引言

近年來,燃氣機組憑借其效率高、環(huán)境友好、啟停靈活的優(yōu)勢迅速發(fā)展,但大部分電廠因配置的水冷壁管為鰭片等結(jié)構(gòu)導致割管、補管困難,基本極少開展水冷壁的結(jié)垢和腐蝕情況檢查,因此燃氣機組因水冷壁結(jié)垢嚴重而發(fā)生水冷壁過熱、垢下腐蝕甚甚大面積至管的爆事例來例越。鑒于此,加強對燃氣機組水冷壁結(jié)垢的原因分析并提出預(yù)防措施,對保障電廠的穩(wěn)定運行具有重要意義。

某電廠采用MHDB-M701F4-01型亞臨界余熱鍋爐,于2020年12月投入試運行,2021年3月正式投產(chǎn),在2021年10月割管檢查中發(fā)現(xiàn)水冷壁嚴重結(jié)垢,結(jié)垢速率遠遠超出正常水平。為保障后續(xù)機組安全運行,防止水冷壁垢下腐蝕導致爆管,對水冷壁管垢樣成分進行了元素分析、成分分析、垢層厚度檢測,對水汽質(zhì)量進行了分析,對給水系統(tǒng)進行了全面排查,分析結(jié)垢異常的原因,并提出了有效的建議。

1垢量檢測

機組水冷壁割管后垢量檢測情況如表1所示,從表中可以看出,水冷壁的背火側(cè)結(jié)垢量和結(jié)垢速率明顯比向火側(cè)大,向火側(cè)結(jié)垢速率196.30g/(m2·a),背火側(cè)結(jié)垢速率592.18g/(m2·a),向火側(cè)和背火側(cè)的結(jié)垢速率按《火力發(fā)電廠機組大修化學檢查導則》(DL/T1115一2019)均已達到了三類,背火側(cè)結(jié)垢量為532.96g/m2,結(jié)垢量已達《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》(DL/T794一2012)中汽包鍋爐的化學清洗標準。

水冷壁割管管樣酸洗前后圖片如圖1所示,從圖中可以看到,水冷壁管樣背火側(cè)酸洗前管樣內(nèi)表面有一層深褐色均勻致密氧化層,且從側(cè)面明顯能看到表面垢層有一定厚度,背火側(cè)在清洗過程中,由黑褐色變?yōu)樯钿P紅色后變?yōu)楹谏?繼續(xù)清洗后露出金屬本體色,表面粗糙,垢下有少量腐蝕坑分布,深度在0.3~1mm。水冷壁管樣向火側(cè)酸洗前內(nèi)部有不均勻分布的銹斑,試片兩側(cè)有少量白色沉積物,酸洗后露出金屬本色,垢下局部有點蝕坑,數(shù)量較背火側(cè)多,深度在0.3~1mm。根據(jù)《火力發(fā)電廠機組大修化學檢查導則》(DL/T1115一2009)達到了熱力設(shè)備腐蝕二類。該機組的給水處理采用的是AVT(0),主要是為了減少水冷壁的結(jié)垢量,減輕腐蝕。此機組投運時間不到一年,結(jié)垢腐蝕如此之快,實屬異常。

2分析與討論

2.1垢樣元素分析及其物相分析

2021年10月,采用掃描電鏡對水冷壁垢樣成分進行元素分析,分析結(jié)果如圖2及表2所示:采用xRF對水冷壁成分進行物相分析,分析結(jié)果如圖3及表3所示。

從表2中可以看出,水冷壁主要成分包括0、Mg、si、P、Ca、Fe,與正常運行時水冷壁垢樣主要成分為鐵的氧化物情況并不相同,說明機組確實存在運行異常的情況,需要進一步排查。

從垢樣物相組成成分來看,主要含有32.2%的鎂鐵氧化物、11.2%的三氧化二鐵、18.7%的羥基磷酸鈣及37.9%的硅鎂氧復合物,物相分析結(jié)果與元素分析結(jié)果吻合,表明水冷壁上的垢除了正常運行產(chǎn)生外,還有額外帶入水汽的情況,鎂、硅、鈣極可能是循環(huán)水中的成分在水冷壁高溫及爐水加磷酸鹽的高溫堿性環(huán)境下形成了鎂鐵氧化物、硅鎂氧復合物及羥基磷酸鈣,進一步懷疑可能有循環(huán)結(jié)漏入結(jié)汽系統(tǒng)。

2.2水汽質(zhì)量分析

2020年12月機組投運后采用的是給結(jié)加氨、爐結(jié)加磷酸鹽的處理方式,目的是減少結(jié)冷壁、汽包等結(jié)汽系統(tǒng)的結(jié)垢量,但上述垢量分析和物相分析顯示結(jié)冷壁在不到一年的運行時間內(nèi)產(chǎn)生了大量的難溶垢成分,并已達到酸洗標準,另外,垢樣成分并非常規(guī)的鐵的氧化物,懷疑給結(jié)品質(zhì)惡化。

查閱結(jié)汽運行監(jiān)督報表,發(fā)現(xiàn)自投運以來至2021年7月,結(jié)汽各項指標合格率高于99%,給結(jié)的pH值控制在9.5~9.8,給結(jié)溶解氧小于20μg/L,無精處理裝置,凝結(jié)結(jié)出口結(jié)質(zhì)合格。2021年7月14日起,凝結(jié)結(jié)、給結(jié)、爐結(jié)中的二氧化硅突然上升,尤其是高壓給結(jié)的硅含量從9.5μg/L升至303.7μg/L,高壓汽包的爐結(jié)硅由7月初的164.4μg/L升至841.4μg/L,凝凝結(jié)泵出出二氧化硅含量由3.4μg/L升至166.1μg/L,如表4所示。

凝凝結(jié)泵、給結(jié)、爐結(jié)硅在短時間內(nèi)快速上升,考慮為凝汽器發(fā)生了泄漏,但凝結(jié)結(jié)氫電導和硬度在8月12日之前并沒有凝汽器泄漏的明顯特點,后經(jīng)核實發(fā)現(xiàn),凝結(jié)結(jié)出口在線氫電導表由于未及時更換離子交換樹脂,前期顯示氫電導并不準確,凝結(jié)結(jié)硬度由于檢測人員選用的檢測方法有誤,導致實際數(shù)據(jù)是前期顯示數(shù)據(jù)的1000倍,實際在2021年7月凝結(jié)結(jié)硬度已達到5μmol/L,結(jié)合結(jié)冷壁結(jié)垢量及垢樣成分組成分析,可以判定凝汽器存在大的漏點。

3凝汽器檢查

停機對凝汽器進行抽管檢查,發(fā)現(xiàn)凝汽器汽側(cè)有一塊不銹鋼塊未焊接牢固,在機組運行振動的過程中,鋼塊松動掉落在臨近的凝汽器管上,經(jīng)過初期的砸傷和后期的擠壓,三根凝汽器管破損,出現(xiàn)三個大的泄漏點,如圖4所示。由此可知,該廠結(jié)汽品質(zhì)異常主要是因凝汽器管泄漏,循環(huán)水漏入系統(tǒng)導致。按照凝結(jié)水硬度值的變化情況可知,7月初已經(jīng)開始泄漏,8月上旬時發(fā)展為大漏點。停機后凝汽器汽側(cè)底部有明顯的泥沙堆積,汽側(cè)支柱及底部有明顯的浮銹。

4結(jié)論及建議

4.1結(jié)論

(1)該廠水汽指標異常主要是因為凝汽器泄漏,循

環(huán)水漏入凝結(jié)水導致凝結(jié)水、給水、爐水全面超標。

(2)水冷壁結(jié)垢異常主要是因為鍋爐水中漏入了循環(huán)水,導致鈣、鎂、鐵、硅等含量增加,在水冷壁高溫堿性的環(huán)境中沉積成了難溶物,且垢量達到鍋爐酸洗要求。

(3)從水汽數(shù)據(jù)來看,凝汽器泄漏從7月中旬已經(jīng)開始,由于電廠硬度、氫電導檢測不準確,未及時判斷出凝汽器大漏點的存在,導致水冷壁垢量快速增長。

(4)從水冷壁沉積物物相分析成分來看,磷酸鹽參與了水冷壁上水垢濃縮結(jié)晶析出的反應(yīng)。

(5)從水冷壁垢下腐蝕情況來看,水冷壁存在輕微的垢下堿性腐蝕。

4.2建議

(1)對泄漏的凝汽器管進行堵漏處理,對凝汽器汽側(cè)進行清理,防止再次啟機后凝結(jié)水受到汽側(cè)殘留污染源的影響。

(2)對水冷壁進行化學清洗,并對化學清洗后的水冷壁管進行腐蝕情況的檢查及驗收。

(3)后續(xù)運行中應(yīng)至少保證凝泵出口氫電導的準確性,結(jié)合鈉離子、硬度及其他相關(guān)指標,第一時間判斷凝汽器是否存在泄漏并及時處理。

(4)如果凝汽器堵漏后,在加藥量充足的情況下,高壓汽包高負荷磷酸根低、pH值高、爐水硅居高不下,不排除在前面的運行中發(fā)生了磷酸鹽隱藏,酸洗水冷壁時也應(yīng)對高壓汽包進行酸洗,后續(xù)以低磷酸鹽方式運行。