供熱機組水汽指標異常分析及對策

倪 濤，史傳紅，周桂萍

（1.華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261204；2.國家電網有限公司技術學院分公司，山東 濟南 250002）

0 引言

給水的溶氧、水汽的氫電導是機組水汽品質監督的重要指標，異常超標會加速水汽系統的腐蝕、結垢和積鹽，不利于機組的安全經濟運行。給水的溶氧超標會腐蝕給水系統及部件，腐蝕產物氧化鐵進入水汽系統，沉積在鍋爐管壁和受熱面上，嚴重影響傳熱效果。嚴重時，會引發垢下氫腐蝕，導致鍋爐泄漏爆管［1-3］。如果汽輪機通流部分結垢，會影響汽輪機效率和安全運行，具體表現為：1）減少通流部位的通流面積，增大軸向推力；2）在主汽門、調門處引起氧化腐蝕，造成汽門卡澀，給汽輪機安全帶來較大危險。水汽氫電導能夠消除機組爐內加氨對電導率測量造成的影響，同時能靈敏地反映出水汽系統中腐蝕性陰離子（氯根、硫酸根、硝酸根、碳酸氫根以及甲酸、乙酸根等）和溶解性氣體的變化，其中氯離子危害最大，容易造成汽輪機低壓缸點蝕。其次是低分子有機酸離子，具有誘發和加劇應力腐蝕的危害［4］。二氧化碳對熱力系統的危害相對較小，其來源既可能是設備嚴密性不良所導致的空氣泄漏，也可能是有機物在熱力系統中的降解［5］。水汽氫電導較小的波動或超標代表陰離子進入系統，可能造成金屬材質的腐蝕，甚至會影響機組的運行安全［6-8］。

針對某330 MW 機組在供熱期間給水的溶解氧和水汽的氫電導嚴重超標問題，對水汽典型指標進行系統性分析，并提出具體的改造和調整措施，為同類型的機組故障問題解決提供參考。

該330 MW 亞臨界自然循環汽包爐設計供熱抽汽量330 t/h，最大抽汽量450 t/h。該給水采用只加氨的氧化性全揮發處理，爐水采用低磷酸鹽處理，凝結水處理設三臺低壓混床，每臺流量為305 t/h，正常運行時旁路全關。運行中供熱回收疏水經首站疏水箱后由疏水泵輸送至除鐵過濾器后，直接補入除氧器進入給水系統，不經精除鹽混床處理。

1 機組供熱期水汽品質存在的問題

1.1 給水溶氧和水汽氫電導超標

機組為330 MW 亞臨界自然循環汽包供熱機組，給水的溶氧和水汽的氫電導在非供熱期均滿足GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》的要求，給水的溶解氧質量濃度小于10 μg/L，給水、飽和蒸汽、過熱蒸汽的氫電導小于0.15 μS/cm。在供熱期間，給水的溶氧質量濃度最大值為65 μg/L，平均值為35 μg/L，水汽的氫電導最大值為0.85 μS/cm，平均值為0.33 μS/cm。給水的溶解氧和水汽的氫電導嚴重超標，給機組的安全經濟運行帶來較大的隱患。2020 年供熱期給水溶氧及水汽氫電導測定結果如圖1、圖2所示。

圖1 給水溶氧異常超標曲線

圖2 水汽氫電導異常超標曲線

從圖1 可以看出給水的溶氧大幅超過了GB/T 12145—2016標準的要求，會對水汽系統產生較大的腐蝕、結垢風險影響。從圖2 可以看出水汽的氫電導均不滿足小于0.15 μS/cm的標準要求。

1.2 陰離子、總有機碳含量高

采用離子色譜分析儀和總有機碳分析儀對除鹽水、供熱回水、給水、飽和蒸汽、過熱蒸汽、再熱蒸汽的陰離子和總有機碳離子（TOCi）檢測，結果見表1。

表1 各陰離子、TOCi檢測結果（質量濃度） 單位：μg/L

陰離子和總有機碳離子檢測結果表明，整個水汽系統的有機物和低分子有機酸陰離子含量高，說明供熱換熱器有滲漏點，循環水中的雜質通過漏點進入回收水，進而影響了整個熱力系統，除鹽水水質無異常。

2 原因分析

2.1 給水溶氧超標

該機組給水溶氧超標發生在供熱期間，因此應重點排查供熱期間補入除鹽水的質量及供熱水汽系統的嚴密情況。

機組供熱運行時除鹽水補水量遠大于純凝運行時段，可能會造成給水溶氧偏高。一級除鹽陰離子交換器前設置真空式除碳器，其采用亨利定律使水中的二氧化碳析出，去除二氧化碳的同時可降低水中的溶解氧；除鹽水箱、凝補水箱頂部均設置了柔性軟浮頂密封，可有效地隔離空氣和灰塵對除鹽水的污染。以上兩條措施可將除鹽水溶氧質量濃度控制在100 μg/L［9］，能有效降低凝汽器、除氧器的除氧壓力，故供熱期除鹽水補入對給水溶氧的影響較小，可忽略。

機組供熱首站回收疏水系統密封不嚴。疏水箱頂部與空氣相通，水箱上部空間充滿空氣，疏水排放管插入水箱內部較短的位置（疏水箱正常控制液面以上），如圖3 所示。當疏水高速排入水箱時會連續不斷地將水面上的空氣帶入系統，增大了回收水中溶氧的含量。回水量大時，會超除氧器的處理能力，造成給水溶氧超標。

圖3 加熱器疏水排放管插入疏水箱液面以上位置

2.2 水汽氫電導增高原因

除鹽水制備水源采用地表水，工藝流程為原水混凝—沉淀—過濾—雙介質過濾器—超濾—反滲透—一級化學除鹽—二級化學除鹽。其中反滲透設備的脫鹽率均在97%以上，回收水量在75%以內，反滲透可有效除去原水中大部分的有機物及膠體污染，降低除鹽水中TOCi 的含量，經統計，供熱季補入除鹽水的水質合格率為100%，除鹽水TOCi 質量濃度檢測值只有53 μg/L（表1），遠小于標準要求的200μg/L，故除鹽水的補入對氫電導的影響可排除。

表1 顯示，供熱回水中有機物（TOCi）和低分子有機酸陰離子含量高，可以判斷供熱首站換熱器有滲漏，供熱循環水中雜質離子通過滲漏點進入回收疏水系統，造成水汽氫電導異常升高［10］。

機組供熱首站回收疏水系統密封不嚴，空氣中的二氧化碳隨回收水進入水汽系統生成碳酸鹽，無法通過除氧器脫氣去除，造成水汽系統氫電導增加。有資料標明，在不考慮其他離子影響因素的情況下，當水中溶入二氧化碳量質量濃度為10 μg/L 時，氫電導升高約0.1 μS/cm，二氧化碳溶入量增加到50 μg/L時，氫電導升高約0.2 μS/cm，因此二氧化碳的溶入會影響水汽的氫電導［11-12］。

3 治理措施

3.1 加熱器疏水排放管改造

將加熱器疏水排放管延長至水箱液位以下，如圖4 所示。供熱疏水排入水體液面以下，大大降低了回收水中空氣的攜帶量。回收水中氧氣和二氧化碳含量降低，一方面減輕了除氧器的除氧負擔，同時降低了二氧化碳對水汽氫電導的影響。

圖4 加熱器疏水排放管加長插入疏水箱液面以下

3.2 換熱器管束查漏堵漏

利用檢修機會，采用壓縮空氣對換熱器進行全面查漏，共發現3 處管束漏點。用氬弧焊不銹鋼堵頭對漏點進行封堵，避免了供熱循環水滲入對回收水的污染。

3.3 在線化學儀表校驗

2018年12月，采用YHJ-V 型移動在線化學儀表檢驗裝置對給水、凝水的溶氧和水汽氫電導表進行校驗，合格率只有67%。在線化學儀表測量不準確，不能及時發現水汽品質惡化，熱力設備就會發生腐蝕、結垢和積鹽，嚴重的會導致鍋爐“四管”爆裂、機組效率降低，造成很大經濟損失。2019—2021年加大了在線儀表的定期校驗和維護力度，在線溶氧、氫電導化學儀表整機誤差校驗合格率均為100%，結果見表2。在線溶氧表、氫電導表可實時監測水汽指標的變化，水汽指標不佳時，可通過及時調整和排污等措施予以改善，在線儀表準確率的大幅提升，對減少機組的腐蝕和結垢有重要的意義。

表2 2018—2021年在線儀表檢驗結果

3.4 其他措施

1）加強水汽品質監督。

供熱疏水配備在線氫電導表和鈉表可以實時監測疏水水質，同時每周定期進行硬度、二樣化硅、鐵手工監測，水質不合格時，及時預警或不予以回收；加強爐水pH 值、電導率、氯根、磷酸根及硅含量的監督，以及時充分利用汽包爐的優勢調整水汽指標。

2）合理調整加藥及加大爐水排污。

當供熱回收水量大、水質差時，采取以下措施：一是調大給水、爐水加藥量，控制爐水pH 值9.3～9.7較高限運行，便于堿性條件下水渣的快速形成；二是加大爐水磷酸鈉的加藥量，控制質量濃度為0.5～1.0 mg/L，維持較高含量的，即使水中由于換熱器滲漏而帶入微量的Ca2+、Mg2+，也能充分形成水渣隨定排排出而不結垢；三是爐水電導率高時，及時開大連排將汽包內雜質濃度較大的表面水連續地排出，從而維持較好的爐水水質；四是供熱期縮短爐水定排周期，由原定的每周一次改為每周兩次，每次定排時間不小于30 min。

3）及時調整除氧器排氣閥開度。

給水熱力除氧采用臥式噴霧淋水盤式除氧器，運行時，除氧過程在水的沸點下進行，為保證析出來的氣體順利排出，要將排氣閥調至合適的開度，運行中根據給水的溶氧值、供熱回收的疏水量，及時調整排氣閥開度，盡大保證除氧效果。

4）熱網加熱器的停運保護。

設備停備用期間保護不當會造成設備的腐蝕，給供熱期間系統安全運行帶來隱患，另外腐蝕產物也會隨著疏水進入熱力系統形成結垢和腐蝕。故執行停備用保護措施：一是供熱首站供熱季結束后系統不放水，充水保養，保持最低靜壓值0.2 MPa；二是通過補水管加氫氧化鈉提系統pH 值至10.0 以上，每周啟動循環水循環30 min，每周取樣化驗pH 值，做好記錄，pH值低時添加氫氧化鈉。

4 治理效果

經過上述改造及處理后，新供熱季給水溶氧合格率提高到97%，水汽氫電導合格率提高到95%，有效降低了熱力系統的腐蝕、積鹽風險。2021年供熱季給水溶氧和水汽氫電導檢測結果如圖5、圖6所示。

圖5 治理后給水溶氧曲線

圖6 治理后水汽氫電導曲線

5 結語

給水溶氧、水汽氫電導是水汽技術監督的最重要指標，是預防鍋爐四管、汽輪機葉片腐蝕、結垢的核心參數。北方電廠冬季受供熱回收疏水影響，給水溶氧、水汽氫電導指標異常超標已成為較普遍的現象，給熱力系統帶來嚴重的腐蝕、結垢、積鹽隱患。本文通過采取延長疏水排放管長度至疏水箱液面以下、檢修時對換熱器管束全面查漏堵漏、加強在線儀表校驗維護、做好水汽指標監督、合理調整加藥、加大爐水連排和定排，及時調整除氧器排氣門開度及做好停備用期間的保護等措施后，給水溶氧、水汽氫電導合格率大幅提升，有效降低了水汽熱力設備腐蝕、結垢和積鹽的風險，為同類型機組類似故障的解決提供分析思路。