電廠鍋爐水冷壁泄漏的主要原因及對策研究

山西崇光發電有限責任公司 劉春祥

1 引言

隨著我國科學技術水平的迅速提高，電廠鍋爐相較以往也更為先進，為電廠的生產和經濟效益的提升創造了良好的條件。但是作為電廠的關鍵設備，鍋爐在使用過程中也容易因為多種原因而出現泄漏現象，導致鍋爐內水位的變化，這種情況不僅對實際的生產具有危害，同時也有可能會對工作人員的安全形成威脅。

2 鍋爐水冷壁泄漏的原因及機制

2.1 鍋爐水冷壁泄漏的原因

磨損、腐蝕、鼓脹、疲勞和過熱是導致鍋爐三管失效的重要原因，當這些情況發生后，將會造成比較嚴重的經濟損失，因此相關問題在目前關注度更高。腐蝕現象是導致水冷壁泄漏的關鍵原因，當前人們根據部位和環境的不同，也將水冷壁腐蝕現象分為水汽側腐蝕和向火側腐蝕兩種類型。

從水汽側腐蝕的現象來看，相關過程中要因為水汽介質對金屬表面造成侵蝕作用而產生，同時水汽側腐蝕現象也可以被分為酸腐蝕、堿腐蝕、氫損傷和介質濃縮腐蝕等多種類型。以酸腐蝕為例，這種腐蝕現象的主要特征是，爐水有低pH 值運行及復式位置存在比較顯著的脫碳現象[1]。酸腐蝕在電廠鍋爐之中比較常見，危害性較大，因此需要相關人員給予其更多的關注。而堿腐蝕現象在發生過程中，人們卻比較容易對其形成忽視，堿腐蝕發生過程中，爐水的游離堿含量需要高于安全含量（＞1～1.5mg/L），且水冷壁存在局部過熱等現象才會最終發生。氫損傷現象是因為金屬中存在氫或與氫反應而出現的機械破損現象，氫損傷有氫鼓泡、氫脆、脫碳等情況。

在向火側腐蝕的過程中，煤中的硫和氯對腐蝕過程起到了重要的促進作用，相關物質形成的硫化氫氣體將會對水冷壁造成氣態腐蝕。同時所產生的HCl 也會造成氣態腐蝕現象，最終導致水冷壁的泄漏問題發生。既往的研究之中認為，影響電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕的主要因素是水冷壁的溫度和附近的煙氣成分，通常火力發電廠中燃燒器附近的火焰溫度在1400～1600℃，煤粉之中的礦物質成分會發出來，將讓燃燒區域的腐蝕氣體數量顯著增加。且鍋爐高溫水冷壁附近為還原性氣氛，是比較容易導致腐蝕現象發生的。

2.2 鍋爐水冷壁泄漏的機制

通過此類內容可以了解到，水冷壁泄漏可以分為水汽側腐蝕和向火側腐蝕兩種原因。

水和水蒸氣是現階段鍋爐生產過程中最為重要的工作介質，這兩種介質在發揮作用的過程中將不可避免地造成堿腐蝕、酸腐蝕、氫腐蝕等腐蝕問題。堿腐蝕是指在中性和微堿性的無氧水中，鋼鐵將可以形成一層穩定的磁性氧化鐵，這一物質能夠對水冷壁形成保護作用，避免其出現腐蝕現象，但隨著pH 值的提高，磁性氧化鐵層和鋼鐵本身都將逐步被溶解，且在水溫越高的情況下，這種現象越顯著。在堿腐蝕的過程中，最終形成的產物主要為氫氣和亞鐵酸鹽，而這些產物將會促進腐蝕部位的逐步斷裂，最終導致泄漏現象[2]。而酸腐蝕的基本特征是鍋爐水有低pH 值運行史以及腐蝕部位存在明顯的脫碳現象，而爐水pH過低的原因如下。

一是因凝汽器泄漏進入鍋爐中的氯化物水解，從而產生酸性物質；二是鍋爐進行酸洗的時候，并沒有進行全面徹底的中和；三是進入鍋爐的有機物或離子交換樹脂，在高溫及高壓條件下發生分解，并產生酸；四是運行管理不當，從而導致系統中的酸性物質泄漏。在這些條件之下，將會導致酸腐蝕現象的發生，并導致水冷壁的泄漏。酸腐蝕比較顯著的特征就是受到腐蝕的區域管壁一般呈現出均勻減薄的狀態，在實施金相檢查的時候，可以發現對應區域有脫碳的現象發生。

酸腐蝕也會造成氫損傷問題，這種問題是因為腐蝕的過程中，產生的氫向水冷壁管內表面擴散，而氫原子與金屬之中的碳化物相互作用形成甲烷所引發，氫損傷會顯著增加金屬的脆性，導致材料出現貫穿脆性斷裂現象。

水冷壁向火側腐蝕泄漏現象，主要是因為高溫煙氣和灰分共同作用之下導致的腐蝕和泄漏問題。由于電廠鍋爐的工況特殊，其所使用的燃料之中硫的含量整體較高，因此極其容易造成腐蝕泄漏問題。這個過程中需要關注的腐蝕現象機理如下。

一是硫酸鹽腐蝕。在燃料燃燒的過程中，會有大量的堿金屬氧化物從燃料之中揮發出來，這些氧化物將會在水冷壁上凝結，同時對煙氣之中的SO3進行捕獲，兩者結合形成硫化物，其會進一步捕獲燃燒產生的灰粒，最終導致腐蝕加劇，形成泄漏[3]；二是硫化物型高溫腐蝕。硫化物型高溫腐蝕是現階段導致鍋爐水冷壁泄漏的關鍵原因。在鍋爐工作過程中，產生的煙氣質中含有大量的游離態硫，這些物質將讓煙氣本身處于還原性氣氛，可以對金屬的保護層形成腐蝕和破壞作用，最終造成泄漏現象。

3 預防鍋爐水冷壁泄漏的措施分析

3.1 保持鍋爐受熱面狀態的相對良好

在生產過程中充分地保護受熱面的狀況，將能夠比較有效地起到避免水冷壁泄漏的作用，該過程中所需要注意的問題主要為兩個方面，即做好相關的表面清潔工作保護好金屬的保護膜。在實施過程中，可以采取的方法如下。

一是優化酸洗工藝。在針對鍋爐進行酸洗的過程中，相關人員需要對鍋爐結垢量進行準確評估，在此基礎上采取對應酸洗措施，從而保證酸洗效果，也可以通進行除油緩蝕劑、硫脲除銅劑等，省去堿洗和除銅等工作步驟。實施階段可以按照水沖洗—鹽酸酸洗—水沖洗—清渣—漂洗—鈍化—熱爐排酸的步驟完成整個酸洗工藝[4]。酸洗的過程中，鹽酸濃度可控制在4%～6%，并添加除油緩蝕劑和硫脲除銅劑，保證溫度控制在55～60℃，循環時間可保持在4h 左右。當酸洗結束之后，相關人員可以迅速地將酸洗液排出，并以大流量水進行沖洗，直至排液的pH 值大于4為止。漂洗階段，相關人員可以在酸洗結束之后，加水并加熱循環，保證溫度處于85℃左右，此后可加入檸檬酸、氨水等進行pH 的調整，保持循環2.5h 左右，完成漂洗工藝，各環節重點見表1。

表1 酸洗工藝注意要點

二是加強汽水品質監督。為了避免因為水冷壁結垢和積鹽等問題導致腐蝕現，相關人員在日常工作之中需要加強對汽水的監督和管理。首先相關人員需要對給水的碳酸鹽含量、氯離子含量和pH 等進行系統性把控，避免凝汽器泄漏和無機酸的污染。當前國內外對大容量高壓鍋爐均具有比較明確的規定，相關人員在工作之中嚴格按照規范進行管理即可達到比較良好的效果。

其中，確保給水含鹽量最高限度在0.5mg/L 以內，而如果含鹽量超過這一限度，相關人員需要采取化學處理的方法，確保水質處于相對安全的范圍之內。而如果含鹽量超過2mg/L 的時候，相關人員則需要及時停機，并根據情況對凝汽器的泄漏問題進行消除。

3.2 減少給水的銅鐵含量，保證安全

為了充分地降低給水銅鐵氧化物的含量，從而防止水冷壁因為腐蝕出現泄漏，相關人員需要重視對腐蝕問題的關注和檢查，并及時采取措施，防止爐外水處理系統的腐蝕，達到控制補給水含鐵量的目的。相關過程中，工作人員需要嚴格操作的工作內容如下。

一是嚴格按照《火力發電廠水汽化學監督導則》開展對運行汽水的監督工作，確保汽水的整體品質符合目前的要求，從而減少在運行過程中對應熱力設備的腐蝕問題；二是在工作之中，相關人員需要加強對機組的停運保護工作，實施階段可以采取專用假藥設備，向除氧給水管道之中進行十八烷基安藥液的加入，從而充分地實現對機組設備的保養，同時也需要在該過程中盡可能采取放水干燥保養的措施，充分地減少停運腐蝕現象；三是在工作之中相關人員應當充分地縮短凝汽器汽側灌除鹽水查漏的時間，同時在檢查結束之后及時將除鹽水排空，這種方法之下將能夠比較有效地減少凝汽器銅管的腐蝕問題，保證整體運行的安全和可靠；四是在機組啟動的階段，相關單位和人員應當加大鍋爐向空排氣，確保蒸汽氨的含量在2mg/kg 以下的情況下，才可以進行并汽；五是在進行對相應機組的啟動過程中相關人員須對凝結水的鐵、銅、硬度、二氧化硅等含量進行準確的把控，確保其處于限定范圍之內才能進行回收，機組啟動階段凝結水回收標準詳見表2；六是確保機組啟動階段，高低壓加熱器的疏水鐵含量低于400μg/L 才能進行相應的回收工作。

3.3 強化排污管理，避免水冷壁高熱負荷運行

鍋爐的排污工作是確保相關設備處于正常穩定狀態運行的關鍵，相關人員在工作之中應當對排污的次數、時間和排污量等進行全面把控，確保排污工作的科學合理，從而可以比較有效地保障鍋爐水品質的相對恒定，避免因為水品質導致腐蝕和水冷壁泄漏等問題的發生。

通過對水品質的充分把握，也能夠顯著地改善鍋爐結垢問題，確保鍋爐生產過程中對能源的節約[5]。此外，在設備運行的過程中，相關人員需要盡可能避免水冷壁在高熱負荷狀態下運行，這種情況可能會增加水冷壁腐蝕的風險，進而導致泄漏問題的發生。在實施過程中的操作管理如下。

一是控制鍋爐在額定蒸發量下進行運行，以避免出現超額定處理的現象，造成水冷壁熱負荷過高；二是在完成針對鍋爐的檢修之后，相關人員需要針對實際情況展開冷態空氣動力場試驗，這種方式可以確?；鹧嬷行牟怀霈F較為嚴重的偏離現象，保證系統的熱效率；三是在進行鍋爐的運行過程中相關單位和人員需要對氧量進行有效的控制，通過這種方式將能夠充分地保證鍋爐溫度，同時也能夠盡可能地保證火焰切圓燃燒，達到避免鍋爐結渣等效果。而在實際工作之中如果發現鍋爐出現結渣的現象，則應當對其進行及時有效的清除；四是合理地對一次風管風速下限進行提高，在運行過程中，如果發現風速過低的情況，則需要立刻停止相應的給粉機運行，從既往的經驗之中可以了解到，這種情況下容易導致灰塵的聚集，從而增加腐蝕發生的可能性；五是進行煤炭結構的優化也是進行腐蝕和泄漏防范的重要措施，相關人員可以根據情況，采取不同發熱量煤炭的摻燒，以降低腐蝕發生的可能性。

4 結語

電廠鍋爐水冷壁泄漏現象對電廠的生產將會帶來極為巨大的負面影響，嚴重降低電廠的經濟效益和社會效益。而電廠鍋爐水冷壁出現泄漏的原因主要是由于各類腐蝕現象所導致，針對這種問題，相關單位和人員在工作之中可以通過加強管理的方法，來對腐蝕問題形成改善，保證電廠運行的安全性和穩定性。