燃氣輪機電廠“一體化”充氮保養實踐

浙江浙能金華燃機發電有限責任公司 李宏梅 張 巖

某省內大部分燃氣-蒸汽聯合循環機組均處于長期調停備用狀態。在聯合循環的主要部件中，除去發電機之外，余熱鍋爐、主蒸汽管路、汽輪機以及燃機本體內部均存在一定量的腐蝕生銹。極大地影響了機組使用壽命，同時對相對老舊的機組帶來了更加嚴重的安全隱患。某燃機電廠在多年不斷的探索和積累過程中，不斷改進并且總結形成了自己獨有的一套保養技術，本文將本單位機組在長期停運期間保養的做法進行闡述。

1 停運設備腐蝕特點

機組停機備用期間主要是以電化學腐蝕為主，主要是控制金屬表面相對濕度≤60%或含氧量≤2%[1]。由于設備管路容積中存在低點，或者彎頭存在排不凈的積水，以及處在陰雨季節本身環境濕度較大。當這些條件滿足時，會在金屬表面發生相應的氧化還原反應。由于每個電廠都會在機組運行過程中通過加氨來提高爐水pH 使其弱堿化，那么一般發生的腐蝕為吸氧腐蝕。在系統內濕度和含氧量超標的情況下，其腐蝕主要是飽和水膜中鐵被氧化生成Fe2O3和Fe（OH）3。發生反應：Fe（OH）3+e →Fe（OH）2+OH- 和Fe2O3+2e+H2O →FeO+2OH-，使高價鐵再還原成低價鐵，其代價是作為陽極的鐵被腐蝕，同時高價氧化鐵在還原成磁性氧化鐵時還要放出氧氣，增加了系統中含氧量，隨著系統中含氧量上升加速金屬表面腐蝕，其腐蝕速度一般要比運行期間快得多[2]。

2 爐鰭片管腐蝕情況介紹

2016年12月29日，#6爐高壓系統水壓試驗時高壓蒸發器鰭片管出現滲漏情況，通過割管發現鰭片管存在比較明顯的結垢及腐蝕跡象（如圖1、圖2所示）。

圖1 割管洗前照片

圖2 割管洗前后照片

3 傳統保養

機組備用期間采用濕法充氮保養。水側保養是在機組停爐前2h 增加爐水的氨和聯安的加入量，調節爐水的pH 值大于10.0以上。汽側采用充氮保養，通過采購的瓶裝氮氣接入余熱鍋爐各個熱力系統，在首次充氮時壓力略高，需要對爐內氧氣進行置換，待含氧量小于2%后，采用維持微正壓的方式進行間歇性充氮，保證其壓力在（0.01～0.05MPa）。

常規采用瓶裝氮氣供氣來實施保養，其供氣源有限。例如，汽輪機主蒸汽管路、凝汽器本設備以及燃機各個受熱面流通通道。這些強度較高的鋼材在具備濕度、含氧存在時，與普通的低碳合金鋼并無區別，在長期停用的過程中都會存在吸氧腐蝕（如圖3所示）。

圖3 燃氣蒸汽聯合循環一體化充氮保養簡圖

4 一體化保養的提出供應保障

為及時解決濕法充氮保養存在的氮氣氣源問題，設計配置1套600m3/h 的制氮裝置，制氮裝置設計壓力＞0.3MPa，流量＞100m3，制氮純度＞99%，以滿足對鍋爐停爐冷爐過程快速充氮和保養期間持續充氮的能力，控制熱力系統內部氣側含氧量≤2%。

5 具體做法

一是改變余熱鍋爐充氮方式。制氮機系統安裝后，在采用濕法充氮保養時，在鍋爐停爐后余壓低于0.5MPa 前及時向系統內充入氮氣，啟動制氮系統以維持充氮壓力在0.1～0.3MPa 之間，始終維持爐內管壁氮氣壓力在0.1MPa 以上（見表1）。

表1 改造前后充氮情況數據表

二是凝汽器以及主汽管道充氮。汽輪機主蒸汽管路布置沿途管線較長，每段管路上都在低點以及彎頭處設置了疏水氣動門。因此，在鍋爐進行充氮保養后，主蒸汽管路進口側已經隔絕了氧氣的漏入，在此基礎上考慮到所有主蒸汽管路上的疏水閥門，均最終流入凝汽器的疏水擴容器，經過凝汽器底部流入凝汽器內部直至汽輪機。

綜上，對主蒸汽管路充氮時，無須隔離其管路上的疏水氣動閥前隔離閥保壓。而是將疏水閥門開啟。將氮氣通過疏水流入底部的疏水擴容器，進入凝汽器最后從凝汽器、汽輪機的“唯一間隙軸封”處流出。

三是燃機本體以及爐膛內保養。除了蒸汽管道相關的金屬層需要用氮氣保壓來趕走氧氣，燃機本體通道（燃氣管路除外）以及余熱鍋爐爐膛內也是處于有氧腐蝕的環境中。為提升爐膛煙氣側受熱面管道使用壽命，從鍋爐充氮保養管路中接了一路引入鍋爐，以便在停爐備用期間對爐膛進行充氮操作以減緩氧腐蝕（見表2）。

表2 9E 與9F 機組余熱鍋爐保養方法對比情況表

6 效果檢查

一是保養液中爐水沖洗次數、F+濃及水樣透明度明顯改善。首次啟爐前保養液水樣指標見表3。

表3 首次啟爐前保養水樣指標情況

二是機組長期停運后，首次啟爐改造前后汽水運行指標對比數據見表4。

表4 首次啟爐改造前后汽水運行指標對比數據

三是啟動過程爐水鐵離子對比。氮氣瓶充氮保養后與制氮機充氮保養后，#6爐高壓系統啟動過程爐水對比如圖4所示。

圖4 #6爐高壓系統啟動過程爐水前后對比圖

氮氣瓶充氮保養后與制氮機充氮保養后，#6爐低壓系統啟動過程爐水對比圖如圖5所示。

圖5 #6爐高低壓系統啟動過程爐水前后對比圖

評估結果：制氮機充氮保養后，啟動過程中不僅各系統爐水清澈，而且爐水鐵離子全部合格（見表5）。

表5 #1爐熱態沖洗水樣數據

四是汽機停運，盤車投運后，立即對凝汽器汽側進行放水同時進行氮氣置換，在凝汽器真空破壞閥處、熱井放水閥處檢測氧氣濃度小于2%，置換完成。對凝汽器水樣的數值記錄如下（見表6）。

表6 沖轉階段，凝汽器水樣數據

五是鍋爐汽水系統采用制氮機充氮保養方式。逐步形成余熱鍋爐汽水系統制氮機“三控一保”充氮保養操作法。“一控”：鍋爐停運前，操作氨泵，控制爐水pH 值9.5～9.8；“二控”：鍋爐停運后，操作除氧循環泵，控制爐水含氧量小于20ug/L。“三控”：鍋爐充氮前，控制好汽水系統蒸汽壓力，當壓力降至0.05MPa 時，進行充氮操作，防止外界氧氣進入。“一保”：鍋爐保養時，保證汽水系統氮氣壓力不低于0.1MPa，確保汽水系統氧氣濃度0.2%以下[3]。

六是有效解決爐鰭片管內壁腐蝕，延長設備使用壽命，安全性、經濟性大大提高。在利用制氮技術的同時，通過優化保養操作及指標監控，有效解決鍋爐管在中長期停爐中管內壁氧腐蝕問題，有效提高鍋爐安全性和保養經濟性，延長鍋爐使用壽命，降低停爐保養成本，可以為全年運行小時數少的發電機組提供一定借鑒[4]。

七是節省大量的人力物力成本，降低氮氣瓶充氮經濟成本。傳統氮氣瓶充氮，需耗費大量人力、物力進行開關閥門操作，采用制氮機自動啟停充氮，基本實現無人操作，節省人力、物力，同時防止誤操作帶來隱患[5]。

7 結語

本文根據《火力發電廠停（備）用熱力設備防銹蝕導則標準》中停運保養基本原則，結合本廠停運周期與設備結構特點分析、研究，增加了一套制氮系統，制氮裝置提高了燃機電廠停機保養效果。因此，提出了這一適用于燃氣輪機電廠的一體化充氮保養實踐方案，極大地提高了保養效果。而制氮機又有著技術路線成熟、占地小、便于安裝、維護等優點。通過實踐改造，本廠目前在機組長期停運保養的探索中已經取得了一定的效果，希望一體化充氮保養實踐可以被大家借鑒吸收。