600MW机组钛管凝汽器化学清洗

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摘 要：介绍了内蒙古岱海发电有限责任公司600mw机组钛管凝汽器化学清洗情况。针对其结垢特点选择高效复合酸作为清洗剂，将凝汽器及冷油器进行串联清洗，清洗后凝汽器管及冷油器管内的垢被完全清除。机组重新启动后，凝汽器端差明显降低，真空度上升，煤耗降低，机组的效率得到提高，经济效益显著。

关键词：凝汽器；钛管；高效复合酸；化学清洗

钛具有优良的耐腐蚀性能和钛表面氧化膜的浸润性很差、表面光滑不易结垢的特性，在发电厂作为凝汽器管材得到越来越广泛的应用。但是循环冷却水水质恶化导致凝汽器结垢是不可避免的。由于钛材设备的化学清洗有别于碳钢和铜材，在进行凝汽器化学清洗时，采取针对垢型和适合钛材安全、高效的清洗配方和工艺，在除垢的同时能有效抑制凝汽器钛管的腐蚀与吸氢，防止重大的设备损坏事故的发生非常重要[1]。钛之所以具有较好的耐蚀性，是因为它是一种高钝化性的金属，在空气和水中，其表面极容易形成氧化物膜。依靠这层膜的保护，钛基体不受进一步的腐蚀。如果在溶液中，表面氧化膜不断受到破坏，则腐蚀将持续不断。因此，钛材的化学清洗必需选择一种不破坏氧化膜的介质。钛材的主要损坏形式是氢致损坏。钛的活性很大，在含氢氛围中它极易吸氢，钛的吸氢量达到150ppm时[2]，就极有可能产生氢脆，导致损坏。本文针对内蒙古岱海发电有限责任公司2号机组凝汽器的化学清洗实践，讨论高效复合酸在钛管凝汽器化学清洗的应用问题。

1. 清洗工艺的确定

内蒙古岱海发电有限责任公司2号机组是上海汽轮机厂生产的600MW凝汽式汽轮机组，于2005年投产，其凝汽器管材为钛管，冷却方式为开式循环，冷却水采用岱海湖水。由于岱海湖水水质逐年变差，机组运行4年后，凝汽器钛管表面产生严重的结垢现象，在2009年的一次大修中通过抽管检查发现凝汽器钛管内结垢厚达2～3mm，垢层表面并附着大量沉积物，凝汽器真空度下降，机组效率下降，严重影响机组的安全经济稳定运行，按照DL/T 957-2005《火力发电厂凝汽器化学清洗及成膜导则》的规定[3]，应对凝汽器钛管进行化学清洗。

化学清洗的目的是在不损坏设备的前提下，除去受热面表面的锈垢等杂物，维持受热面内表面的清洁状态，并将被清洗金属的腐蚀速率控制在允许的安全范围之内。因此，进行科学的论证和小试，找出适合于钛材的清洗工艺是至关重要的。为此进行了如下的小试：

1.1 除垢试验

根据所查资料的情况，选择了一种高效复合酸在不同浓度条件下进行钛管的除垢试验。从除垢试验情况来看，5%浓度的高效复合酸的除垢速度快，除垢效果好，在较低温度30℃～35℃静态的清洗工艺条件下就有理想的除垢速度及除垢效果。除垢产物为疏松的垢泥，在实际的清洗过程中容易被循环清洗液带走。除垢试验情况见下表1：

表1 除垢试验数据

1.2 腐蚀试验

由于要清洗的正式系统的主要材质为钛材、表面衬胶的碳钢、玻璃钢，因此，如果临时系统采用不锈钢、衬胶管及ABS管等惰性材质，则清洗液中可以不加任何缓蚀剂；如果临时系统采用碳钢材质，则清洗液中应添加合适的缓蚀剂，且该缓蚀剂应满足既对碳钢、钛材有很高的缓蚀率，又基本不会增加钛材的吸氢量。基于以上的考虑，我们做了5%浓度的高效复合酸清洗剂加与不加缓蚀剂对钛管和碳钢试片的腐蚀试验，试验结果如下表2：

表2 腐蚀试验数据

1.3 含氢量试验

该试验委托国家有色金属及电子材料分析测试中心对带垢钛管样、新钛管样、除垢试验后钛管样进行了含氢量试验，试验结果如下表3：

表3 含氢量试验数据

1.4 小试结论及清洗方案的确定

综上所述，经对钛材含氢量、除垢效果、除垢速率、钛材及碳钢的腐蚀速率等因素进行综合分析，最后决定采用5%高效复合酸+0.3%酸洗缓蚀剂在30℃～35℃条件下进行凝汽器清洗。

2. 清洗系统的设计与安装

（1） 在凝汽器循环水进出口管管口处加装临时堵板。

（2）用一台临时泵作为酸洗循环泵，泵的进出口分别接临时管于凝汽器水室，凝汽器水室的接口处可选在水室的人孔处（配制临时人孔盖），人孔打开后做成假人孔以便于连接管道，我们选凝汽器北侧高低压共4个人孔连接临时管作为进（回）酸管。

（3） 为防止酸洗过程中产生的大量二氧化碳气体在钛管内形成气塞影响酸洗除垢效果和使钛管产生震动，以及防止酸洗中临时系统产生的氢气在系统内聚集导致钛管局部严重吸氢，将凝汽器南侧4个排气管分别连接到一根母管上引至清洗箱，以便在酸洗过程中将产生的气体顺利排出。

系统图如图1：

图1 凝汽器及冷油器化学清洗系统图

3. 清洗过程

化学清洗过程中的监测结果如下：（表4）

图2 清洗期间清洗液中硬度变化趋势

从上面监测结果和硬度随时间变化趋势图可以看出，酸洗刚开始时，除垢反应速度非常快，酸浓度很快就降低了，而酸液中硬度也随之上升。为了保持酸液中适当的酸浓度，当酸液浓度降低到一定程度时，就往系统中补加酸以维持适当的反应速度。随着酸洗时间的延长，大部分垢被除掉，硬度变化曲线也渐趋平坦，当酸洗进行到2009年10月14日11:30～12:00时，酸液浓度和硬度都分别趋于稳定，达到平衡，这表明此时已近酸洗终点。

4．化学清洗效果检查与评定

4.1 清洗效果检查

酸洗结束后，有关人员对酸洗效果进行了认真的检查，检查结果如下：

（1）酸洗后钛管内的水垢基本上完全溶解，少量溶解垢泥残留在管内，后经高压水枪冲洗，钛管内表面光亮如新，表面光滑，呈钛材本色。

（2）酸洗模拟台的带垢钛管样内的垢已完全除尽，管样光亮如新，呈钛材本色；无垢新钛管试样腐蚀速率为1.72×10-2g/(m2·h)， 腐蚀总量0.36 g/m2，相当于3.36×10-2mm/a。；碳钢试片的平均腐蚀速率3.06 g/(m2·h)， 腐蚀总量64.26 g/m2。两种材质试片的腐蚀速率均大大低于有关标准的规定：钢腐蚀速率〈10g/m2.h，钛材腐蚀速率〈0.1mm/a）[3]。

（3）钛管吸氢量检测结果

清洗后委托国家有色金属及电子材料分析测试中心对部分样品进行了含氢量试验，测试结果如下：挂件含氢量为0.0036%，酸洗后抽管管样含氢量为0.0018%，结果均远远小于标准要求0.015%。说明本次清洗对钛管是安全可靠的。

（5）金相检验结果

酸洗结束后，进行凝汽器注水查漏，发现有一根凝汽器管有微漏，决定进行抽管检查并进行金相检验。

对抽管的管样送锅检中心进行金相检验，检验结论：金相组织未见异常，内壁未见腐蚀缺陷。

4.2 清洗效果评定

从清洗后的检查结果及试验情况来看，钛管内的垢已基本上完全除尽，清洗效果达到优良。钛管含氢量检测结果正常，表明钛材未受到损害，本次清洗对钛材是完全安全的。

5. 结论

（1）此次化学清洗彻底清除了凝汽器钛管附着物，在此后机组启动运行后发现凝汽器相关数据明显改善，凝汽器端差由清洗前的9.6℃降至7.8℃，真空度（扣除环境温度变化影响）提高近5000Pa，折合减少煤耗约为10g，年发电量按30亿度计算，节煤效益达1500万元，经济效益非常明显。

（2）钛制设备的化学清洗工作有不同于钢铁、铜材的清洗机理，有着自己特殊的规律，高效复合酸清洗工艺在钛管管材方面的应用经验近年很少，本次清洗经过科学论证、详细周密的清洗小试以及对化学清洗全过程的严格监控，达到了很好的效果，为以后类似清洗工作提供了经验借鉴。

参考文献

[1] 姬生. 钛材设备化学清洗工程实践[J].腐蚀与防护,2008,(9):537-539.

[2] 孙小炎. 螺栓氢脆问题研究[J].航天标准化,2007,(2):1-9.

[3] DL/T 957-2005,火力发电厂凝汽器化学清洗及成膜导则[S].

作者简介

金绪良（1979- ），男，硕士研究生，湖北人，工程师，主要从事电厂化学方面的技术工作。