循環水水質對凝汽器管材的適應性研究

王軍昌 屈朝霞 張麗格

0 電廠循環水水質現狀

山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司一期機組是2×350MW濕冷機組，凝汽器換熱器設計為銅管，管材為：主凝結區和頂部圓周區HSn70-1黃銅管，空抽區為B30白銅管，換熱管共19 000多根，換熱面積共22 280 m2。2017年1月～4月，1#、2#機組凝汽器換熱管均更換為316L不銹鋼管。316 L不銹鋼耐氯離子腐蝕的能力比較強，《火力發電廠凝汽器管選材導則》（DL/T 712-2000）規定［1］，凝汽器換熱管為316L的循環水系統，氯離子含量可以提高到不大于1 000 mg/L，因而循環水的濃縮倍率可以有所提高。目前生水氯離子為150 mg/L～160 mg/L，考慮到水源水質還會進一步劣化，氯離子含量還會進一步有所提高，試驗將以濃縮倍率5倍作為目標。循環水氯離子濃度將由原來的小于400 mg/L提高到小于1 000 mg/L，循環水的腐蝕性會大大增強，因此目前藥劑和控制標準不能滿足要求，需要進行緩蝕阻垢試驗，選擇性能優良的緩蝕阻垢藥品，確定合理的循環水運行控制指標。

1 循環水藥劑配伍方案優化研究

本試驗的目的就是選擇滿足要求的阻垢劑和碳鋼緩蝕劑。試驗前需要考慮兩個問題：

1）碳鋼的防腐問題。循環水濃縮倍率提高后，氯離子濃度提高，對碳鋼和銅管的腐蝕性大大增強。

2）弱酸床的運行終點指標。以往循環水系統補水方式為60%～80%弱酸床出水＋40%～20%生水。搭配生水，循環水的濃縮倍率就不能提高，否則會結垢。

1.1 現場取水樣

正常運行的弱酸床產品水出口，在再生正常合格后的一個完整制水周期內等時間間隔等量取樣，即2#弱酸床每小時取一桶水樣，且控制運行終點出水堿度＜2.0 mmol/L。

試驗用水為將水樣等量混合，攪拌均勻水質分析如表1所示。

表1 循環水補充水水質分析

1.2 阻垢劑性能篩選

1.2.1 阻垢劑配伍方案研究

根據水質穩定劑配制原則，實驗室配制了9種配方的藥劑，均為聚合磷酸鹽類的藥劑。藥劑基本性能指標如表2所示（以配方9為例）。

表2 藥劑基本性能指標

(1)靜態阻垢性能試驗

根據△A判斷準則［2］，Klim是循環冷卻水系統碳酸鹽不結垢運行的最大允許濃縮倍率，根據不同劑量下的△A～K曲線，初步認定藥劑的作用。模擬系統中循環水量恒定，每隔一定時間測定循環水的硬度、氯根等指標。當Δ值（φCl--φCa2+）接近0.2時作為試驗終點。對9個配方做濃縮試驗，實驗藥劑濃度分別為20 ppm和40 ppm，在相同濃縮倍數、相同加藥濃度的情況下，對較各配方的阻垢率：

圖1 各配方的阻垢率對比

可得出阻垢性能優劣順序為［3］：

配方9＞配方8＞配方7＞配方6＞配方4＞配方2

（配方1、配方3、配方5阻垢率達不到85%的要求，直接剔除）

所以選擇配方9為最終配方藥劑，并進行最佳投加濃度試驗。

(2)最佳投加濃度的選擇試驗

選擇配方9-1和現有的阻垢緩蝕劑，分別以投加濃度為4 ppm、6 ppm、8 ppm、10 ppm條件下，做濃縮試驗，通過測定不同時間下的水質指標，計算阻垢率，選擇滿足要求的最佳投加濃度。以φCl--φCa2+≥0.2作為循環倍率運行終點的判斷依據可以得出，配方9阻垢緩蝕劑的最佳投加濃度為8 ppm。

圖2 阻垢劑的△A～K曲線

循環冷卻水的Klim、pH、JDm及其平均值與阻垢劑量的關系見表3。L和17.45 mmol/L。

表3 Klim、pH、JDm及其平均值與阻垢劑量的關系

1.2.2 緩蝕劑配伍方案研究

（1）緩蝕劑篩選試驗

試驗水溫50℃，濃縮倍率5，以補充水量計，阻垢劑為6 mg/L，4種不同的緩蝕劑濃度分別為0、2 mg/L、6 mg/L、10 mg/L條件下，進行試驗，監測Q235-A（碳鋼）標準試片腐蝕情況。

圖3 不同緩蝕劑的平均腐蝕速度

從試驗結果來看，緩蝕劑的用量均為6 mg/L、濃縮倍率5.0的條件下，緩蝕劑2的碳鋼腐蝕速度0.043 4 mm/a，符合《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-2007）中碳鋼腐蝕速度≤0.075 mm/a的規定。

（2）懸轉掛片試驗

選定的緩蝕劑在8 ppm的投加濃度下，以4倍濃縮水為掛片液，分別懸掛316L不銹鋼試片，并調節轉速及溫度（45℃±1.0℃），120h后通過失重計算腐蝕速度，結果見表4。

表4 不銹鋼腐蝕失重試驗結果

在8 ppm的投加濃度下，以4倍濃縮水為掛片液，分別懸掛HSn70-1A銅試片，并調節轉速及溫度（45℃±1.0℃），120h后通過失重計算腐蝕速度，結果見表5。

表5 銅腐蝕失重試驗結果

2 試驗結論及分析

本試驗軟水為補充水、阻垢劑量為8mg/L的條件下，阻垢劑B可以分別實現循環冷卻水系統在濃縮倍數4.77和4.83下無碳酸鹽結垢運行。此種運行工況下循環冷卻水的極限“1/2Ca2++JDm”分別為17.15 mmol/

2.1 試驗結論

（1）阻垢劑的阻垢效果優良，可以實現循環水系統在濃縮倍率5倍下無碳酸鹽結垢。

（2）316L抗蝕能力較強，腐蝕速度為0.000 2 mm/a～0.000 5 mm/a，符合《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050-2007）關于不銹鋼腐蝕速度應小于0.005 mm/a的規定。

（3）阻垢劑對HSn70-1A具有較好的緩蝕效果，HSn70-1A的腐蝕速度為0.000 9 mm/a～0.003 6 mm/a，符合《工業循環冷卻水處理設計規范》《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050-2007）關于銅合金腐蝕速度應小于0.005 mm/a的規定。

（4）碳鋼緩蝕劑對碳鋼的緩蝕效果優良。在阻垢劑和緩蝕劑的用量均為6 mg/L、濃縮倍率5倍的條件下，緩蝕劑的碳鋼腐蝕速度分別為為0.043 4 mm/a，符合《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-2007）中碳鋼腐蝕速度≤0.075 mm/a的規定。

（5）阻垢劑以補充水量計的加藥量為6 mg/L；鋼緩蝕劑以補充水量計的加藥量為6 mg/L；銅緩蝕劑以補充水量計的加藥量為2 mg/L。

（6）制定了合理的控制指標：

表6 循環水指標控制標準

2.2 結論分析

（1）根據不同水質狀況，研制出多種循環水阻垢劑，通過實驗室監測，選擇出適合現場水質的配方阻垢劑；

（2）本研究通過多方面的實驗，從不同角度分析對比藥劑的性能，對循環水控制指標進行調整，為提高循環水濃縮倍率奠定良好的基礎，并通過試驗驗證指標的合理性；

3 應用效果及總結

（1）整個研究過程是采用試驗和現場應用相結合的方法，每一個試驗結論都是在現場良好的應用基礎上得出的，循環水阻垢劑配方的研制、試驗室對藥劑進行篩選、合適的藥劑進行性能試驗、進行綜合緩蝕阻垢試驗制定控制指標等措施均已在#2循環水系統應用，有些良好的安全效果，經過一年時間的應用，沒有發生腐蝕和阻垢問題，現場應用良好。

根據現場應用表明，濃縮倍率從3倍提高到5倍，補水量從600 t/h降到500 t/h，每小時可節水100噸，兩臺機組每天可節水4 800 t。若每年以300天計，一年可節水1.08×106t～1.44×106t，每噸水以3元計，一年至少可節省300萬元以上。

（2）循環水系統控制優化技術在現場的應用，是確保循環水系統安全、經濟運行最基本的方法和手段，目前國內各發電企業也在不斷地研究和應用此項技術，且取得了一定的技術效果和經濟效益此方法可以推廣應用到設計有循環水系統的電廠。