热力设备长期停炉保护方法

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O2 2H 2O 4e 4OH
(1.1)
此外,氧气还能成为阳极的去极剂。因为,当水中有氧时,它能把铁溶解时形 成的 Fe(OH)2 进一步氧化:
4Fe(OH ) 2 O2 2H 2O 4Fe(OH ) 3
2+
(1.2)
形成不溶解于水的 Fe(OH)3 沉淀,而使阳极处于液层中的 Fe 浓度显著降低,双电 层的平衡破坏,促使阳极上的铁离子继续溶入水溶液中,进而加剧腐蚀。这种腐 蚀还受水中盐类及二氧化碳和炉水 pH 值的影响。腐蚀主要是溃疡性,有的近似点 状溃疡腐蚀,有的近似均匀性溃疡腐蚀[1]。点状溃疡腐蚀发生在金属表面上,当金 属表面上积有水垢、水渣沉积物,或这些沉积物表面上有孔隙或裂纹时,金属表 面上形成腐蚀电池,金属腐蚀加剧。均匀性溃疡腐蚀轻微时,其腐蚀产物较疏松, 严重时便形成片状稍硬的铁锈,腐蚀特征是金属均匀地变薄,当腐蚀产物消除后, 金属表面呈粗糙状态。 停用腐蚀的危害不仅由于它在短期内会使大面积的金属发生严重的损伤, 而且 还会在锅炉投入运行后继续产生不良影响。因为停用时金属的温度低,其腐蚀产 物大都是疏松的 Fe2O3,在系统中有积水的地方还会有 Fe2O3•nH2O、FeO(OH)和 Fe(OH)3 等腐蚀产物,它们附着在管壁上的能力不大,很容易被水汽流带走,因此 当停运机组启动时,大量腐蚀产物就转入炉内水中,使锅炉水中铁的含量增大, 这会加剧锅炉炉管中沉积物的形成过程。同时,停用时腐蚀金属表面上产生的腐 蚀产物及所造成的金属表面的粗糙状态,会成为运行中腐蚀的促进因素。因为从 电化学观点来看,腐蚀产生的溃疡点坑底的电位比坑壁及其周围金属的电位更低, 因此在运行时能起阴极去极化作用,它被还原成亚铁化合物,在锅炉下次停用时, 又被氧化为高铁化合物,即 阴极过程: Fe2O3 2e H 2O 2FeO 2OH 阳极过程: Fe 2Fe 重。 2 长期停用保护方法 2.1 现有的停用保护方法 现有的停用保护方法主要分为两大类:干法保护和湿法保护。干法保护有: 干燥法、充氮法、气相缓蚀剂法[2]。干燥法,如热炉放水余热烘干法,热炉放水负 压抽干法,热风干燥法等。由于操作较简单,涉及辅助设备少,因而常为电厂采 用的是热炉放水余热烘干法,但是放水时,锅炉汽包上下壁温差不得大于 40℃, 因此放水温度不可过高;某些部位积水不可能全部放干,因此往往干燥不彻底, 待金属温度降低后金属表面又形成水膜,仍然会产生锈蚀,因而此法一般只适用 于短期保护,且效果不佳。 湿法保护有: 锅炉内充满缓蚀溶液, 如氨水法、 氨—联胺法、 二甲基酮肟法[3 ],
该方法适用于停用较长或者备用的机组,是高参数大容量机组普遍采用的方 法。锅炉本体,过热器均可采用此法保护,但是中间再热机组的再热系统不能采 用氨—联氨法,否则汽轮机会有进水的危险。 2.2.4 二甲基酮肟法 二甲基酮肟是一种良好的金属缓蚀剂和钝化剂,它具有强还原性,能在钢铁 表面生成良好的保护膜,二甲基酮肟的保护范围除锅炉本体以外,还包括过热器 及再热器。 望亭电厂采用二甲基酮肟法对 13 号炉进行停用保护一年,效果良好[8]。该厂 13 号炉是上锅厂生产的 1025t/h 燃油直流锅炉,由于燃油紧缺,需停用一年左右, 采用二甲基酮肟法进行停用保护,二甲基酮肟浓度选择为 400mg/L,保护液初期 pH>10.6。停用保护的范围为给水箱、给水母管、高压加热器、锅炉本体、过热 器和再热器以及启动旁路系统及减温水系统。经一年左右的停用保护后 13 号炉启 动成功,启动阶段水质始终保持合格。 2.2.5 缓蚀剂成膜法[1] 缓蚀剂成膜保护是在热力设备滑停过程中向其水汽系统注入缓蚀剂。最开始 使用的成膜缓蚀剂主要是含10~20个C的直链烃基的胺类化合物,又称成膜胺,不 溶于水,溶于乙醇、异丙醇中,也可溶于醋酸、醚和其他有机溶剂,对碳钢、不 锈钢、铜合金等均有缓蚀作用。其对金属的保护是基于在金属表面形成一层憎水 性的保护膜,这层膜起到物理隔层的作用,因而阻止材料与水或侵蚀性气体的接 触,提高金属的耐蚀性,以达到保护作用。除了成膜胺外,还有国内最近开发的 咪唑啉类的成膜缓蚀剂ODW 和SM-ODM等。 十八烷基胺用于热力设备的停用保护能降低叶片腐蚀及磨损 15%~25%,缩短 启动并网时间 1/3,保护不影响检修,机组效率提高 1.5~2.0%,结垢量下降,延长 了锅炉的酸洗周期。十八烷基胺的保养范围广,包括锅炉本体、过热器、再热器、 汽轮机及整个热力系统,特别适用于检修机组[9]。 近年来,研究开发了以十八烷基胺为主体的多种停用保护剂,并在一些电厂 得到应用。 江西新余电厂 200MW 机组采用成膜胺保护法进行停用保养,保养过的 管样在大气中 10 个月未见腐蚀,机组启动后,系统的含铁量明显降低,即启动 16 小时与以前机组启动后 24 小时相比,水汽系统的含铁量低 75%~80%[10]。 石嘴山电厂二电公司 4 台 330MW 机组采用纯十八胺保护法进行保养, 与一发 2 台 330MW 机组的热炉放水法进行比较[11]。 采用热炉防水法的机组除氧器水箱内 部呈铁锈红色,底部积水、铁渣较多;高压缸叶片调速级和第 1 级轴部表面有不 均匀片状氧化铁皮脱落现象;高加内壁不锈钢管板及不锈钢管口呈砖红色,表面
热力设备长期停用保护方法
摘要:阐述了热力设备停用腐蚀的机理以及停用保护的重要性,针对目前常用的 长期停用保护方法的现状以及应用情况进行了全面论述。 关键词:热力设备;停用保护 Protection Methods for Long-term Lay-up Thermal Equipments Chen Li’na China City Environment Protection Engineering Limited Company Abstract:The corrosion mechanism of lay-up thermal equipments and the importance of lay-up protection were presented. And several commonly used protection methods for long-term lay-up thermal equipments at present and their application were introduced. Keywords: Thermal equipments; Lay-up protection 0 引言 热力机组在停运检修或处于备用状态时,如果不采取有效的保护措施,停用 机组的水汽系统暴露在大气环境中,会产生大量锈蚀,锅炉停炉和备用期间的腐 蚀往往比运行时的腐蚀速度更快,危害更大。停用腐蚀不但损坏了金属设备本身, 在金属表面广泛地留下面积较大的蚀坑和针状蚀孔,从而成为机组再启动运行时 诱发危害极大的局部腐蚀的源点;而且使炉管结垢速率增大,会促进和加剧锅炉 的运行腐蚀,导致炉管的爆裂和清洗频率增大。所以停用腐蚀不但会造成直接的 和间接的巨大经济损失,而且还会严重危及热力机组的安全运行,危害极大。因 此,在停炉备用或检修期间,实施停用保护是极其重要的。 1 停用腐蚀机理 机组停用检修,从运行到停运,一般情况下的做法都是滑参数停运,然后在一 定的温度和压力下热炉放水。这样,热水锅炉停用后,锅炉内部压力降低,随着 热力设备的冷却,机组内部就会形成负压。 锅炉停炉时的金属腐蚀主要是锅炉水汽系统的金属内表面会遭到溶解氧的腐 蚀。因为当锅炉停用后,外界空气必然会大量进入锅炉水汽系统内。此时,锅炉 虽然已经放水,但在锅炉金属的内表面上往往因为受潮而附着一薄层水膜,空气 中的氧气会溶解在这些水膜中,使水膜中饱含溶解氧,很容易引起金属的腐蚀。 由于氧气是强阴极去极剂,能吸收阴极电子,形成氢氧根离子,从而是腐蚀过程 加剧。其阴极去极化过程为:
2
(1.3) (1.4)
2e
这样腐蚀过程就会反复地进行下去,所以经常启动、停用的锅炉,腐蚀尤为严
以及锅炉内保持蒸汽压力或给水压力法,这是在锅炉停运后,间断点火或启动泵 维持锅炉一定的正压,防止大气中氧进入锅炉。 2.2 适于长期停用的保护方法 2.2.1 充氮法 充氮法的作用是阻止氧气进入热力设备,使空气和金属表面隔绝,以防止金 属锈蚀,保护设备安全。当锅炉停炉压力降至 0.49MPa 时开始充氮,所用氮气纯 度应大于 99%,充氮以后,保证水汽系统中氮气的压力在 0.49MPa 以上。充氮法 适用于各种参数的锅炉,对于高参数大容量机组,可以普遍采用[2]。 充氮法既适用于短期停用,也适用于长期停用。河北沧州发电厂在对锅炉设 备进行长达 2 年的长期停用保护过程中采用充氮法取得了良好的效果[4]。 该厂热电 工程的 2 台 WGZ130/ 9.31 型锅炉本体安装完成后,因故暂时停工,需进行停用保 护,保护期为 2 年。由于是新炉的停用保护,且考虑到停用时间较长,根据现场 的实际情况最终确定了采用操作简便,又启动简单的充氮保护法。向过热器系统、 省煤器和水冷系统管内充氮气,使管内氧气体积分数减少为 2%以下,以减缓管内 壁的腐蚀。在充氮保护进行过程中,要维持系统密封的严密性,保持氮气站压力 表表压的恒定。 2 年后热电工程恢复建设完成后检查省煤器、 汽包和过热器等部位, 无明显的腐蚀现象,充氮保护达到了预期目标,对新炉保护后的防腐效果明显。 2.2.2 气相缓蚀剂法[5] 气相缓蚀剂法是利用气相缓蚀剂常温下挥发吸附到金属表面,形成一层保护 膜从而阻止金属锈蚀的方法。常用的气相缓蚀剂有碳酸铵、碳酸环己胺等。在停 炉以后,排除锅内的存水,然后加入气相缓蚀剂,对于碳酸环己胺,可以以加热 的压缩空气(40~50℃)为载体,将粉末状药品加入锅炉,锅炉排出的气体 pH 值 达 10 时,停止充气。它的特点是使用方便、效果良好、保护周期可长可短,长的 时间可达到 5~10 年以上。 气相缓蚀剂蒸汽可以穿越到达难以接触的金属表面,适合于锅炉内部结构复 杂的管路保护。新英格兰的一家热电厂采用除湿法和气相缓蚀剂联合保护热力设 备,其中锅炉本体和汽轮机采用除湿法,各种管路采用气相缓蚀剂法,将气相缓 蚀剂粉末从炉体吸入管路,一年之后设备检查无腐蚀现象[6]。 2.2.3 氨—联氨法[7] 在机组开始滑停后, 立即增加给水加联氨和氨水的加药量, 以保持水的 pH 值, 炉水中的氨和联氨随蒸汽进入锅炉后的汽水系统,达到除氧的目的,特别是ห้องสมุดไป่ตู้凝 汽器中氧含量高的空冷区起到了保护作用。为了取得满意的保护效果,联氨的过 剩量为 200mg/L,pH 值大于 10。
一层砖红色腐蚀产物较厚,不易去除。采用纯十八胺保护后的机组,检查除氧器 水箱时,发现底部有少量积水、铁渣,蒸汽加热管上挂有十八胺,除氧器水箱表 面憎水性试验效果好;高压缸叶片调速级和第 1 级整个轮盘表面较清洁无积盐、 腐蚀现象;高加内壁不锈钢管板及不锈钢管口呈砖红色,表面一层砖红色腐蚀产 物极薄,易去除。且实施十八胺保护后的机组再次启动时水质尤其是铁离子合格 时间与采用热炉放水法相比大大缩短。 某厂 300MW 机组采用十八胺进行停用保护, 并通过交流阻抗方法对加药后的 省煤器、水冷壁、过热器等管样进行耐蚀性评价,其耐蚀性能都有不同程度的提 高,分别提高了 3~6 倍,达到了预期效果[12]。 某电站 5 号机组大修停运,采用新型高温成膜缓蚀剂进行保护[13]。该机组为 300MW 自然循环汽包炉发电机组,在加入新型成膜缓蚀剂及其循环过程中,汽包 压力维持在 11.11MPa~5.17MPa 之间,主气温度维持在 473℃~384℃之间,成膜效 果好,保护范围广,且工艺简单,操作方便。 3 结束语 热力设备长期停用保护的方法多种多样,但是每种方法都有特定的要求及适 用范围,应根据实际情况加以选用。目前缓蚀剂成膜保护是使用最多的一种保护 技术,随着发电机组参数的不断提高,停用腐蚀问题越来越突出,对停用保护缓 蚀剂的保护效果的要求也越来越高,同时所用的保护技术还必须满足环境保护的 要求。目前已研究出的停用保护剂存在一些应用上的局限性,有些保护剂水溶性 较差,实际应用不方便,有些保护剂对铜和铜合金有腐蚀等,故需要进一步开发 出无毒、高效、性能更为优越的停用保护剂。 参考文献:
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