循环水水质对凝汽器管材的适应性研究

王军昌 屈朝霞 张丽格

0 电厂循环水水质现状

山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司一期机组是2×350MW湿冷机组，凝汽器换热器设计为铜管，管材为：主凝结区和顶部圆周区HSn70-1黄铜管，空抽区为B30白铜管，换热管共19 000多根，换热面积共22 280 m2。2017年1月～4月，1#、2#机组凝汽器换热管均更换为316L不锈钢管。316 L不锈钢耐氯离子腐蚀的能力比较强，《火力发电厂凝汽器管选材导则》（DL/T 712-2000）规定［1］，凝汽器换热管为316L的循环水系统，氯离子含量可以提高到不大于1 000 mg/L，因而循环水的浓缩倍率可以有所提高。目前生水氯离子为150 mg/L～160 mg/L，考虑到水源水质还会进一步劣化，氯离子含量还会进一步有所提高，试验将以浓缩倍率5倍作为目标。循环水氯离子浓度将由原来的小于400 mg/L提高到小于1 000 mg/L，循环水的腐蚀性会大大增强，因此目前药剂和控制标准不能满足要求，需要进行缓蚀阻垢试验，选择性能优良的缓蚀阻垢药品，确定合理的循环水运行控制指标。

1 循环水药剂配伍方案优化研究

本试验的目的就是选择满足要求的阻垢剂和碳钢缓蚀剂。试验前需要考虑两个问题：

1）碳钢的防腐问题。循环水浓缩倍率提高后，氯离子浓度提高，对碳钢和铜管的腐蚀性大大增强。

2）弱酸床的运行终点指标。以往循环水系统补水方式为60%～80%弱酸床出水＋40%～20%生水。搭配生水，循环水的浓缩倍率就不能提高，否则会结垢。

1.1 现场取水样

正常运行的弱酸床产品水出口，在再生正常合格后的一个完整制水周期内等时间间隔等量取样，即2#弱酸床每小时取一桶水样，且控制运行终点出水碱度＜2.0 mmol/L。

试验用水为将水样等量混合，搅拌均匀水质分析如表1所示。

表1 循环水补充水水质分析

1.2 阻垢剂性能筛选

1.2.1 阻垢剂配伍方案研究

根据水质稳定剂配制原则，实验室配制了9种配方的药剂，均为聚合磷酸盐类的药剂。药剂基本性能指标如表2所示（以配方9为例）。

表2 药剂基本性能指标

(1)静态阻垢性能试验

根据△A判断准则［2］，Klim是循环冷却水系统碳酸盐不结垢运行的最大允许浓缩倍率，根据不同剂量下的△A～K曲线，初步认定药剂的作用。模拟系统中循环水量恒定，每隔一定时间测定循环水的硬度、氯根等指标。当Δ值（φCl--φCa2+）接近0.2时作为试验终点。对9个配方做浓缩试验，实验药剂浓度分别为20 ppm和40 ppm，在相同浓缩倍数、相同加药浓度的情况下，对较各配方的阻垢率：

图1 各配方的阻垢率对比

可得出阻垢性能优劣顺序为［3］：

配方9＞配方8＞配方7＞配方6＞配方4＞配方2

（配方1、配方3、配方5阻垢率达不到85%的要求，直接剔除）

所以选择配方9为最终配方药剂，并进行最佳投加浓度试验。

(2)最佳投加浓度的选择试验

选择配方9-1和现有的阻垢缓蚀剂，分别以投加浓度为4 ppm、6 ppm、8 ppm、10 ppm条件下，做浓缩试验，通过测定不同时间下的水质指标，计算阻垢率，选择满足要求的最佳投加浓度。以φCl--φCa2+≥0.2作为循环倍率运行终点的判断依据可以得出，配方9阻垢缓蚀剂的最佳投加浓度为8 ppm。

图2 阻垢剂的△A～K曲线

循环冷却水的Klim、pH、JDm及其平均值与阻垢剂量的关系见表3。L和17.45 mmol/L。

表3 Klim、pH、JDm及其平均值与阻垢剂量的关系

1.2.2 缓蚀剂配伍方案研究

（1）缓蚀剂筛选试验

试验水温50℃，浓缩倍率5，以补充水量计，阻垢剂为6 mg/L，4种不同的缓蚀剂浓度分别为0、2 mg/L、6 mg/L、10 mg/L条件下，进行试验，监测Q235-A（碳钢）标准试片腐蚀情况。

图3 不同缓蚀剂的平均腐蚀速度

从试验结果来看，缓蚀剂的用量均为6 mg/L、浓缩倍率5.0的条件下，缓蚀剂2的碳钢腐蚀速度0.043 4 mm/a，符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2007）中碳钢腐蚀速度≤0.075 mm/a的规定。

（2）悬转挂片试验

选定的缓蚀剂在8 ppm的投加浓度下，以4倍浓缩水为挂片液，分别悬挂316L不锈钢试片，并调节转速及温度（45℃±1.0℃），120h后通过失重计算腐蚀速度，结果见表4。

表4 不锈钢腐蚀失重试验结果

在8 ppm的投加浓度下，以4倍浓缩水为挂片液，分别悬挂HSn70-1A铜试片，并调节转速及温度（45℃±1.0℃），120h后通过失重计算腐蚀速度，结果见表5。

表5 铜腐蚀失重试验结果

2 试验结论及分析

本试验软水为补充水、阻垢剂量为8mg/L的条件下，阻垢剂B可以分别实现循环冷却水系统在浓缩倍数4.77和4.83下无碳酸盐结垢运行。此种运行工况下循环冷却水的极限“1/2Ca2++JDm”分别为17.15 mmol/

2.1 试验结论

（1）阻垢剂的阻垢效果优良，可以实现循环水系统在浓缩倍率5倍下无碳酸盐结垢。

（2）316L抗蚀能力较强，腐蚀速度为0.000 2 mm/a～0.000 5 mm/a，符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050-2007）关于不锈钢腐蚀速度应小于0.005 mm/a的规定。

（3）阻垢剂对HSn70-1A具有较好的缓蚀效果，HSn70-1A的腐蚀速度为0.000 9 mm/a～0.003 6 mm/a，符合《工业循环冷却水处理设计规范》《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050-2007）关于铜合金腐蚀速度应小于0.005 mm/a的规定。

（4）碳钢缓蚀剂对碳钢的缓蚀效果优良。在阻垢剂和缓蚀剂的用量均为6 mg/L、浓缩倍率5倍的条件下，缓蚀剂的碳钢腐蚀速度分别为为0.043 4 mm/a，符合《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2007）中碳钢腐蚀速度≤0.075 mm/a的规定。

（5）阻垢剂以补充水量计的加药量为6 mg/L；钢缓蚀剂以补充水量计的加药量为6 mg/L；铜缓蚀剂以补充水量计的加药量为2 mg/L。

（6）制定了合理的控制指标：

表6 循环水指标控制标准

2.2 结论分析

（1）根据不同水质状况，研制出多种循环水阻垢剂，通过实验室监测，选择出适合现场水质的配方阻垢剂；

（2）本研究通过多方面的实验，从不同角度分析对比药剂的性能，对循环水控制指标进行调整，为提高循环水浓缩倍率奠定良好的基础，并通过试验验证指标的合理性；

3 应用效果及总结

（1）整个研究过程是采用试验和现场应用相结合的方法，每一个试验结论都是在现场良好的应用基础上得出的，循环水阻垢剂配方的研制、试验室对药剂进行筛选、合适的药剂进行性能试验、进行综合缓蚀阻垢试验制定控制指标等措施均已在#2循环水系统应用，有些良好的安全效果，经过一年时间的应用，没有发生腐蚀和阻垢问题，现场应用良好。

根据现场应用表明，浓缩倍率从3倍提高到5倍，补水量从600 t/h降到500 t/h，每小时可节水100吨，两台机组每天可节水4 800 t。若每年以300天计，一年可节水1.08×106t～1.44×106t，每吨水以3元计，一年至少可节省300万元以上。

（2）循环水系统控制优化技术在现场的应用，是确保循环水系统安全、经济运行最基本的方法和手段，目前国内各发电企业也在不断地研究和应用此项技术，且取得了一定的技术效果和经济效益此方法可以推广应用到设计有循环水系统的电厂。