9F级联合循环供热机组停用保护系统设计技术方案研究

杨俊，潘晓磊，蔡龙海，张大全，朱冲,2，姚勇

9F级联合循环供热机组停用保护系统设计技术方案研究

杨俊1，潘晓磊1，蔡龙海1，张大全2*，朱冲1,2，姚勇1

（1．华电奉贤燃机发电有限公司，上海市 奉贤区 201404；2．上海电力大学环境与化学工程学院，上海市 杨浦区 200090）

在火力发电厂中，主设备的腐蚀问题会带来重大安全隐患和经济损失。因此，电厂热力设备在停运期间采取适当的保养措施是非常重要的。针对9F级燃气-蒸汽联合循环供热机组中余热锅炉的水汽系统，制定了热风+气相缓蚀剂的停运防锈蚀联合保养方法，通过减少设备内部水分，通入带有保护性的气相缓蚀剂来达到保护热力设备的目的。阐述了停用保护系统设计、保养实施过程、保养装置运行操作，为燃机机组停用保护工作的有效实施提供必要的参考。实际应用的检验表明，该停用保护技术具有成本低廉、操作简单、保护高效等优点，对于启停频繁的燃机热力设备的维护和保养工作具有重要的指导意义。

9F级燃气-蒸汽联合循环机组；气相缓蚀剂；停用保护

0 引言

目前，燃气-蒸汽联合循环机组电厂燃机、余热锅炉、汽轮机经常因电网负荷变化、检修、调峰等因素启停频繁[1]。机组在停运期间，如果不采取适当的保养措施，热力设备及系统水汽侧的金属表面会发生强烈的腐蚀，这种腐蚀即为停炉腐蚀[2]。腐蚀问题容易导致热力设备发生故障，从而严重影响电厂的生产安全和经济效益[3]。因此，在机组停用期间采取一定的防腐保养措施尤为重要。

通常火电厂热力设备停用保护采用的方法分为两大类，即湿法保护和干法保护。湿法保护是将具有保护性的水溶液充满锅炉，杜绝空气中的氧气进入锅炉内，从而避免或减缓锅炉因停炉而发生的腐蚀，该方法一般只适用于短期停运的设备。湿法保护通常采用给水压力法、氨加联氨法、二甲基酮肟法、十八胺等药剂法保护。给水压力法适用于停炉一周内锅炉的防腐，在锅炉停运后，将锅炉内注满除氧水，并保持一定压力及溢流量，以防止空气进入到锅炉内部；氨加联氨法、二甲基酮肟法、十八胺等药剂法是将药品配成的溶液充满锅炉内部空间，这些化学试剂会在金属表面形成耐腐蚀性保护膜，从而达到防腐的目的。干法保护则是向锅炉内通入干燥气体，从而达到蒸发水分、减缓腐蚀的目的。常用的干法保护方法包括：充氮法、热风或干风法、干燥剂法、气相缓蚀剂法。其中气相缓蚀剂法是一种成本低廉、效果显著、操作简便的主动型停用保护技术，气相缓蚀剂挥发成保护性气体，通过在金属表面吸附成膜来阻止或减缓腐蚀性离子的侵入，由于气体是无孔不入的，因此该方法尤其适合结构复杂的热力设备的保养维护[4]。此外，气相缓蚀剂还具有水溶性好、扩散速度快、残留药剂少、无需专门清洗等特点[5-7]，这也使得该方法特别适合启停频繁的燃机系统保护。

本文针对9F级燃气-蒸汽联合循环供热机组中余热锅炉的水汽系统制定了热风+气相缓蚀剂的停运防锈蚀联合保养方法。其中停炉时按照热炉放水、余热烘干法操作，保证锅炉水汽系统积水蒸发。当锅炉、汽轮机温度和压力降至一定条件后，通过保养装置向系统内部充入气相缓蚀剂，控制高温、高湿环境下的热力设备的锈蚀。冷炉状态可直接采用干风保养方式维持系统内部湿度，或用气相缓蚀剂进行保养。

1 保养方法

依据《火电厂停(备)用热力设备防锈蚀导则》(DL/T 956—2005)中规定的防锈蚀方法，并结合燃机余热锅炉机组系统特点和停机特点，对奉贤燃机余热锅炉制定了热风+气相缓蚀剂联合保养的方法[8]。

根据碳钢材料在大气中的腐蚀机理，空气的相对湿度是碳钢材料腐蚀速度的决定性因素[9]。当空气相对湿度高于临界值60%时，碳钢的腐蚀速度急剧增大，当相对湿度为60%~100%时，碳钢的腐蚀速度是相对湿度为30%~55%时的100~1000倍。因此降低热力系统内部的相对湿度可以极大程度地减缓系统内金属设备的腐蚀速率，再配合气相缓蚀剂可以有效地将设备的停运腐蚀降到最低。依据燃机及余热锅炉的系统结构和使用环境特点，对不同设备采取不同的控制湿度方法，其中燃机及余热锅炉烟气侧采用热风保养，通过加热除湿装置，将加热到60℃以上的热风从压气机入口送入到燃机进气系统，再从余热锅炉烟气挡板前抽出后送往加热除湿装置，以此循环降低烟气系统内的相对湿度。余热锅炉水汽系统保护以干风保养方式为主，用含湿量极低的干风将热力系统内部相对湿度(25℃)控制在50%以下。在机组停运初期，系统内湿度较大时配合使用气相缓蚀剂，可以很好地控制高湿环境下的腐蚀。热风及干风保养方式具有保护效果好、方法应用简便灵活、不影响机组水汽品质等优点，还可以与热炉放水、充氮保护、成膜胺法等保养方法协同配合使用，能适应机组各种停机工况[10]。

2 保养设备

根据确定的热风、热风+气相缓蚀剂联合保养方法，需要选择专用的停炉保养装置提供热风：

1）汽机房共有4台空压机，每台出口风量为234L/s(即14.58m3/min)，出口压力为0.75MPa。

2）停用保护装置热风温度可调。

3）设备参数：功率为180kW；加热温度为50~250℃；产气量为30m³/min；出口压力为 0.5MPa。

4）停用保护装置应包括热风保养装置和热风缓蚀装置，其中气相缓蚀储罐2套。气相缓蚀储罐设计为旁路，整个停用保护装置可以在热风和气相缓蚀保护之间进行切换。热风不仅能对热力设备进行干燥除湿，减缓停用腐蚀，还可以加快气相缓蚀剂的挥发，携带气相缓蚀剂挥发的有效成分到达热力设备的各个部位，从而提高对设备的保护效果。

热风保养装置具备以下功能：

1）除湿干燥。除湿干燥是干风缓蚀保养装置的主要功能，其作用是向受保护设备提供足量的低湿度干风，降低并维持受保护系统内部的湿度，保证系统湿度处在金属腐蚀速率较低的区域。

2）携带气相缓蚀剂。通过干风将气相缓蚀剂携带进入受保护系统，营造热力系统空间内微碱性的缓蚀环境。使用气相缓蚀剂后，受保护系统内的一些支路管道可在缓蚀剂分子无序扩散的情况下得到最佳保护。

3）热风干燥。干风加热一方面是为了充分挥发缓蚀剂，另一方面也是为了提高系统内的温度，便于去除金属表面凝结水汽。

图1为热风缓蚀装置的示意图，热风缓蚀装置设计为2个回路，即热风回路和热风气相缓蚀回路。热风气相缓蚀由空压机来热风，依次通过油水分离器、电加热器、集气箱，再到缓释储罐，最后向锅炉、汽机输送热风缓蚀气体。

图1 热风缓蚀装置

热风从缓蚀储罐下面的管口进，经过2个覆盖缓蚀药剂的托盘，掺杂缓蚀气体后从缓蚀储罐上面管口排出，关于缓蚀储罐制造应满足以下需要：

1）具有设备本体和控制部分，以及相应的备品和备件。

2）设备上全部阀门为中压阀门，烘干装置出口热空气管道要保温，管壳用60mm岩棉，表面装不锈钢皮保护。

3）应按照《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG R0004—2009)[11]和《压力管道安全技术监察规程：工业管道》(TSG D0001—2009)[12]规定，负责装置的设计、制造和试验。

3 停炉保养系统设计

3.1 停炉保养系统总体设计

停炉保养系统总体设计如图2所示，热风由空压机送风，经过热风缓蚀装置，携带着缓蚀剂的热干气流通过干风母管进入#5、#6余热锅炉系统以及#5、#6汽机系统，从而对其进行保护。

图2 停炉保养系统总体设计图

3.2 风道流程系统设计

以#5余热锅炉水汽系统和汽机水汽系统为例介绍风道流程系统的设计。

3.2.1 #5余热锅炉水汽系统的热风缓蚀通道流程

热风缓蚀装置出口处的干风经干风母管引至#5余热锅炉各系统的缓蚀管道，根据余热锅炉机组水汽流程特点，将水汽系统设备划分为高中压给泵系统、低压、中压、高压4个干风通道。

1）#5余热锅炉高中压给泵通道干风流程。

图3为#5余热锅炉高中压给泵通道干风流程的示意图。其保养范围包括：高压给泵5A和5B，中压给泵5A和5B。在设备停运期间，干风由总缓蚀通道流入，经过总阀门后分为左右2路，由于从反向逆止阀门进入需要一定的压力，因此设计了从#5余热锅炉总管道来的热风缓蚀气体分别从几个阀门后进入。其中一路的缓蚀气体从高压给泵5A/出水后放1和高压给泵5B/出水后放1分别进入高压给泵5A和高压给泵5B，另一路气体从中压给泵5A/出水后放1和中压给泵5B/出水后放1分别进入中压给泵5A和中压给泵5B，对设备进行保护。

图3 #5余热锅炉高中压给泵通道干风流程图

2）#5余热锅炉高压通道干风流程。

图4为#5余热锅炉高压通道干风流程的示意图。其保养范围包括：高压省煤器1、高压省煤器2、高压汽包、高压蒸发器、高压过热器1、高压过热器2、高压过热器3。由图4所示，干风有4种流通途径：1）携带有缓蚀剂的干风从高省前空1和高省前空2进，气体进入高压省煤器1对其进行保护，然后从疏水阀出；2）干风从高省空1和高省空2进，气体依次进入高压省煤器2、高压汽包和高压蒸发器，从疏水阀出；3）干风从高包空1和高包空2进，气体依次进入高压过热器1、高压过热器2，从疏水阀出；4）干风从高过后空1和高过后空2进，气体进入高压过热器3，从疏水阀出。

图4 #5余热锅炉高压干风通道流程图

3）#5余热锅炉中压通道干风流程。

图5为余热锅炉中压通道干风流程的示意图，该部分由中压省煤器、中压汽包、中压过热器、再热器1、再热器2、再热器3和再热蒸汽管等组成。干风维护保养分为5种路径：1）干风从中省前空1和中省前空2进，气体进入中压省煤器，然后通过疏水阀排放；2）干风从中省空1和中省空2进，气体进入中压汽包，然后通过疏水阀排放；3）干风从中包空1和中包空2进，进入中压过热器，然后通过疏水阀排放；4）干风从再热中空1和再热中空2进，气体分2条线，分别进入再热器1和再热器2，经再热器2到再热器3，然后通过疏水阀排放；5）干风从再热后空1和再热后空2进，气体进入再热蒸汽管，然后通过疏水阀排放。

图5 #5余热锅炉中压干风通道流程图

4）#5余热锅炉低压通道干风流程。

图6为#5余热锅炉低压通道干风流程的示意图，干风保养范围包括：低压省煤器、低压给水门、除氧器、低压汽包、低压过热器、蒸汽管道。干风有3种流通途径：1）携带有缓蚀剂的干风从低压给水门后空进，气体分别进入低压省煤器和低压给水门，然后通过疏水阀排放；2）干风从低压给水调后空进，气体依次进入除氧器和低压汽包，然后通过疏水阀排放；3）干风从低包空进，气体依次进入低压过热器和蒸汽管道，然后通过疏水阀排放。

图6 #5余热锅炉低压干风通道流程图

3.2.2 汽机系统热风缓蚀通道流程

热风缓蚀装置出口干风经干风母管引至#5、#6余热锅炉汽机各系统缓蚀管道。#5、#6汽机系统干风通道流程如图7、8所示，#5、#6汽机系统水汽系统的干风通道相似，它们的保养范围包括汽轮机、凝汽器。来自干风母管的热风缓蚀气体通过总阀门分2路分别进入#5和#6汽机系统，从主汽调门后疏水进，依次经过汽轮机、凝汽器对其进行保护，最后通过真空破坏门出。

图7 #5汽机系统干风通道流程图

图8 #6汽机系统干风通道流程图

4 保养条件及预期效果

制定热风、热风+气相缓蚀剂联合保养方法对奉贤9F燃机余热锅炉进行停运防锈蚀保养。其中停炉时按照热炉放水烘干法操作，保证锅炉水汽系统全部蒸发无积水，在锅炉汽轮机温度压力降至一定条件后通过保养装置向系统内部充入气相缓蚀剂，控制高温高湿环境下的锈蚀，冷炉状态可直接采用干风保养方式维持系统内部湿度，或用气相缓蚀剂进行保养[13-14]。

余热锅炉机组水汽系统保养需具备以下7个条件：

1）预计停炉时间超过7d。

2）余热锅炉热炉放水操作结束，锅炉各部位积水放尽，锅炉压力降至0MPa，温度降至50℃以下。

3）汽缸温度降至100℃以下，汽轮机盘车已停运。

4）机组凝结水系统、给水系统疏水排尽，凝汽器热井水排尽。

5）低压、中压、高压旁路电动及气动阀开启。

6）中压过热器至再热器电动阀及调阀开启。

7）炉底加热不使用，加热蒸汽完全隔离。

实施保养的范围包括：#5、#6余热锅炉机组全部水汽系统，保养范围内空间约573m3；启动锅炉水汽系统，保养范围内空间约23.3m3；#5、#6汽机(包括凝汽器辅机系统)，每套汽机保养范围约950 m3。总计整个保养范围约3063.3 m3。

单台锅炉各系统部件水容积统计见表1。

表1 单台锅炉各系统部件水容积

这种停用保护方法简便经济，不需要配置药液和经常维护，设备不需要严格的密封和保温，而且对热力设备的启停操作没有干扰。对于热力设备，如果能在拆修承压部件时随即加装临时简易封盖，并在检修期内固定时间作一次补气，则可以增强保护效果。

利用这套系统在9F燃气-蒸汽联合循环机组在停用检修期间进行了防护，为避免大量的割管带来维修工作困难，初步确定为对热风装置本体、热风进系统点(高、中、低压排空管)、热风出系统点(高、中、低压疏水管)进行温度或湿度的检测。#5、#6锅炉的运行状态见表2、3。

在高、中、低压排空管集中处，测定热风装置未启动前的排空管的温度和湿度见表4。

启动热风装置，检测其温度变化，热风装置运行30min后，加热棒温度为212℃，气体流量为693m3/h。热风装置温度上升很快，但是气体流量和气压偏低，主要原因是只启动了1台空压机，气量不够。调试组启动了备用气源，增大了气体流量和气压，见表5。

表2 #5锅炉运行状态

表3 #6锅炉运行状态

表4 热风装置未启动时热风进系统处(高、中、低压排空管)的温湿度

表5 热风装置数据记录

测定热风进出系统各处的壁温，分别如表6、7所示。

在调试过程中，发现热风进系统处的高过后空1、高过后空2、再热后空1、再热后空2、中包空1、中包空2所在管路壁温过低。经过对管路构造分析，认定是各子系统气体流量分配不均匀造成上述管路温度过低。通过对分路气体流量的调节，可以达到调试要求。热风出系统处的高压、中压部分管道存在大量积水，其湿度较大，需要长时间热风干燥。气相缓蚀剂挥发的气体可以提高排放湿气的pH值，有效保护湿度较大情况时的热力设备[15-16]。总之，该套系统可以提高设备排气的温度，快速降低排放湿气对热力设备的腐蚀，缩短机组启用后水汽达标所需的时间，取得了较好的防护效果。

表6 热风进系统处的壁温

表7 热风出系统处的温度(湿度)

5 结论

介绍了一种9F级燃气-蒸汽联合循环供热机组的热风+气相缓蚀剂联合保养方法。从停用保护方式、停用保护装置，介绍了停用保护系统设计、保养实施过程、停用保护装置投用条件。在燃机热力设备停运期间，该方法简单易行、经济实惠、保护效果好，不会干扰燃气-蒸汽联合循环机组的启动操作和正常运行，对燃机电厂的设备停用保护提供了重要的指导。

[1] 王仁雷，曹荣，马东伟．纯十八胺停炉保护技术在300 MW亚临界机组中的应用[J]．发电与空调，2012，33(1)：18-20．

Wang R L，Cao R，Ma D W．Application of subcritical pressure boiler outage protection method using pure octadecanoic amines[J]．Refrigeration Air Conditioning & Electric Power Machinery，2012，33(1)：18-20．

[2] 张瀚升．火力发电机组停炉保护[J]．中国新技术新产品，2016 (18)：76-77．

Zhang H S．Furnace shutdown protection for thermal power generating units[J]．New Technology & New Products of China，2016 (18)：76-77．

[3] 王睿，何云信．气相缓蚀剂在锅炉停炉保护上的应用[J]．轻工科技，2014 (2)：39-39．

Wang R，He Y X．Application of volatile corrosion inhibitor in boiler shutdown protection[J]．Journal of Light Industry，2014 (2)：39-39．

[4] 杨天焱．浅谈几种停炉保护的应用[J]．科技创新导报，2013(3)：99-100．

Yang T Y．Several applications of furnace shutdown protection[J]．Science and Technology Innovation Herald，2013(3)：99-100．

[5] 张宏亮，冯礼奎，宋小宁，等．环己胺甲基脲气相缓蚀剂的缓蚀作用研究[J]．表面技术，2018，47(10)：56-61．

Zhang H L，Feng L K，Song X L，et al．Corrosion inhibition of cyclohexyl-aminomethyl-urea as volatile corrosion inhibitor[J]．Surface Technology，2018，47(10)：56-61．

[6] 张大全，高立新，周国定．国内外缓蚀剂研究开发与展望[J]．腐蚀与防护，2009，30(9)：604-610．

Zhang D Q，Gao L X，Zhou G D．Recent progress and prospect for corrosion inhibitor science and technology [J]．Corrosion and Protection，2009，30(9)：604-610．

[7] Zhang D，An Z，Pan Q，et al．Comparative study of bis-piperidiniummethyl-urea and mono- piperidiniummethyl-urea as volatile corrosion inhibitors for mild steel [J]．Corrosion Science，2006，48(6)：1437-1448．

[8] 陈建伟，刘祥亮，石素娟．“热风干燥+气相缓蚀剂”法在电厂机组停炉保养中的应用[J]．东北电力技术，2018，39(2)：52-54．

Chen J W，Liu X L，Shi S J．Application of “hot air drying and vapour phase inhibitor”on power unit maintenance[J]．Northeast Electric Power Technology，2018，39(2)：52-54．

[9] Ma Y，Li Y，Wang F．Corrosion of low carbon steel in atmospheric environments of different chloride content[J]．Corrosion Science，2009，51(5)：997-1006．

[10] 冯礼奎，楼华栋，赖建忠．联合循环余热机组停/备用腐蚀防护技术综述[J]．浙江电力，2018 (8)：86-91．

Feng L K，Lou H D，Lai J Z．Review on anti-corrosion technology for heat recovery boiler of combined cycle units during shutdown and stand-by[J]．Zhejiang Electric Power，2018 (8)：86-91．

[11] 胡忆沩．TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中有关“带压密封”条款的解读[J]．化工机械，2010(3)：391-394．

Hu Y W．Explanation of the clauses of "online leak sealing" in TSG R0004-2009 supervision regulation on safety technology for stationary pressure vessel [J]．Chemical Engineering & Machinery，2010(3)：391-394．

[12] 胡忆沩．TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程：工业管道》中有关“带压密封”条款的解读[J]．润滑与密封，2010，35(7)：111-114．

Hu Y W．Sketch of online leak sealing provision in Chinese "pressure pipe safety technology supervision regulation for industrial pressure pipe"[J]．Lubrication Engineering，2010，35(7)：111-114．

[13] 张大全．气相缓蚀剂的研究开发及应用中若干问题的探讨[J]．上海电力学院学报，2019，35(1)：1-7．

Zhang D Q．Key issues regarding development of volatile corrosion inhibitors and their application

[J]．Journal of Shanghai University of Electric Power，2019，35(1)：1-7．

[14] 韩兴存，林德雨，张金伟．复配气相缓蚀剂对多种金属大气腐蚀的综合保护作用研究[J]．材料保护，2019，52(1)：40-43．

Han X C，Lin D Y，Zhang J W．Anti-corrosion performance of volatile corrosion inhibitor mixture for different metals[J]．Materials Protection，2019，52(1)：40-43．

[15] 冯礼奎，于志勇，钱洲亥，等．碳钢用盐型气相缓蚀剂的缓蚀行[J]．腐蚀与防护，2019，40(1)：28-32．

Feng L K，Yu Z Y，Qian Z H，et al．Corrosion inhibition behavior of salt-type vapor phase corrosion inhibitor for carbon steel[J]．Corrosion and Protection，2019，40(1)：28-32．

[16] 李晓杰．单油酸(聚)甘油酯乳化剂的合成及其在不饱和十八胺缓蚀剂中的应用研究[D]．北京：北京化工大学，2015．

Li X J．Synthesis of oleic acid (poly)ester emulsifiers and its application in unsaturated octadecylamine [D]．Beijing，China：Beijing University of Chemical Technology，2015．

Research on Technical Scheme for Shutdown Maintenance Design of 9F Class Combined Cycle Heating Unit

YANG Jun1, PAN Xiaolei1, CAI Longhai1, ZHANG Daquan2*, ZHU Chong1,2, YAO Yong1

(1. Huadian Fengxian Gas Turbine Power Generation Co., Ltd., Fengxian District, Shanghai 201404, China; 2. School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University of Electric Power, Yangpu District, Shanghai 200090, China)

In thermal power plants, the corrosion of main equipment can cause major safety hazards and economic losses. Thus, it is very important to take proper maintenance for thermal equipment in power plant during shutdown. A maintenance method of hot air combined with vapor phase corrosion inhibitor was developed for the water vapor system of waste heat boiler in the 9F class gas-turbine combined cycle generation unit. The protection for the thermal equipment was achieved by reducing the inner moisture and injecting vapor phase corrosion inhibitor. The design and implementation of the shutdown maintenance system were described in detail. The actual operation of this maintenance in electric power plant shows the advantages of low cost, simple operation and high protection efficiency. The maintenance of hot air combined with vapor phase corrosion inhibitor has the great guiding significance for the protection of thermal equipment and other related machinery during shutdown.

9F gas-steam combined cycle generation unit; vapor phase corrosion inhibitor; shutdown maintenance

10.12096/j.2096-4528.pgt.19129

TM 621

国家自然科学基金项目(51571140)。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51571140).

2019-12-02。

(责任编辑 杨阳)