水汽系统氯离子超标原因分析及相关对策

2017-01-12彭杰民刘海玲宁巨勇

山西电力 2016年4期

关键词：混床氯离子水汽

彭杰民,刘海玲,宁巨勇

（中电神头发电有限责任公司,山西朔州 036011）

水汽系统氯离子超标原因分析及相关对策

彭杰民,刘海玲,宁巨勇

（中电神头发电有限责任公司,山西朔州 036011）

水汽系统氯离子会对机组的热力系统造成长期隐蔽的酸性腐蚀和应力腐蚀。通过分析造成氯离子超标的原因并针对性地提出相关对策,有效避免了热力系统的腐蚀、延长机组的安全运行寿命、强化机组的化学技术监督、提高电厂的安全经济运行效益。

水汽系统；氯离子；再生腐蚀；脆化色谱

0 引言

中电神头2×600 MW超临界机组采用一次中间再热、单轴、四缸四排汽、间接空冷、双背压抽凝式DKY4-4ND33G型汽轮机，变压直流、一次再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、前后墙对冲燃烧方式、全悬吊结构Π型锅炉。1号、2号机组分别于2013年6月和9月完成168小时试运行。超临界机组中奥氏体钢的使用量比亚临界机组有很大的提高，与相同再热蒸汽温度的亚临界机组相比，低压缸末几级叶片的湿度增加，因此，水汽系统内部金属表面保持良好的状态对其安全经济运行有着重要的意义。

水汽系统内部水质总会含有少量的杂质离子,使得金属表面常常出现腐蚀、结垢等现象,威胁着机组的正常运行。对于奥氏体不锈钢系统，杂质离子中以氯离子的危害最为严重。

氯离子对于整个机组的热力系统是一种长期隐蔽的腐蚀，因为氯离子是种酸性离子，它在高温高压状态下，会呈现一种酸性水解状态，从而降低锅炉水的pH，造成热力设备的酸性腐蚀。同时更为严重的是高温高压状态下的氯离子会直接对热力系统钢铁中奥氏体产生应力腐蚀，造成晶间腐蚀和汽轮机低压缸末几级叶片的腐蚀，严重时造成叶片应力腐蚀断裂。

国外发电机组水汽质量标准对不同等级锅炉水汽系统中的氯离子含量作了规定，我国也有相关的标准，即行业标准《超临界火力发电机组水汽质量标准》（DL/T 912—2005），标准中规定给水质量的氯离子标准值≤5 μg/L，期望值≤2 μg/L；经过凝结水处理装置后水的质量的氯离子标准值≤3 μg/L，期望值≤1 μg/L。

1 存在问题

由于超临界机组对水汽系统氯离子的要求严格，根据山西省电力科学研究院年度化学技术监督任务规定，从2014年7月份至2015年底，神头发电有限责任公司按上下半年阶段性外送山西省电科院检测水汽系统氯离子含量共4次，复查2次。其中2014年3次的检测结果超标频次较多，具体分析数据见表1。

从表1可见：水汽系统中Cu2+、全铁全部合格，但Cl-含量超标情况严重。

表1 电科院氯离子含量检测数据统计(2014年) μg/L

2 原因分析

2.1 补给水氯离子含量

神头公司补给水处理方式为全膜处理，工艺流程如下：生水→多介质过滤器→超滤装置→一级反渗透→二级反渗透→连续电除盐EDI （Electrodeionization）→除盐水箱。

补给水处理EDI装置共设置3套，表1中1号、2号、3号EDI产水为设备出水，实验室除盐水为除盐水箱水。据统计，从投产以来EDI设备在线产水电阻率平均值为15.3～15.9 MΩ·CM，即电导率为0.062 9～0.065 4 μS/cm，下面就除盐水电导率理论计算来估算其氯离子含量最大值。

若忽略其他所有杂质离子影响，仅考虑Cl-电导，则

Cl-的微摩尔电导为0.426μS/cm

1 μg的Cl-电导率为

由式(1)和(2)推导出

除盐水中氯离子含量最大值

因此，依据EDI设备制水质量(电阻率)进行理论推导得出的EDI产水及实验室除盐水氯离子含量极低，不会导致水汽系统氯离子含量超标。

2.2 凝结水精处理混床漏氯

神头公司凝结水精处理系统是由南京中电联公司提供的中压凝结水精处理系统100%处理，精处理采用内部装填阴阳树脂的高速混床进行处理，于2013年5月投入运行，每台机组配备3台高速混床，两运一备。当高速混床运行失效后，通过将失效的树脂分离，分别再生后重新投入运行。再生采用三塔（分离塔、阳塔、阴塔）再生方式，树脂再生是离子交换水处理工艺过程中最重要的环节，再生效果的好坏对混床出水水质有直接的影响。因此，高速混床的运行状况，对于给水水质影响很大。如果在运行中高速混床出现氯离子漏出现象，将造成水汽系统氯离子含量高，进而造成热力系统应力腐蚀、钢铁脆化。

2.2.1 严格把控再生质量

针对2014年水汽系统氯离子检测数据超标情况，经过多次试验调整，于2015年5月12日正式开始采取了以下处理措施。

a)经反复试验调整，酸碱浓度都控制在3%～5%，用时在1 h为准。

b)树脂分离时严格把关，分层必须明显，阴阳树脂无明显混杂情况，在分别输送阴、阳树脂时，绝对避免阳塔内输送进去阴树脂，阳树脂稍多时可适当先送至阳塔一部分阳树脂，使阴阳树脂分界面在控制范围内，并进行好分离塔二次分离。

c)再生时要检查阴、阳树脂比例，严格控制在1:1。

d)在进酸碱时，阳塔内阴树脂吸附盐酸中的氯离子，从而在投运后使氯离子析出。发现阳树脂中混杂有阴树脂，重新进行分离。

e)在混床投运10天后，加强对水质的试验监督，避免在线表计因故障显示错误数据而导致混床失效后继续运行。

f)大流量置换时间由40 min改为1 h，小流量置换时间由20 min增加至50 min。

g)在进完酸碱擦洗冲洗时由原来的5次增加至7次然后再进行阴、阳树脂混合。

2.2.2 增设在线仪表

根据DL/T 333.1—2010《火电厂凝结水精处理系统技术要求》9.1.2中规定：“氢型混床失效以出水漏氨为终点，当出水的比电导率升高时，应退出运行。”针对上述问题，在每台精处理混床增加出口比电导表。运行中，控制混床出水的比电导率，当比电导率升高时，氢型混床即到达失效终点，避免精处理氨化运行后，精处理出水腐蚀性氯离子漏出风险，确保机组安全稳定运行。

通过实施以上2项措施，有效控制了精处理混床漏氯风险，2015年8月份检测结果明显降低，且未出现超标现象(见表2)。

由表2可见，2015年8月27日采集的1号机组精处理混床退出运行时段水样中，水汽质量全部合格，并未出现由于精处理混床运行状况不良导致的混床出水质量下降问题，而且本次检测数据基本全部合格，充分说明对精处理系统采取的措施是可行和有效的。2015年8月25日样品均为 1号、2号机组精处理混床正常投运时采集； 2015年8月27日样品为1号机组精处理混床由于凝结水温高退出运行时段(2015.8.26 10：45至 2015.8.31 15：18)采集。

表2 山西电科院氯离子含量检测数据统计(2015年8月) μg/L

2.3 采样环节影响

汽水中的阴、阳离子以及有机酸等是研究汽水品质的主要指标，然而由于汽水样品中离子含量极低，这些样品在采集、运输、前处理过程中的各种污染给实验数据造成很大的误差。

由表1及表2备注栏中可见，2014年7月使用电科院推荐的专用采样瓶，异常情况不明显；而2014年9月及11月2次使用公司订购的第一批次专用采样瓶，异常超标数据较多；2015年8月使用公司订购的第二批次专用采样瓶，检测数据全部合格。

经持续跟踪采样环节，6次检测中，外送水样的洗涤、采集、密封、包装，至乘车运输等各个步骤基本一致，出现前3次异常明显、第4次基本全部合格的现象充分说明只有盛装水样的采样瓶材质是个疑点。

由于离子色谱仪是一种大型高精密分析仪器，公司化学标准试验室虽配置瑞士万通883+861型阴离子色谱仪，但因调试期人员未固定、培训学习不扎实等历史原因，试验室测试数据异常情况较多，一般需要采样送至各相关电力研究院(所)进行分析，样品就会在采样瓶中贮存一段时间。为避免出现贮存水汽样品的过程中释放、溶出测试离子，在选择取样瓶过程中也较慎重，但由于公司订、购、用分离，造成2014年7月虽借用山西电科院专用采样瓶作为样品协调公司物资管理中心购买，但取样瓶材质不清楚的问题。

按照离子色谱分析取样瓶要求：如果只测试常规的阴、阳离子，则最好选择空白测试合格的高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)等制成的塑料采样瓶。国产塑料瓶如不清楚材质，不推荐用来采集水汽系统痕量阴离子的样品，如选择国产塑料采样瓶，应充分进行溶出试验来确定是否有杂质离子溶出，再确定是否能用来采集样品。但由于条件所限，溶出试验未进行，导致2014年9月和11月2次使用第一批次取样瓶异常数据较多。2015年经分析排查，重新订购第二批次专用采样瓶后，8月份检测数据趋于正常。

同时，通过与山西省电科院专家沟通并借鉴兄弟单位送样经验，于2015年9月进行复查，目的是为了对比采样瓶影响：同时选用食品级矿泉水瓶与第二批次专用取样瓶采集样品，具体检测结果见表3。

由表3可见，选用食品级矿泉水瓶送样，完全排除了由于取样瓶材质原因造成的数据异常情况。故公司决定，从2015年10月起，所有外送检测阴离子色谱分析水样取样瓶全部选用食品级安全塑料矿泉水瓶。

2.4 计划检修期间化学静态诊断

为了进一步监督水汽系统氯离子对锅炉受热面及汽轮机转子叶片的影响，在2015年10月1日至2015年11月15日中电神头1号机组B级计划检修期间，特对水冷壁螺旋管、后屏过热器弯头、主机低压缸末级叶片、给水泵小汽轮机低压缸末级叶片等几个部位进行化学静态诊断分析，分析结果表明：锅炉受热面内壁及汽轮机低压转子末级叶片表面均光滑，无腐蚀、结垢现象；经对炉管管样加工、酸洗、分析后，依据《火力发电厂机组大修化学检查导则》(DL/T 1115—2009)评价标准，其沉积量及沉积率均在1～2类之间，充分说明热力系统无任何因水汽氯离子造成的酸性腐蚀和钢体脆化等特征。

3 结论

针对中电神头水汽系统氯离子检测数据超标的问题，从理论推算方面排除补给水来源；从采样环节方面规避采集、运输、前处理过程中的各种污染给实验数据造成误差；通过改善凝结水精处理系统运行工况与再生状况，根本上解决高速混床漏氯问题；结合检修计划进一步证实日常水汽质量监督的及时性和有效性，避免了因水汽系统氯离子超标造成热力系统酸性腐蚀及应力腐蚀，延长了机组的安全运行寿命，强化了机组的化学技术监督，提高了电厂的安全经济运行效益。

Reason Analysis and Countermeasures of Chloride over Standard in Steam-water System

PENG Jiemin, LIU Hailing, NING Juyong

(China Power Investment Corporation Shentou Power Generation Co., Ltd., Shuozhou, Shanxi 036011, China )

Chloride in steam-water system causes long-term and hidden acid corrosion and stress corrosion in thermodynamic system. In this paper, the reason of chloride content exceeding the standard is analysed and countermeasures are proposed correspondingly so that the corrosion in themodynamic system could be effectively avoided. The running life the unit could be prolonged and chemical technology supervision could be enhanced, which is benefical for improving the safe and economic operation of power plant.

steam-water system; chloride; regenerated corrosion; embrittled chromatography