锅炉水冷壁管内氧化皮处理方法探讨

蔡 悦， 薛建纲， 章 鹏

（1.浙江省电力建设有限公司， 浙江 宁波 315010； 2.杭州意能电力技术有限公司， 杭州 310014）

锅炉水冷壁管内氧化皮处理方法探讨

蔡 悦1， 薛建纲1， 章 鹏2

（1.浙江省电力建设有限公司， 浙江 宁波 315010； 2.杭州意能电力技术有限公司， 杭州 310014）

介 绍 600 MW 超 临 界 机 组 锅 炉 垂 直 段 水 冷 壁 管 内 氧 化 皮 的 2种 处 理 方 法， 并 进 行 比 较 和 总 结 ，提出在电厂基建过程中需对设备加强监管及检验力度，避免因设备质量问题造成重大损失。

高压水射流；化学清洗；氧化皮

1 氧化皮附着情况

某电厂2号机组为超临界参数变压直流本生型锅炉，采用前后墙对冲，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊Π型结构。炉膛四周为全焊膜式水冷壁，由下部螺旋盘绕上升和上部垂直上升2个不同的结构组成，两者间由过渡水冷壁和混合集箱转换连接。 垂直段水冷壁管规格为 Φ31.8 × 9.1mm，材料为 15CrMoG， 节距 63.5mm， 如图1 所示。

2号机组整套启动调试期间，当机组负荷升至 520 MW 时， 锅炉前墙垂直水冷壁发生爆管。发现炉膛泄漏后，对爆管处管段进行换管处理。重新启动， 当负荷升至 600 MW 时， 炉膛泄漏再次报警，炉内多处位置出现异常声音，立即紧急停炉。

图1 过渡段水冷壁结构示意图

待炉膛冷却后内部检查发现，前墙垂直段水冷壁有4处爆管， 左墙垂直水冷壁有 1处爆管，并有多处管子出现涨粗、过烧现象。割管内窥镜检查发现，垂直水冷壁进口集箱出口弯头处有异物堵塞。对前墙、左墙和右墙垂直水冷壁所有进口集箱出口弯头进行拍片，发现大量弯头均有不同程度的异物堵塞，对垂直水冷壁管进行全面割管后，利用内窥镜检查，发现绝大部分管内壁有大量氧化皮附着， 氧化皮厚度在 0.3～0.5 mm，启停机过程中氧化皮大量脱落，在弯头处堆积，如图2所示，致使垂直水冷壁管内通流面积减小，局部超温，最终引起短期过热爆管。

图2 管子弯头堵塞的氧化皮形貌

为了保证锅炉能长期安全稳定运行，必须彻底清除水冷壁管内的氧化皮。根据工程实际情况和国内现有技术条件，现场采用了高压水射流清洗和化学清洗2种方式。

2 高压水射流清洗

高压水射流清洗是将水通过高压泵增压到极高压力（90～150 MPa）， 然后通过特殊喷嘴（孔径1～2mm）， 以极高的速度（500m/s）喷出能量高度集中的小水流，对垢物进行撞击、气蚀、磨削、楔劈、粉碎和剥离，从而达到冲洗目的。实验证明，采用高压水射流清洗技术能够有效清除管内壁的氧化层，且不会对母材本身有影响。

冲洗水冷壁管用的高压水清洗喷头为锥体，6个喷射口位于锥体底部圆周上，水流向斜后方喷出，在冲洗管道时高速水流产生很强的反推力带动喷头在管内前进。冲洗水管为耐高压塑料软管，可任意弯曲，工作人员通过不断转动清洗水管带动喷头螺旋前进，以保证高压水可以覆盖管内每个角落。因此冲洗时喷头的前进和旋转速度决定了冲洗效果，实际操作时需根据经验反复试验，控制冲洗速度，以达到最佳的冲洗效果。

在垂直水冷壁管冲洗过程中有大量冲洗水从管口流出（25 L/min 左右的用水量）， 如不采取措施将流入炉墙保温层内。现场采用保温外护板卡在管口正下方，将水引流至炉膛内，通过捞渣机将水排出。

3 催化柠檬酸化学清洗

催化柠檬酸化学清洗技术是新型的锅炉化学清洗技术，具有清洗效率高、腐蚀速率低、清洗温度低 （60℃左右）、废液无污染、 对氧化铁的溶解效果较好等特点。在锅炉化学清洗之前，首先进行小型试验来验证清洗效果：取垂直段水冷壁氧化层较厚的管段和螺旋水冷壁无氧化层的管段作为样品，图3为垂直段管子酸洗后的微观形貌，经酸洗去掉氧化皮后管子最小厚度 8．94 mm， 内壁部份区域有麻坑存在，坑底圆滑，图4为螺旋水冷壁管内形貌。试验结果表明催化柠檬酸化学清洗在去除垂直段水冷壁管内氧化皮的同时，对于螺旋段水冷壁管腐蚀作用较轻，满足规范要求。

图3 管子横向剖开内壁表面微观形貌

图4 螺旋水冷壁管子内壁形貌

此次 2号锅炉化学清洗所用清洗液为 6%～10%催化柠檬酸， 并加入缓蚀剂； 漂洗液为 0．1%～0．3%柠 檬酸， 并 加 入 缓 蚀 剂 ； 钝 化 介 质采 用0．1% ～ 0．2%双氧水。 考虑到氧化皮集中在垂直水冷壁，应尽量缩小化学清洗的范围，最终确定清洗液从螺旋水冷壁入口集箱进入，经螺旋水冷壁、中间混合集箱、垂直水冷壁、汽水分离器、贮水罐， 最后从 361 阀前接临时管路至清洗箱，形成循环。为避免酸液进入过热器系统，采取在储水罐进出口加装临时水位计的方法，严格控制储水罐水位。同时，在垂直水冷壁和螺旋水冷壁上各取一段作为临时监视管，随时观察水冷壁管清洗程度。化学清洗工艺及检查流程为：起凝泵进行大流量锅炉水冲洗→炉本体催化柠檬酸化学清洗→化学清洗期间摸管检查→再次进行锅炉大流量水冲洗→漂洗和钝化。

第一次化学清洗循环建立 12 h后，取样化验药液铁离子浓度达到平衡 （铁离子浓度大于 5 000 mg/L）， 检查垂直水冷壁监视管发现管内氧化层尚未完全去除。因此安排进行第二次化学清洗，经清洗、钝化后的垂直水冷壁管内壁氧化皮完全清除，钝化膜形成良好。

为了防止在清洗过程中出现垂直水冷壁进口集箱出口弯头堵塞，导致垂直管段内清洗液流量低而无法达到清洗效果，当化学清洗循环温度达到 60℃左右时，对所有弯头后的管段进行温度测量， 对温度明显低于 60℃的管子进行记录， 待化学清洗结束后，通过大流量顶排冲洗，再次升温时进行再次排查。在2次化学清洗、漂洗和钝化过程中，检查每一根垂直水冷壁管，最终确认锅炉前墙左数 352、 353， 右侧墙前数 61、 113、 284根垂直管段存在堵管现象。由于堵塞后整根垂直管段没有清洗，而整管更换施工难度大，又耗费大量工期，所以在割管后采用单根管化学清洗去除氧化皮。清洗结束后，使用内窥镜进行检查，90%以上的氧化皮已除去且剩余的氧化皮呈无规律分布。

4 2种方法分析比较

高压水冲洗属物理处理方式，设备简单，效果较好，具有在地面操作性较好、无废液产生、具有针对性处理个别管段问题而不影响整体水冷壁管等优点。但其缺点也显而易见：

（1）已安装的水冷壁管需先割管才能进行管内冲洗，冲洗后还要对口焊接，因垂直水冷壁管内氧化皮范围大，割管、焊接对口工作量也大，潜在的焊接缺陷增加了系统风险，同时也无法满足工期要求。

（2）高压水冲洗喷头无法通过弯头， 而检查发现弯头处堆积大量氧化皮，无法通过高压水冲洗彻底清除。

（3）高压水冲洗在高空作业时， 需搭设牢固的临时操作平台，施工环境差，作业时有大量冲洗水从管口溢出，必须对作业人员和周边设备采取保护措施。

（4）由于管内壁氧化皮较厚且附着牢固， 20m长的垂直水冷壁直管段冲洗一次需 30～40 min 才能达到较好效果，即使多台设备同时进行不间断冲洗，也无法满足对全部垂直水冷壁进行全面冲洗的工期要求。

高压水冲洗水管内是超高压水，一旦发生渗漏产生的射流和水管的反弹力会对周围人员造成伤害，须将水管可靠固定在人员通道以外。但是高压水冲洗不失为对部分无法通过化学清洗去除过热器、再热器管内附着物的有效清洗手段，同时也可作为安装前在地面进行个别管道内外壁清洗的简单可靠方式。

对水冷壁整体进行化学清洗，有节省人力、临时措施相对较少，清洗效果好，工期短等优点。关键是清洗液配方必须结合对样品管的清洗试验效果来确定，既要保证清洗液成份能快速有效清除管内较厚的氧化皮，同时又不能对内壁没有氧化皮的管道产生严重腐蚀。此次采用的催化柠檬酸溶液是在柠檬酸内加入一定比例的催化剂，既保留了柠檬酸溶解氧化铁能力较强、反应温度低、对母材腐蚀少的特点，在加入催化剂后又提高了与氧化铁反应的速度，减轻了高铁离子浓度条件下柠檬酸铁产生沉淀的问题，在清洗过程中配合较高的循环流速，将大量氧化皮溶解后通过清洗液排出。但整体化学清洗方式不可避免会对清洗范围内其它无氧化皮的管道 （如螺旋水冷壁管、汽水分离器等）造成一定的腐蚀，实质上减少了管道本身的腐蚀余量，一定程度上降低了管道的寿命，且需处理化学清洗后的大量废液；为消除因清洗液进入过热器系统造成过热器腐蚀的风险，必须采取严格措施控制储水罐水位。

5 经验总结

因施工进度衔接紧密，2号锅炉的垂直段水冷壁运抵现场后，未在堆场存放即开始地面组合，因此不存在露天长期存放而导致内部严重锈蚀的情况，同时管排在地面组合前后均进行了通球试验，并采用压缩空气吹扫，安装完毕后经历了水压试验、化学清洗、冲管各个阶段，所采用方案均为同类型机组成熟方案。冲管后，为避免整套启动时爆管，现场甚至超出规范要求对部分重要集箱接管座进行了割管内窥镜检查，检查发现了少量管口异物堵塞的隐患，这些隐患在启动前均已消除。总体上安装、调试阶段是按照规范要求及以往惯例对锅炉实施防护措施，因此，锅炉厂在原材料采购过程和水冷壁制造环节中把关不严是造成2号锅炉垂直段水冷壁产生质量问题的主要原因。由于在安装规范及相关标准上存在盲区，有必要对制造、安装、化学清洗等各阶段需要改进之处进行探讨。

（1）因目前各锅炉制造厂生产任务较为饱满，普遍存在分包商较多的情况，同时原材料来源较多，管材生产、检验、出厂任何一道把关不严，都会给现场带来巨大的损失。因此在锅炉主机合同签订时应充分考虑此种状况，建议在合同中明确各设备分包商，同时应要求主机厂家提供分包商的设备生产制造资质供建设方审查，对主要受热面和承压部件的分包商实际制造水平也应进行现场考察，并加强现场监造的力度，监督制造过程的质量控制状况。

（2）本次 2 号锅炉垂直段水冷壁管内氧化皮分布较广，普遍存在于前墙、左右墙水冷壁管内，尤其前墙分布较为严重，现场分析其原因主要是管子在生产制造过程中工艺控制不当，而氧化皮紧密附着在管子内壁，地面组合过程中的通球试验几乎无法检查出来。在安装过程中，除对集箱进行内窥镜检查外，受热面管排按规范并不要求进行内窥镜检查，现场的常规检查项目未发现水冷壁管的上述问题，最终未能将产品质量问题消除在施工阶段，而带入调试阶段。因此，安装阶段的检查工作十分重要，建议除安装单位自检外，在设备到货质量检查中增加一定比例的小口径管内窥镜检查，尽量将质量问题消除在施工阶段。

（3）从本次化学清洗后的监视管内部情况及割管检查情况来看，催化柠檬酸对于垂直段水冷壁管内附着的氧化皮有较好的清洗作用，对于提高水冷壁系统的清洁度、保证锅炉的安全运行起到了较为明显的作用。因此需要根据实际情况决定采用 EDTA 清洗或柠檬酸清洗。

（4）水压后的 EDTA 化学清洗只能去除安装阶段或设备存放阶段的管内浮锈及一些表面附着物 ， 对 于 厚 度 达 0．3～0．5 mm 的 致 密 氧 化 皮 层 没有清洗效果。 因此， 加强 EDTA 化学清洗后的检查也很重要，除按照规范进行常规的监视管及腐蚀片检查外，可考虑增加进行垂直段水冷壁、省煤器蛇形管的实管割管后内窥镜检查，以确保锅炉水冷壁系统的清洁度在进入调试前已符合要求。

（5）缺陷处理过程中发现个别高空焊口存在通流截面明显减小的情况。因此，在承压部件高空组焊过程中应加强对现场焊口的检查工作，射线检查时建议将焊口缩颈大小作为检查内容，缩颈后管内最小允许尺寸可以参考地面通球时的球径，对于尺寸小于或疑似小于通球球径的焊口应直接判为不合格，作返工处理，以尽可能减少或避免锅炉启动后可能造成的异物堵塞。

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（本文编辑：徐 晗）

A Tentative Study on Treatment of Oxide Scale in Water W all Tubes of Boiler

CAIYue1， XUE Jian-gang1， ZHANG Peng2
（1.Zhejiang Electric Power Construction Co.Ltd.， Ningbo Zhejiang 315010， China；2.E·Energy Technology Co.Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310014，China）

This papermainly presents twomethods of removing scale adhered to vertical segment of the water-cooling wall tubes in boiler of 600 MW supercritical generating units.Through comparing and summarizting these two methods,it recommends that the inspection and supervision on the equipments should be enhanced in plant′s capital construction projects.Meanwhile,great losses caused by poor quality of equipments can be effectively avoided.

high-pressure water jet； chemical cleaning； oxide scale

TK228

： B

： 1007-1881（2010）06-0039-04

2009-11-27

蔡 悦(1984-)， 男， 浙江宁波人， 助理工程师， 从事火力发电厂工程建设锅炉专业技术工作。