供熱機(jī)組水汽指標(biāo)異常分析及對(duì)策

倪 濤，史傳紅，周桂萍

（1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204；2.國(guó)家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

給水的溶氧、水汽的氫電導(dǎo)是機(jī)組水汽品質(zhì)監(jiān)督的重要指標(biāo)，異常超標(biāo)會(huì)加速水汽系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢和積鹽，不利于機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。給水的溶氧超標(biāo)會(huì)腐蝕給水系統(tǒng)及部件，腐蝕產(chǎn)物氧化鐵進(jìn)入水汽系統(tǒng)，沉積在鍋爐管壁和受熱面上，嚴(yán)重影響傳熱效果。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引發(fā)垢下氫腐蝕，導(dǎo)致鍋爐泄漏爆管［1-3］。如果汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢，會(huì)影響汽輪機(jī)效率和安全運(yùn)行，具體表現(xiàn)為：1）減少通流部位的通流面積，增大軸向推力；2）在主汽門、調(diào)門處引起氧化腐蝕，造成汽門卡澀，給汽輪機(jī)安全帶來(lái)較大危險(xiǎn)。水汽氫電導(dǎo)能夠消除機(jī)組爐內(nèi)加氨對(duì)電導(dǎo)率測(cè)量造成的影響，同時(shí)能靈敏地反映出水汽系統(tǒng)中腐蝕性陰離子（氯根、硫酸根、硝酸根、碳酸氫根以及甲酸、乙酸根等）和溶解性氣體的變化，其中氯離子危害最大，容易造成汽輪機(jī)低壓缸點(diǎn)蝕。其次是低分子有機(jī)酸離子，具有誘發(fā)和加劇應(yīng)力腐蝕的危害［4］。二氧化碳對(duì)熱力系統(tǒng)的危害相對(duì)較小，其來(lái)源既可能是設(shè)備嚴(yán)密性不良所導(dǎo)致的空氣泄漏，也可能是有機(jī)物在熱力系統(tǒng)中的降解［5］。水汽氫電導(dǎo)較小的波動(dòng)或超標(biāo)代表陰離子進(jìn)入系統(tǒng)，可能造成金屬材質(zhì)的腐蝕，甚至?xí)绊憴C(jī)組的運(yùn)行安全［6-8］。

針對(duì)某330 MW 機(jī)組在供熱期間給水的溶解氧和水汽的氫電導(dǎo)嚴(yán)重超標(biāo)問(wèn)題，對(duì)水汽典型指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，并提出具體的改造和調(diào)整措施，為同類型的機(jī)組故障問(wèn)題解決提供參考。

該330 MW 亞臨界自然循環(huán)汽包爐設(shè)計(jì)供熱抽汽量330 t/h，最大抽汽量450 t/h。該給水采用只加氨的氧化性全揮發(fā)處理，爐水采用低磷酸鹽處理，凝結(jié)水處理設(shè)三臺(tái)低壓混床，每臺(tái)流量為305 t/h，正常運(yùn)行時(shí)旁路全關(guān)。運(yùn)行中供熱回收疏水經(jīng)首站疏水箱后由疏水泵輸送至除鐵過(guò)濾器后，直接補(bǔ)入除氧器進(jìn)入給水系統(tǒng)，不經(jīng)精除鹽混床處理。

1 機(jī)組供熱期水汽品質(zhì)存在的問(wèn)題

1.1 給水溶氧和水汽氫電導(dǎo)超標(biāo)

機(jī)組為330 MW 亞臨界自然循環(huán)汽包供熱機(jī)組，給水的溶氧和水汽的氫電導(dǎo)在非供熱期均滿足GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》的要求，給水的溶解氧質(zhì)量濃度小于10 μg/L，給水、飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽的氫電導(dǎo)小于0.15 μS/cm。在供熱期間，給水的溶氧質(zhì)量濃度最大值為65 μg/L，平均值為35 μg/L，水汽的氫電導(dǎo)最大值為0.85 μS/cm，平均值為0.33 μS/cm。給水的溶解氧和水汽的氫電導(dǎo)嚴(yán)重超標(biāo)，給機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)較大的隱患。2020 年供熱期給水溶氧及水汽氫電導(dǎo)測(cè)定結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 給水溶氧異常超標(biāo)曲線

圖2 水汽氫電導(dǎo)異常超標(biāo)曲線

從圖1 可以看出給水的溶氧大幅超過(guò)了GB/T 12145—2016標(biāo)準(zhǔn)的要求，會(huì)對(duì)水汽系統(tǒng)產(chǎn)生較大的腐蝕、結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)影響。從圖2 可以看出水汽的氫電導(dǎo)均不滿足小于0.15 μS/cm的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 陰離子、總有機(jī)碳含量高

采用離子色譜分析儀和總有機(jī)碳分析儀對(duì)除鹽水、供熱回水、給水、飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽、再熱蒸汽的陰離子和總有機(jī)碳離子（TOCi）檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各陰離子、TOCi檢測(cè)結(jié)果（質(zhì)量濃度） 單位：μg/L

陰離子和總有機(jī)碳離子檢測(cè)結(jié)果表明，整個(gè)水汽系統(tǒng)的有機(jī)物和低分子有機(jī)酸陰離子含量高，說(shuō)明供熱換熱器有滲漏點(diǎn)，循環(huán)水中的雜質(zhì)通過(guò)漏點(diǎn)進(jìn)入回收水，進(jìn)而影響了整個(gè)熱力系統(tǒng)，除鹽水水質(zhì)無(wú)異常。

2 原因分析

2.1 給水溶氧超標(biāo)

該機(jī)組給水溶氧超標(biāo)發(fā)生在供熱期間，因此應(yīng)重點(diǎn)排查供熱期間補(bǔ)入除鹽水的質(zhì)量及供熱水汽系統(tǒng)的嚴(yán)密情況。

機(jī)組供熱運(yùn)行時(shí)除鹽水補(bǔ)水量遠(yuǎn)大于純凝運(yùn)行時(shí)段，可能會(huì)造成給水溶氧偏高。一級(jí)除鹽陰離子交換器前設(shè)置真空式除碳器，其采用亨利定律使水中的二氧化碳析出，去除二氧化碳的同時(shí)可降低水中的溶解氧；除鹽水箱、凝補(bǔ)水箱頂部均設(shè)置了柔性軟浮頂密封，可有效地隔離空氣和灰塵對(duì)除鹽水的污染。以上兩條措施可將除鹽水溶氧質(zhì)量濃度控制在100 μg/L［9］，能有效降低凝汽器、除氧器的除氧壓力，故供熱期除鹽水補(bǔ)入對(duì)給水溶氧的影響較小，可忽略。

機(jī)組供熱首站回收疏水系統(tǒng)密封不嚴(yán)。疏水箱頂部與空氣相通，水箱上部空間充滿空氣，疏水排放管插入水箱內(nèi)部較短的位置（疏水箱正?？刂埔好嬉陨希?，如圖3 所示。當(dāng)疏水高速排入水箱時(shí)會(huì)連續(xù)不斷地將水面上的空氣帶入系統(tǒng)，增大了回收水中溶氧的含量?；厮看髸r(shí)，會(huì)超除氧器的處理能力，造成給水溶氧超標(biāo)。

圖3 加熱器疏水排放管插入疏水箱液面以上位置

2.2 水汽氫電導(dǎo)增高原因

除鹽水制備水源采用地表水，工藝流程為原水混凝—沉淀—過(guò)濾—雙介質(zhì)過(guò)濾器—超濾—反滲透—一級(jí)化學(xué)除鹽—二級(jí)化學(xué)除鹽。其中反滲透設(shè)備的脫鹽率均在97%以上，回收水量在75%以內(nèi)，反滲透可有效除去原水中大部分的有機(jī)物及膠體污染，降低除鹽水中TOCi 的含量，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，供熱季補(bǔ)入除鹽水的水質(zhì)合格率為100%，除鹽水TOCi 質(zhì)量濃度檢測(cè)值只有53 μg/L（表1），遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的200μg/L，故除鹽水的補(bǔ)入對(duì)氫電導(dǎo)的影響可排除。

表1 顯示，供熱回水中有機(jī)物（TOCi）和低分子有機(jī)酸陰離子含量高，可以判斷供熱首站換熱器有滲漏，供熱循環(huán)水中雜質(zhì)離子通過(guò)滲漏點(diǎn)進(jìn)入回收疏水系統(tǒng)，造成水汽氫電導(dǎo)異常升高［10］。

機(jī)組供熱首站回收疏水系統(tǒng)密封不嚴(yán)，空氣中的二氧化碳隨回收水進(jìn)入水汽系統(tǒng)生成碳酸鹽，無(wú)法通過(guò)除氧器脫氣去除，造成水汽系統(tǒng)氫電導(dǎo)增加。有資料標(biāo)明，在不考慮其他離子影響因素的情況下，當(dāng)水中溶入二氧化碳量質(zhì)量濃度為10 μg/L 時(shí)，氫電導(dǎo)升高約0.1 μS/cm，二氧化碳溶入量增加到50 μg/L時(shí)，氫電導(dǎo)升高約0.2 μS/cm，因此二氧化碳的溶入會(huì)影響水汽的氫電導(dǎo)［11-12］。

3 治理措施

3.1 加熱器疏水排放管改造

將加熱器疏水排放管延長(zhǎng)至水箱液位以下，如圖4 所示。供熱疏水排入水體液面以下，大大降低了回收水中空氣的攜帶量?；厥账醒鯕夂投趸己拷档停环矫鏈p輕了除氧器的除氧負(fù)擔(dān)，同時(shí)降低了二氧化碳對(duì)水汽氫電導(dǎo)的影響。

圖4 加熱器疏水排放管加長(zhǎng)插入疏水箱液面以下

3.2 換熱器管束查漏堵漏

利用檢修機(jī)會(huì)，采用壓縮空氣對(duì)換熱器進(jìn)行全面查漏，共發(fā)現(xiàn)3 處管束漏點(diǎn)。用氬弧焊不銹鋼堵頭對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行封堵，避免了供熱循環(huán)水滲入對(duì)回收水的污染。

3.3 在線化學(xué)儀表校驗(yàn)

2018年12月，采用YHJ-V 型移動(dòng)在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)裝置對(duì)給水、凝水的溶氧和水汽氫電導(dǎo)表進(jìn)行校驗(yàn)，合格率只有67%。在線化學(xué)儀表測(cè)量不準(zhǔn)確，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)水汽品質(zhì)惡化，熱力設(shè)備就會(huì)發(fā)生腐蝕、結(jié)垢和積鹽，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致鍋爐“四管”爆裂、機(jī)組效率降低，造成很大經(jīng)濟(jì)損失。2019—2021年加大了在線儀表的定期校驗(yàn)和維護(hù)力度，在線溶氧、氫電導(dǎo)化學(xué)儀表整機(jī)誤差校驗(yàn)合格率均為100%，結(jié)果見(jiàn)表2。在線溶氧表、氫電導(dǎo)表可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水汽指標(biāo)的變化，水汽指標(biāo)不佳時(shí)，可通過(guò)及時(shí)調(diào)整和排污等措施予以改善，在線儀表準(zhǔn)確率的大幅提升，對(duì)減少機(jī)組的腐蝕和結(jié)垢有重要的意義。

表2 2018—2021年在線儀表檢驗(yàn)結(jié)果

3.4 其他措施

1）加強(qiáng)水汽品質(zhì)監(jiān)督。

供熱疏水配備在線氫電導(dǎo)表和鈉表可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)疏水水質(zhì)，同時(shí)每周定期進(jìn)行硬度、二樣化硅、鐵手工監(jiān)測(cè)，水質(zhì)不合格時(shí)，及時(shí)預(yù)警或不予以回收；加強(qiáng)爐水pH 值、電導(dǎo)率、氯根、磷酸根及硅含量的監(jiān)督，以及時(shí)充分利用汽包爐的優(yōu)勢(shì)調(diào)整水汽指標(biāo)。

2）合理調(diào)整加藥及加大爐水排污。

當(dāng)供熱回收水量大、水質(zhì)差時(shí)，采取以下措施：一是調(diào)大給水、爐水加藥量，控制爐水pH 值9.3～9.7較高限運(yùn)行，便于堿性條件下水渣的快速形成；二是加大爐水磷酸鈉的加藥量，控制質(zhì)量濃度為0.5～1.0 mg/L，維持較高含量的，即使水中由于換熱器滲漏而帶入微量的Ca2+、Mg2+，也能充分形成水渣隨定排排出而不結(jié)垢；三是爐水電導(dǎo)率高時(shí)，及時(shí)開(kāi)大連排將汽包內(nèi)雜質(zhì)濃度較大的表面水連續(xù)地排出，從而維持較好的爐水水質(zhì)；四是供熱期縮短爐水定排周期，由原定的每周一次改為每周兩次，每次定排時(shí)間不小于30 min。

3）及時(shí)調(diào)整除氧器排氣閥開(kāi)度。

給水熱力除氧采用臥式噴霧淋水盤式除氧器，運(yùn)行時(shí)，除氧過(guò)程在水的沸點(diǎn)下進(jìn)行，為保證析出來(lái)的氣體順利排出，要將排氣閥調(diào)至合適的開(kāi)度，運(yùn)行中根據(jù)給水的溶氧值、供熱回收的疏水量，及時(shí)調(diào)整排氣閥開(kāi)度，盡大保證除氧效果。

4）熱網(wǎng)加熱器的停運(yùn)保護(hù)。

設(shè)備停備用期間保護(hù)不當(dāng)會(huì)造成設(shè)備的腐蝕，給供熱期間系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)隱患，另外腐蝕產(chǎn)物也會(huì)隨著疏水進(jìn)入熱力系統(tǒng)形成結(jié)垢和腐蝕。故執(zhí)行停備用保護(hù)措施：一是供熱首站供熱季結(jié)束后系統(tǒng)不放水，充水保養(yǎng)，保持最低靜壓值0.2 MPa；二是通過(guò)補(bǔ)水管加氫氧化鈉提系統(tǒng)pH 值至10.0 以上，每周啟動(dòng)循環(huán)水循環(huán)30 min，每周取樣化驗(yàn)pH 值，做好記錄，pH值低時(shí)添加氫氧化鈉。

4 治理效果

經(jīng)過(guò)上述改造及處理后，新供熱季給水溶氧合格率提高到97%，水汽氫電導(dǎo)合格率提高到95%，有效降低了熱力系統(tǒng)的腐蝕、積鹽風(fēng)險(xiǎn)。2021年供熱季給水溶氧和水汽氫電導(dǎo)檢測(cè)結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 治理后給水溶氧曲線

圖6 治理后水汽氫電導(dǎo)曲線

5 結(jié)語(yǔ)

給水溶氧、水汽氫電導(dǎo)是水汽技術(shù)監(jiān)督的最重要指標(biāo)，是預(yù)防鍋爐四管、汽輪機(jī)葉片腐蝕、結(jié)垢的核心參數(shù)。北方電廠冬季受供熱回收疏水影響，給水溶氧、水汽氫電導(dǎo)指標(biāo)異常超標(biāo)已成為較普遍的現(xiàn)象，給熱力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕、結(jié)垢、積鹽隱患。本文通過(guò)采取延長(zhǎng)疏水排放管長(zhǎng)度至疏水箱液面以下、檢修時(shí)對(duì)換熱器管束全面查漏堵漏、加強(qiáng)在線儀表校驗(yàn)維護(hù)、做好水汽指標(biāo)監(jiān)督、合理調(diào)整加藥、加大爐水連排和定排，及時(shí)調(diào)整除氧器排氣門開(kāi)度及做好停備用期間的保護(hù)等措施后，給水溶氧、水汽氫電導(dǎo)合格率大幅提升，有效降低了水汽熱力設(shè)備腐蝕、結(jié)垢和積鹽的風(fēng)險(xiǎn)，為同類型機(jī)組類似故障的解決提供分析思路。