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动力锅炉高压给水加热器的化学清洗 动力锅炉高压给水加热器的化学清洗已是当前火力发电厂定期检修工作中的一个组成部分。对于没有凝结水除盐装置的亚临界强制循环汽包炉机组系统，高压给水加热器大约运行5年就需要一次化学清洗。通常3台高压给水加热器设计时总的压差为0.5MPa左右，运行5年后压差可高达2.0MPa，将会造成经济上的很大损失及设备的损坏。化学清洗后，3台高压给水加热器总的压差可以降到0.6MPa左右，接近设计值。 高压给水加热器的结垢部位、结垢数量及垢的组成与高压给水加热器的温度、压力、水质和流速等因素有关，因此，动力化学工作者都在上述因素中寻找克服高压给水加热器结垢的途径，以及寻找清除高压给水加热器结垢的办法。化学清洗也是当前清除高压给水加热器结垢的一个有效的办法。 下面介绍一下上海宝钢自备电厂十年来，高压给水加热器的化学清洗的情况，供参考。 宝钢自备电厂1、2机组系日本三菱重工株式会社生产，锅炉蒸发量为1160t/h，压力为17.6MPa，单机容量为350MW。两台机组分别于1982、1983年投产，运行5年后发现1号机组7号高压给水加热器出水侧水室隔板检查孔的盖板鼓起5mm左右，拆除后检查发现出水侧管束直管段端口结有大量磁性氧化铁，此时，三台高压给水加热器的总压降已经高达2.1MPa，为了安全运行进行了高压给水加热器的化学清洗。 经过十多年来的运行经验表明，高压给水加热器如果按照当前给水水质标准运行，大约4～5年就需要进行一次化学清洗。 高压给水加热器结垢将会造成经济上的重大损失。 宝钢自备电厂高压给水加热器（HTR）的技术规范如表1所示。 表1 高压给水辊热器主要参数 名 称 单 位 HTR6 HTR7 HTR8 加热面积 筒体最高使用压力 筒体最高使用温度 中间筒最高作用温度 管侧最高使用压力 管侧最高使用温度 加热管外径 加热管厚度 加热管直管有效长度 加热管根数 加热管回流数 加热管材料 m2 985 1205 945 MPa 2.16 4.90 6.86 ℃ 220 269 285 ℃ 460 350 420 MPa 21.7 21.7 21.7 ℃ 290 290 290 mm 15.9 15.9 15.9 mm 2.1 2.1 2.1 mm 6948 8598 6648
1349 1349 1349
2 2 2
STB42 STB42 STB42 一、清洗前工作 1. 高压给水加热器结垢情况 在7号高压给水加热器出水侧，经检查发现在出水侧管束直管段端口结有大量磁性氧化铁（Fe3O4），高达780g/m2；其组成为Fe3O4（84.37%）、CuO（11.26%）、灼烧增量（2.51%），在加热器封头壁上也结有类似的附着物，质松，易用机械法去除。 另外，从运行日记记录可知，7号高压给水加热器的压差在投运初为0.1MPa；运行2年后压差为0.4MPa；又运行到3年后压差为0.5MPa；运行第4年后压差为1.0MPa；运行到第5年时压差为1.2MPa，而且3台高压给水加热器总的压差已经达到2.2MPa。通常压降上升速度到4年后显得更加快。 2. 高压给水加热器清洗方法的选择 日方曾推荐过用高压水冲洗高压给水加热器清洗方案，但实际上在日本也用的不多。条件许可时还是采用化学清洗方法为多。
图1 清洗系统图
3. 化学清洗药品选择 高压给水加热器化学清洗药品中所用的酸是柠檬酸，因为柠檬酸溶液对氧化铁或金属侵蚀性小，能够络合游离Fe3+而减少附加腐蚀。采用柠檬酸后化学清洗系统可以简化，而且对人体无害。 如果高压给水加热器及管束等是用合金钢制成，用盐酸清洗将会导致晶间腐蚀，为此，化学清洗药品选择柠檬酸为宜。 用柠檬酸清洗时，酸度控制在3.5%～4.0%；温度控制在90～95℃。 缓蚀剂选用TSX-04除油缓蚀剂。在实验室内试验时，当加入0.3%TSX-04除油缓蚀剂后腐蚀速率可以达到0.4g/(m2·h)的水平，为此，通常在工业上采用加入TSX-04除油缓蚀剂为0.3%。为了确保清洗效果使腐蚀速率降到最低，而实际加入量为1%。 二、清洗系统及步骤 1. 清洗系统及主要设备 为了使清洗范围控制在最小程度，决定将6号高压给水加热器→7号高压给水加热器→8号高压给水加热器，连接在一起清洗，（有时考虑到6号高压给水加热器因结垢量少，就只清洗7、8号高压给水加热器）并且将6号高压给水加热器进水阀门（No 4V-31）后的管端用木塞堵住。酸洗液由6号高压给水加热器（7号高压给水加热器）的人孔引入，通过U型加热管；后进入7号高压给水加热器的U型加热管；再到8号高压给水加热器的U型加热管，最后从8号高压给水加热器的人孔盖上引出废酸液。8号高压给水加热器出水阀（No 4V-33）前管段端部也用木塞堵住。 酸洗时进出水管用纯水充满并用0.2MPa氮气顶压，防止因进出水阀门关不严使酸液漏入。 主要设备： 酸洗泵：S200-63型；离心式；流量280t/h；扬程：63m。 酸箱：容量25m3；碳钢制。 氨箱：容量50m3；碳钢制。 酸洗加热器：碳钢蛇形管及混合式加热器。 2. 清洗步骤 （1）水冲洗 用纯水将系统内易冲洗掉物质尽量冲走，要求冲洗至排出废液内无明显黑色粉状物。 往酸箱内加入10m3纯水，并加热，若发现酸箱内存在黑色粉状物较多时，可以将酸箱底部排污门开启，将酸箱内黑色粉状物排出，再更换10m3 纯水，继续加热，并启动酸洗泵作酸洗箱体自循环。若再发现酸箱内黑色粉状物较多时，还需将酸箱底部排污门开启，将酸箱内黑色粉状物排出，直到自循环系统内没有黑色粉状物为止。然后，将酸箱内纯水通过酸洗泵冲洗全部临时酸洗管道。 待全部临时酸洗管道冲洗干净后，可将酸箱内纯水通过酸洗泵冲洗高压给水加热器本体，并注意酸箱内黑色粉状物是否存在，若发现酸箱内黑色粉状物较多时，还需要将酸箱底部排污门开启，将酸箱内黑色粉状物排出，并更换10m3纯水，继续加热，如此操作，直到水循环系统内没有黑色粉状物为止。 （2）酸洗 水洗后，当酸洗系统已加热到50～60℃时，可加入所需量的除油型缓蚀剂并且循环均匀，然后慢慢地加入柠檬酸，并通过酸洗泵将酸洗液搅拌均匀，此时，再慢慢地加入氨水调节酸洗液pH值在3.3～3.5之间。继续加热至90～95℃。此时，控制柠檬酸酸洗液的酸度为3.5% ～4.0%及除油型缓蚀剂浓度为1.0%～1.2%。（除油型缓蚀剂浓度根据实验室小型试验结果而定） 清洗4～6h，（具体时间可根据实验室小型试验结果，及酸洗时现场分析结果来决定）此时，需要严格控制温度、酸度、pH、Fe3+、Fe2+及沉积物量。 （3）氨洗除铜 酸洗结束后，酸洗液停止加热，并降低温度至50℃。待温度低于50℃时，在酸洗液中加入所需量的氨与过硫酸铵氧化剂，控制氨的浓度为1.5%；过硫酸氨浓度为0.4%，在40～50℃温度氨洗，此时，控制温度、NH3、pH、Fe3+、Fe2+、Cu等 （4）漂洗 待氨洗结束即排出氨洗废液，用氮气顶排可以得到较好效果。然后用纯水反复冲洗系统，使pH值冲至5.0以下、TFe≤50mg/L，目视检查在冲洗液中没有黑色粉状沉淀物。接着在纯水中加入柠檬酸，浓度为0.3%，并且用氨水调整pH值至3.5，在75～90℃温度中，循环2小时进行漂洗操作。 （5）钝化处理 漂洗结束时，若溶液中含铁量小于50mg/L，可以直接用氨水调整溶液的pH值，当pH值在9.0～10.0后再加入联氨进行钝化操作。温度控制在90～59℃，钝化时间15h以上。如果数小时后，发现钝化液混浊或有少量沉淀微粒，则需要排除第一次钝化液，并且用钝水稍许冲洗系统，然后从新配制钝化液继续钝化直至结束。此时，分析溶液中pH、联氨的浓度即可。 待钝化结束即可排除废液，并且打开人孔检查。 三、清洗效果 宝钢自备电厂1、2高压给水加热器都进行过两次化学清洗。 每次清洗后排出的氧化铁量约为450～800kg，其酸洗时腐蚀速率均能控制在≤9.0g/(m2·h)。 从每次清洗后高压给水加热器的压差情况分析，可知清洗效果是比较明显的。通常在清洗前，3台高压给水加热器的压差高达2.1MPa。清洗后的压差可降到≤0.5MPa，基本上达到原设计值。 四、酸洗中遇到的问题 由于在第一次清洗高压给水加热器时缺乏经验，造成以下种种情况，供参考： 1. 酸量估计不足造成酸洗液酸度急剧下跌 在第一次清洗1号机组高压给水加热器时，由于缺乏经验，酸洗前在高压加热器管束端部取样分析，测得加热器管束内的垢量为778g/m2，当时认为此值数据偏高。（由于加热器管束内部很深目视看不清楚，就误认为在管束中部不可能有那么多垢量，因此，酸量就估计得太少）。 假定酸洗前取样分析结果是正确的话，那末： 总的高压给水加热器换热面积为 =F6 + F7 + F8 = 3135m2 如果不计本体上面的垢量，那末，共有垢量G： G = *7.78kg/m2 = 2440kg 如果柠檬酸需要量为垢量的3.5倍（通过实验室试验得到的结果），即柠檬酸量为： W = 3.5 × G = 8540kg 而第一次酸洗时仅用了1000kg柠檬酸，所以就清洗得不够理想。
图2 管内垢溶解试验
另外，在酸洗过程中当pH值迅速上升，达到一定值时会产生柠檬酸铁的复杂络合体沉淀。此种沉淀趋于胶体状，通常生成后去除困难。 第一次酸洗时酸箱体积仅为5m3，加上3台高压给水加热器水溶积25m3，总的水容积很小，尽管柠檬酸浓度已达4.3%，而总酸量缺少较多。 2. 第一次酸洗时，在酸洗及水洗过程中流速偏低，造成氧化铁微粒不能带出 在酸洗前取到样品其主要成分是Fe3O4，从而根据文献资料介绍类同宝钢自备电厂高压给水加热器相似的铁垢，用电子显微镜观察其铁垢的粒度是在0～48μm，平均粒度为10.7μm. 根据Stokes定律计算沉降的速度 V=2/9*rg(d1-d2)/η 式中 d1=物体密度 7800kg/m3； d2=液体密度 1000kg/m3； r=颗粒半径 48/2×10Δ-6m； g=重力加速度 9.81m/s2； η=液体粘度 1.02×10Δ-4kg·sec/m2； V=沉降速度 m/s V=0.084m/s 由上式可知要带走48μm颗粒，流速至少要0.084m/s，由于第一次酸洗时采用80FB-30A型不锈钢水奈，铭牌流量为49.1m3/h；扬程为30.5m，如果两台泵同时运行，进入高压给水加热器管束的实际流量还不足70m3/h，因此，要使这些悬浮状的颗粒带出器外，必须使冲洗流速再增加。 另外，第一次酸洗进水方式都是由底进入上部排出，因此，要带走这些悬浮状的颗粒是相当困难的。如果当时采用顶部进水，分段排放的话那末有绝大部分的悬浮状的颗粒是能够带出高压给水加热器的。 在以后几次酸洗时，选用了200S-63型双吸离心泵，铭牌流量为288m3/h，这样可以使高压给水加热器管束的实际流速不低于0.3m/s，事实上也证实了清洗效果要比第一次高压给水加热器酸洗时好。 3. 清洗前必须对高压给水加热器的内部结构，从水力学角度作详细分析 例如高压给水加热器管束入口处的多孔稳流板在清洗前必需拆除，否则在低流速清洗时受到阻力因素而影响管内的清洗效果。 4. 腐蚀速率偏大 尽管酸洗前已考虑到安全性关系将原来腐蚀缓蚀剂的加入量由小型试验所得的0.3%提高到1.0%，而且要求在柠檬酸没有进入溶液前就添加完毕，并且经充分搅拌，可是第一次酸洗时实际溶解柠檬酸的速度太快，造成局部酸洗浓度超出4%，另外，清洗系统没有流量计，整个系统的体积、流速心中无数，溶液中腐蚀缓蚀剂的浓度究竟多少又无测定，因此，造成腐蚀速率偏高。 5. 酸洗循环方式不佳 对于卧式高压给水加热器采用上下层布置型式的酸洗循环回路，一定要采用正反方向能反复改变的清洗办法，而且中间要考虑有排放口，能及时将悬浮状的颗粒排出。否则会使时悬浮状的颗粒在高压给水加热器管束内带来带去，除不干净。 6. 排放时没有加接氮气管路、阀门，所以整个清洗过程中的排放都接触了大量的空气 为了防止产生二次锈采用氮气顶排是十分必要的，而且宝钢自备电厂具有氮气管系统，能满足需要。
Chemical Cleaning of High Pressure Feed Water Heater Fan Guonian (Shanghai Baoshan Power Station, Shanghai, 200941)
Abstract This is an experience report on over ten years chemical cleaning of high pressure feed water heater at Shanghai Baoshan Power Station. The paper describes the causes and the solutions of the troubles encountered. Keys words High pressure feed water heater, Chemical cleaning, scale formation, atric acid, inhibitor |
