沒有氧化皮的管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。此次采用的催化檸檬酸溶液是在檸檬酸內(nèi)加入一定比例的催化劑，既保留了檸檬酸溶解氧化鐵能力較強(qiáng)、反應(yīng)溫度低、對(duì)母材腐蝕少的特點(diǎn)，在加入催化劑后又提高了與氧化鐵反應(yīng)的速度，減輕了高鐵離子濃度條件下檸檬酸鐵產(chǎn)生沉淀的問題，在清洗過程中配合較高的循環(huán)流速，將大量氧化皮溶解后通過清洗液排出。但整體化學(xué)清洗方式不可避免會(huì)對(duì)清洗范圍內(nèi)其它無氧化皮的管道 （如螺旋水冷壁管、汽水分離器等）造成一定的腐蝕，實(shí)質(zhì)上減少了管道本身的腐蝕余量，一定程度上降低了管道的壽命，且需處理化學(xué)清洗后的大量廢液；為消除因清洗液進(jìn)入過熱器系統(tǒng)造成過熱器腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，必須采取嚴(yán)格措施控制儲(chǔ)水罐水位。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

因施工進(jìn)度銜接緊密，2號(hào)鍋爐的垂直段水冷壁運(yùn)抵現(xiàn)場后，未在堆場存放即開始地面組合，因此不存在露天長期存放而導(dǎo)致內(nèi)部嚴(yán)重銹蝕的情況，同時(shí)管排在地面組合前后均進(jìn)行了通球試驗(yàn)，并采用壓縮空氣吹掃，安裝完畢后經(jīng)歷了水壓試驗(yàn)、化學(xué)清洗、沖管各個(gè)階段，所采用方案均為同類型機(jī)組成熟方案。沖管后，為避免整套啟動(dòng)時(shí)爆管，現(xiàn)場甚至超出規(guī)范要求對(duì)部分重要集箱接管座進(jìn)行了割管內(nèi)窺鏡檢查，檢查發(fā)現(xiàn)了少量管口異物堵塞的隱患，這些隱患在啟動(dòng)前均已消除?？傮w上安裝、調(diào)試階段是按照規(guī)范要求及以往慣例對(duì)鍋爐實(shí)施防護(hù)措施，因此，鍋爐廠在原材料采購過程和水冷壁制造環(huán)節(jié)中把關(guān)不嚴(yán)是造成2號(hào)鍋爐垂直段水冷壁產(chǎn)生質(zhì)量問題的主要原因。由于在安裝規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上存在盲區(qū)，有必要對(duì)制造、安裝、化學(xué)清洗等各階段需要改進(jìn)之處進(jìn)行探討。

（1）因目前各鍋爐制造廠生產(chǎn)任務(wù)較為飽滿，普遍存在分包商較多的情況，同時(shí)原材料來源較多，管材生產(chǎn)、檢驗(yàn)、出廠任何一道把關(guān)不嚴(yán)，都會(huì)給現(xiàn)場帶來巨大的損失。因此在鍋爐主機(jī)合同簽訂時(shí)應(yīng)充分考慮此種狀況，建議在合同中明確各設(shè)備分包商，同時(shí)應(yīng)要求主機(jī)廠家提供分包商的設(shè)備生產(chǎn)制造資質(zhì)供建設(shè)方審查，對(duì)主要受熱面和承壓部件的分包商實(shí)際制造水平也應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場考察，并加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)造的力度，監(jiān)督制造過程的質(zhì)量控制狀況。

（2）本次 2 號(hào)鍋爐垂直段水冷壁管內(nèi)氧化皮分布較廣，普遍存在于前墻、左右墻水冷壁管內(nèi)，尤其前墻分布較為嚴(yán)重，現(xiàn)場分析其原因主要是管子在生產(chǎn)制造過程中工藝控制不當(dāng)，而氧化皮緊密附著在管子內(nèi)壁，地面組合過程中的通球試驗(yàn)幾乎無法檢查出來。在安裝過程中，除對(duì)集箱進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查外，受熱面管排按規(guī)范并不要求進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，現(xiàn)場的常規(guī)檢查項(xiàng)目未發(fā)現(xiàn)水冷壁管的上述問題，最終未能將產(chǎn)品質(zhì)量問題消除在施工階段，而帶入調(diào)試階段。因此，安裝階段的檢查工作十分重要，建議除安裝單位自檢外，在設(shè)備到貨質(zhì)量檢查中增加一定比例的小口徑管內(nèi)窺鏡檢查，盡量將質(zhì)量問題消除在施工階段。

（3）從本次化學(xué)清洗后的監(jiān)視管內(nèi)部情況及割管檢查情況來看，催化檸檬酸對(duì)于垂直段水冷壁管內(nèi)附著的氧化皮有較好的清洗作用，對(duì)于提高水冷壁系統(tǒng)的清潔度、保證鍋爐的安全運(yùn)行起到了較為明顯的作用。因此需要根據(jù)實(shí)際情況決定采用 EDTA 清洗或檸檬酸清洗。

（4）水壓后的 EDTA 化學(xué)清洗只能去除安裝階段或設(shè)備存放階段的管內(nèi)浮銹及一些表面附著物 ， 對(duì) 于 厚 度 達(dá) 0．3～0．5 mm 的 致 密 氧 化 皮 層 沒有清洗效果。 因此， 加強(qiáng) EDTA 化學(xué)清洗后的檢查也很重要，除按照規(guī)范進(jìn)行常規(guī)的監(jiān)視管及腐蝕片檢查外，可考慮增加進(jìn)行垂直段水冷壁、省煤器蛇形管的實(shí)管割管后內(nèi)窺鏡檢查，以確保鍋爐水冷壁系統(tǒng)的清潔度在進(jìn)入調(diào)試前已符合要求。

（5）缺陷處理過程中發(fā)現(xiàn)個(gè)別高空焊口存在通流截面明顯減小的情況。因此，在承壓部件高空組焊過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場焊口的檢查工作，射線檢查時(shí)建議將焊口縮頸大小作為檢查內(nèi)容，縮頸后管內(nèi)最小允許尺寸可以參考地面通球時(shí)的球徑，對(duì)于尺寸小于或疑似小于通球球徑的焊口應(yīng)直接判為不合格，作返工處理，以盡可能減少或避免鍋爐啟動(dòng)后可能造成的異物堵塞。

[1]DL/T 852－2004 鍋 爐 啟 動(dòng) 調(diào) 試 導(dǎo) 則[S]．北 京 ：中 國 電 力出版社，2004．

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（本文編輯：徐 晗）

A Tentative Study on Treatment of Oxide Scale in Water W all Tubes of Boiler

CAIYue1， XUE Jian-gang1， ZHANG Peng2
（1.Zhejiang Electric Power Construction Co.Ltd.， Ningbo Zhejiang 315010， China；2.E·Energy Technology Co.Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310014，China）

This papermainly presents twomethods of removing scale adhered to vertical segment of the water-cooling wall tubes in boiler of 600 MW supercritical generating units.Through comparing and summarizting these two methods,it recommends that the inspection and supervision on the equipments should be enhanced in plant′s capital construction projects.Meanwhile,great losses caused by poor quality of equipments can be effectively avoided.

high-pressure water jet； chemical cleaning； oxide scale

TK228

： B

： 1007-1881（2010）06-0039-04

2009-11-27

蔡 悅(1984-)， 男， 浙江寧波人， 助理工程師， 從事火力發(fā)電廠工程建設(shè)鍋爐專業(yè)技術(shù)工作。