火力發電廠停(備)用熱力設備的腐蝕與防護

黃玉娟 曾 彬

（1.大唐華銀攸縣能源有限公司，湖南 株洲 412000；2.華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

發電機組的鍋爐、汽輪機、凝汽器、加熱器等熱力設備在停運期間，如果不采取有效的保護措施，其表面會發生強烈腐蝕，這種腐蝕稱為熱力設備的停用腐蝕[1]。多年來，我國火電機組常因停運后未采取防腐蝕措施或采取的防腐蝕措施不當，造成銹蝕和損壞，尤其是水汽側的腐蝕，對電廠的安全運行造成嚴重影響[2]。

目前鍋爐停用腐蝕問題越來越突出，這是由于水處理技術日趨成熟，水質穩定，結垢積鹽問題逐漸解決，腐蝕問題逐顯突出，直接影響機組的壽命及安全經濟運行；停備用機組增多，且停備用時間延長[3]。

熱力設備停用腐蝕是氧和水（濕份）在金屬表面同時存在而產生的。其中水（濕份）的來源為：1）機組放水后，總有一部分水滯留在金屬表面形成水膜；設備暴露在大氣中時，大氣中所含有的水分會在金屬表面產生結露現象而形成一層水膜。2）機組放水時，有的地方水放不干凈，使金屬浸在水中。氧的來源為：設備在停用以后，外界大氣大量進入水汽系統，大氣的進入就相當于大量氧的入侵。因此，停用腐蝕可看作是大氣腐蝕，實際上也是氧腐蝕。本文從發電機組停用腐蝕的機理出發，簡述了發電機組熱力設備停用腐蝕的危害和停用保護的必要性，以及熱力設備停用保護的相關方法[4]。

1 熱力設備停用腐蝕的基本原理和影響因素

1.1 基本原理

機組熱力設備停用腐蝕的機理同金屬發生大氣腐蝕的機理類似。即熱力設備金屬表面由于電化學不均勻性（包括金屬化學成分的不均勻性、組織結構的不均勻性、物理狀態的不均勻性、金屬表面膜的不完整性等），各部位的電位有高低之分，一旦大氣中的氧溶解在水膜中，即水、氧、鹽類共存時，就會形成腐蝕微電池而發生停用腐蝕[5]。

停用腐蝕的反應式為：

O2+2H2O+4e→4OH-（陰極反應），

2Fe→2Fe2++4e（陽極反應）。

生成的Fe2+和OH-會進一步反應：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2

脫水→Fe2O3（黃銹）；O2能使Fe(OH)2進一步氧化，生成Fe(OH)3：

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓

由于所生成的Fe(OH)3不溶于水而使陽極處的Fe 濃度顯著降低，破壞雙電層平衡，從而促使陽極反應繼續進行，加劇腐蝕。

1.2 影響因素

停用腐蝕的影響因素與大氣腐蝕的也類似，除材料本身外，對放水停用的設備，主要有溫度、濕度、金屬表面液膜的成分和金屬表面的清潔程度等。

對充水停用的設備，金屬浸在水中，影響腐蝕的因素主要有水溫、水中溶解氧的含量、水的成分和金屬表面的清潔程度等。

2 熱力設備停用腐蝕的危害和停用保護的必要性

對于發電機組，熱力設備停用腐蝕的危害有兩方面：

1）在短期內使熱力設備金屬表面遭到大面積破壞。因為停用腐蝕極大地損害了金屬材料本身，并在材料上留下了塊狀蝕坑和針刺狀蝕點，成為運行階段產生致命性局部腐蝕的誘因，因為停用腐蝕的部位往往有腐蝕產物，表面粗糙不平，保護膜被破壞，成為腐蝕電池的陽極。

2）加劇熱力設備運行時的腐蝕，增加單位面積上的結垢量，大大縮短化學清洗的周期，影響傳熱效率，嚴重時會導致爆管。

因為停用機組重新啟動后，停用腐蝕產物會進入鍋內，一方面使水沖洗時間增加，排水量增大，增加啟動時間和排污量，成為熱工集控的障礙，延誤機組并網時間，降低負荷增長速度；另一方面，腐蝕產物如果沒有清洗干凈，會使水汽質量下降，加劇鍋爐運行時的腐蝕，并導致鍋爐水冷壁結加劇，引起垢下腐蝕或爆管事故發生。所以停用腐蝕既會帶來直接和間接的經濟損失，又會極大地危害鍋爐系統的安全運行。

因此，為保證熱力設備的安全經濟運行，熱力設備在停（備）用期間，必須采取有效的防銹蝕措施，以避免或減輕發電機組熱力設備的停用腐蝕。停用保護是眾所周知的防止發電機組熱力設備用腐蝕的必要措施。隨著我國火力發電機組向高參數、大容量方向發展，其熱力設備停（備）用期間的停用保護工作正越來越受到重視。

3 停用保護方法

3.1 保護方法分類

為了防止停用腐蝕，熱力設備停用期間必須采取保護措施，《火力發電廠熱力設備停(備)用防銹蝕導則（DL/T956-2005）》[6]把熱力設備停用防銹蝕保護方法按照其作用原理分為：1）阻止空氣進入熱力設備水汽系統；2) 降低熱力設備水汽系統的相對濕度；3) 加緩蝕劑；4) 除去水中的溶解氧；5) 使金屬表面形成保護膜。

根據熱力設備在停(備)用期間的防銹蝕所處狀態不同，防銹蝕方法分為干法和濕法兩大類[7]。

3.2 防護方法的選擇原則

主要選擇原則是：機組的參數和類型，機組給水、爐水處理方式，停(備)用時間的長短和性質，現場條件，可操作性和經濟性。另外還應考慮下列因素：

1）停(備)用所采用的化學條件和運行期間的化學水工況之間的兼容性；

2）防銹蝕保護方法不會破壞運行中所形成的保護膜；

3）防銹蝕保護方法不應影響機組按電網要求隨時啟動運行；

4）有廢液處理設施，廢液排放應符合GB8978《污水綜合排放標準》的規定；

5）凍結的可能性；

6）當地大氣條件(例如海濱電廠的鹽霧環境)；

7）所采用的保護方法不影響檢修工作和檢修人員的安全。

3.3 停（備）用鍋爐煙氣側的保護

1）燃煤鍋爐停用前應對所有的受熱面進行一次全面徹底的吹灰。

2）鍋爐停用冷卻后，應及時對爐膛進行吹掃、通風，以排除殘余的煙氣。

3）鍋爐長期停(備)用時，應將煙道內受熱面的積灰清除，防止在受熱面堆積的積灰因吸收空氣中的水分而產生酸性腐蝕。積灰清除后，應采取措施保持受熱面金屬的溫度在露點溫度以上。

4）海濱電廠和聯合循環余熱鍋爐長期停(備)用可安裝干風系統對爐膛進行干燥，干風裝置容量以每小時置換爐膛內空氣1 次-3 次為宜。

3.4 汽輪機停用保護

3.4.1 機組停用時間在一周之內的保護方法

1）凝汽器真空能維持的保護措施

機組停用時，維持凝汽器汽側真空度，提供汽輪機軸封蒸汽，防止空氣進入汽輪機。

2）凝汽器真空不能維持的保護措施

（1）隔絕一切可能進入汽輪機內部的汽、水系統并開啟汽輪機本體疏水閥。

（2）隔絕與公用系統連接的有關汽、水閥門，并放盡其內部剩余的水、汽。

（3）主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、抽汽管道、旁路系統靠汽輪機側的所有疏水閥門均應打開。

（4）放盡凝汽器熱井內部的積水。

（5）有條件時，高、低壓加熱器汽側和除氧器汽側進行充氮，否則放盡高、低壓加熱器汽側疏水。

（6）高、低壓加熱器和除氧器水側充滿運行水質的給水。

（7）給水泵汽輪機的有關疏水閥門打開。

（8）注意監視汽輪機房污水排放系統是否正常，防止凝汽器閥門坑滿水。

（9）汽輪機停機期間應保證其上、下缸，內、外缸的溫差不超標。

（10）冬季機組停運，應有可靠的防凍措施。

3.4.2 機組停用時間超過一周的保護方法

1）壓縮空氣法

汽輪機停運后，啟動汽輪機快冷裝置，向汽缸通熱壓縮空氣，在汽缸降溫的同時，干燥汽缸。

2）熱風干燥法

停機后，放盡與汽輪機本體連同管道內的余汽、存水。當汽缸溫度降至一定值后，向汽缸內送入熱風，使氣缸內保持干燥。

3）干風干燥法

停機后，放盡汽輪機本體及相關管道、設備內的余汽和積水。當汽缸溫度降至一定值后，向汽缸內送入千風，使汽缸內保持干燥。

3.5 停(備)用凝汽器的防護方法

3.5.1 凝汽器汽側

短期(一周之內)停用時，應保持真空。不能保持真空時，應放盡熱井積水。長期停用時，應放盡熱井積水，隔離可能的疏水，并清理熱井及底部的腐蝕產物和雜物，然后用壓縮空氣吹干，或將其納入汽輪機干風保護系統之中

3.5.2 凝汽器循環水側

停用三天以內凝汽器循環水側宜保持運行狀態，當水室有檢修工作時可將凝汽器排空，并打開人孔，保持自然通風狀態。

停用三天以上宜將凝汽器排空，清理附著物，并保持通風干燥狀態。

3.6 停(備)用除氧器的保護方法

3.6.1 機組停運時間在一周之內

當機組停運時間在一周之內，并且除氧器不需要放水時，除氧器宜采用熱備用，向除氧器水箱通輔助蒸汽，定期啟動除氧器循環泵，維持除氧器水溫高于105 ℃。

對短期停運，并且需要放水的除氧器。可在停運放水前，適當加大凝結水加氨量提高除氧器水的pH 值至9.4～10.00。

3.6.2 機組停用時間在一周以上當機組停用時間在一周以上時，可用下列方法保護：a)充氮保護；b)水箱充保護液，充氮密封；c)通干風干燥；d)成膜胺法。

3.7 停(備)用高壓加熱器的的保護方法

3.7.1 充氮法

高壓加熱器停運后，當水側或汽側壓力降至0.5MPa 是開始進行充氮。保護過程中維持氮氣壓力在0.03～0.05MPa 范圍內，阻止空氣進入。

3.7.2 氨-聯氨法

停機后，放去水側(或汽側)存水，用氨一聯氨劑溶液充滿高壓加熱器的水側(或汽側)進行防銹蝕保護。

3.8 停(備)用低壓加熱器的保護方法

3.8.1 碳鋼和不銹鋼材質低壓加熱器的防銹蝕方法

碳鋼和不銹鋼材質低壓加熱器停(備)用時，其保護方法可參見高壓加熱器的保護方法。當低壓加熱器汽側與汽輪機、凝汽器無法隔離時，無法充氮或充保護液，其保護方法應納入汽輪機保護系統中。

3.8.2 銅合金低壓加熱器的防銹蝕方法

銅合金材質低壓加熱器停(備)用時，水側應保持還原性環境，以防止銅合金的腐蝕和銅腐蝕產物的轉移。

（1）濕法保護時，將聯氨含量為5mg/L-10mg/L，pH 值為8.8～9.2的溶液充滿低壓加熱器，同時輔以充氮密封，保持氮氣壓力在0.03MPa-0.05MPa 范圍內。

（2）干法保護時，可參考汽輪機干風干燥法，保持低壓加熱器水、汽側處于干燥狀態;也可以考慮用氮氣或壓縮空氣吹干法保護。

低壓加熱器停用的成膜胺保護與鍋爐的停用成膜胺保護同時進行。

3.9 停（備）用閉式冷卻器、軸冷器和發電機內冷水系統的保護方法

1）機組短期停用時，維持運行狀態。

2）與循環水接觸的換熱器停用防銹蝕方法與凝汽器水側的停用防銹蝕方法相似。

3）發電機內冷水系統長期停用時，應放盡內部存水后，用儀用壓縮空氣吹干、干風干燥、充氮保護等方法進行保護。

4 結語

停用保護是防止發電機組熱力設備停用腐蝕的必要措施。各單位需根據自身的實際情況采用適宜的保護方法，減少腐蝕而造成的經濟損失和事故隱患，確保機組的安全經濟運行。

［1］孫瑞生.鍋爐的停用腐蝕和停用保護[J].黑龍江科技信息，2007(9)：9.

［2］趙曉燕，卜新方.發電機組熱力設備的停用腐蝕與防護[J].表面工程資訊，2012(2)：58-60.

［3］朱云華，羅運柏.鍋爐的停用保護與停用緩蝕劑[J].華北電力技術，2000(4)：43-45.

［4］陶其華.熱力設備的氧腐蝕及其防止[J].云南電力技術，1999，27(1)：16-17.

［5］朱巍，陳雪.停用鍋爐防腐處理的研究[J].停用鍋爐防腐處理的研究，2008(3)：29-32.

［6］DL/T956-2005 火力發電廠熱力設備停(備)用防銹蝕導則[S].

［7］丁姍姍.鍋爐長期停爐保護方法[J].維護與修理，2011(12)：21-22.