超臨界630 MW機(jī)組給水泵組流道結(jié)垢的分析與防控

摘要：文章介紹了超臨界機(jī)組給水泵流通道結(jié)垢的成因與危害，就如何減少給水泵結(jié)垢，減少節(jié)流損失，提高效率，及應(yīng)采取的防控措施進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；給水泵；三氧化二鐵；四氧化三鐵；沉積；結(jié)垢

中圖分類號：TM621.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2011）16-0109-03

1設(shè)備及異常情況介紹

國華太倉電廠630MW超臨界#7機(jī)組由上海汽輪機(jī)有限公司（STC）與西門子西屋（SWPC）聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的汽輪機(jī)（型號：N630-24.2/566/566）和上海鍋爐廠引進(jìn)Alstom技術(shù)制造的超臨界鍋爐（產(chǎn)品型號：SG-1913/25.4-M950）組成機(jī)組的熱力系統(tǒng)，其給水系統(tǒng)配備1臺電動給水泵和2臺汽動給水泵，汽動給水泵的主要參數(shù)如表1所示。

2008年11月7機(jī)組采用給水加氧處理，在采用給水加氧工況期間給水、疏水部位形成的致密氧化膜還在一定程度上發(fā)揮著有效作用，膠態(tài)鐵含量遠(yuǎn)優(yōu)于其他采用全揮發(fā)處理的超（超）臨界機(jī)組，給水疏水的FAC現(xiàn)象特征不明顯。自2009年由于鍋爐末級過熱器管內(nèi)壁氧化皮現(xiàn)象嚴(yán)重，氧化皮脫落堵塞過熱器爆管頻繁發(fā)生，12月份調(diào)整7號機(jī)組給水處理方式——7號機(jī)組停止加氧，采用AVT(O)處理；停止加氧采用給水全揮發(fā)處理后，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)鐵含量出現(xiàn)波動，暴露出材質(zhì)表面保護(hù)膜的致密性和保護(hù)能力在降低。

自12月12日以來7B汽泵出口流量出現(xiàn)明顯下降，在7B汽泵轉(zhuǎn)速比7A汽泵高50rpm的情況下，兩臺汽泵出口流量偏差從50 t/h逐步增大至130 t/h；7B汽泵前置泵電機(jī)電流也出現(xiàn)逐漸下降趨勢，兩臺汽泵前置泵電流偏差從0.5A逐步增大至3A；而且7B汽泵出口給水溫度也同樣出現(xiàn)逐漸升高趨勢，兩臺汽泵出口給水溫度偏差從0.6℃逐步增大至1.2℃。

7B汽泵芯包因效率降低于2008年11月3日將芯包拆卸返上海電力修造廠進(jìn)行大修，解體發(fā)現(xiàn)葉輪和導(dǎo)葉體通流部分結(jié)垢嚴(yán)重，廠家采用弱酸浸泡、清水沖洗、打磨清掃方法對結(jié)垢進(jìn)行了徹底清理。修后于2008年11月24日投入運(yùn)行，在同一轉(zhuǎn)速下比較，修后流量比修前增加了50～80t/h。

2初步檢查結(jié)果及判斷

根據(jù)給泵解體情況，檢查部位包括葉輪（5幅葉輪十頂端葉輪）、5幅附輪及主軸。對葉輪側(cè)面及給水通流處、主軸及附輪側(cè)面等與給水接觸處進(jìn)行宏觀檢查和采樣。

所有與給水接觸的部位均有較厚的垢層，多達(dá)375 g/m2；垢層呈現(xiàn)極其典型的波紋狀；表面呈紅色或棕黃色。垢并不堅(jiān)固，與省煤器處垢疏松程度相似，借助機(jī)械可較易清除或剝離。在給水接觸部位主要呈現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，并沒有腐蝕特征，故清理后不影響使用。利用微區(qū)分析技術(shù)和電子探針對該沉積物進(jìn)行分析，如圖1所示，可以看出該沉積物是極其典型的鐵的氧化物結(jié)構(gòu)，晶粒完整潔凈、規(guī)則、無雜質(zhì)，以四氧化三鐵為主，邊緣在向三氧化二鐵轉(zhuǎn)化。

從表2測試結(jié)果來看，98.26%是鐵的氧化物，900。C呈現(xiàn)正的灼燒增量，表明是四氧化三鐵和三氧化二鐵的混合物。

3原因初步分析

3.1垢的來源分析

給泵所有與給水接觸的部位均有明顯的波紋狀的磁鐵礦垢層（Fe304，由于給水加氧的實(shí)施，有部分轉(zhuǎn)化為赤鐵礦，F(xiàn)e2O3），這充分表明與（低壓)給水水質(zhì)密切相關(guān)。波紋狀垢層是磁鐵礦結(jié)垢的典型特征，是給水系統(tǒng)流動加速腐蝕的直接產(chǎn)物。

根據(jù)流動加速腐蝕（FAC）與溫度關(guān)心曲線，如圖2、圖3所示，可看出，單向流（水側(cè)）FAC溫度風(fēng)險區(qū)間在 l20～160℃，也就是在低壓加熱器，也是低壓加熱器采用不銹鋼作為換熱管的主要原因。（汽水混合物）FAC溫度風(fēng)險區(qū)間在160℃～220℃，也就是在高加汽側(cè)。由于高加疏水回收至除氧器，所以除氧器出口鐵含量是不低的。從測試結(jié)果也能看得出，除氧器出口和高加疏水鐵含量是比較高的。由于這臺給泵從投運(yùn)至今末解體檢修，而機(jī)組運(yùn)行過程中機(jī)組pH控制較低，給水流動加速腐蝕較嚴(yán)重，給水鐵含量較高，是導(dǎo)致給泵鐵沉積的主要原因。

3.2給水泵流道垢沉積的機(jī)理

給水中的鐵的相關(guān)腐蝕產(chǎn)物是膠體，其沉積過程與是膠體的溶度積常數(shù)、特定的流體環(huán)境和熱力學(xué)條件等密切相關(guān)。

從圖4中可以看出，在pH9～l0處，溫度在l80～200℃區(qū)間，對于磁鐵礦而言，溶解度具有一個拐點(diǎn)，是溶解度明顯下降。如果磁鐵礦含量較高，在此溫度區(qū)間就會發(fā)生析出現(xiàn)象，而與具有一定磁性特性材料接觸，就會進(jìn)一步發(fā)生沉積。而公司超臨界機(jī)組除氧器出口水溫接近 190℃，在給水FCA明顯的情況下，給泵通流處發(fā)生磁性四氧化三鐵沉積的可能性還是相當(dāng)高的。

7A汽泵通流部分未清洗，既有沉積的磁鐵礦（Fe3O4）垢層較厚，給水加氧期間其表面被轉(zhuǎn)化的赤鐵礦層(Fe2O3)也更加完整和致密，即便在切換為給水全揮發(fā)處理，該赤鐵礦層不會在短期內(nèi)被破壞，仍然發(fā)揮著有效改善流體的作用。而7B汽泵通流部分由于在2008年機(jī)組大修期間鍋爐酸洗漏入酸洗液，垢層被化學(xué)清洗，只剩下基體，在給水加氧工況下，較低的鐵含量和顯著的紊流流體，致使該部位保護(hù)層較薄，赤鐵礦層(Fe2O3)始終處于動態(tài)修復(fù)狀態(tài)，不夠顯著和致密。一旦停止采用給水加氧，赤鐵礦層保護(hù)膜的修復(fù)過程停止，強(qiáng)烈的紊流流體迅速破壞具有改善流體作用的保護(hù)層，導(dǎo)致表面光潔程度差，流體阻力增大。要消除或緩解7B汽泵出口流量下降的現(xiàn)象，建議恢復(fù)給水加氧處理

4結(jié)論

①沉積物是鐵的氧化物結(jié)構(gòu)，晶粒完整潔凈、規(guī)則、無雜質(zhì)；垢層呈現(xiàn)極其典型的波紋狀；沉積物晶體結(jié)構(gòu)疏松，借助機(jī)械可較易清除或剝離。

②沉積物來源與給水系統(tǒng)存在明顯的FAC現(xiàn)象密切相關(guān)。合理控制給水工況（給水加氧或肌工況下合理的pH）和精處理混床運(yùn)行周期是降低給水鐵含量的關(guān)鍵。給水加氧后，給水鐵含量是會明顯下降的，并且腐蝕產(chǎn)物主要是沒有磁性的赤鐵礦，對于降低結(jié)垢速率及給泵鐵垢沉積都會有明顯作用。

③由于這臺給泵從投運(yùn)至今未解體檢修，而機(jī)組投運(yùn)后第一年運(yùn)行過程中機(jī)組pH控制較低，給水流動加速腐蝕較嚴(yán)重，給水鐵含量較高，是導(dǎo)致給泵水流通道鐵沉積的主要原因。

④由于沉積物呈現(xiàn)波紋狀，對流體阻力明顯，應(yīng)及時清理。給泵與水流接觸部位主要呈現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，并沒有腐蝕特征，故清理后不影響使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 榮幼灃.流動加速腐蝕的危害及其防治[J].華東電力，2003， (3).

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