凝汽器结垢腐蚀原因及运行控制

张玉凤(中国石油锦州石化公司热电公司，辽宁 锦州 121001)

0 引言

随着水资源的日益紧张和环保对废水排放要求的日趋严格，排污与节水的矛盾也越来越突出，尤其是电厂循环水系统。循环水系统补水、排污直接关系到循环水浓缩倍数高低，从而影响到凝汽器的冷却效率和其受腐蚀、结垢情况。本文通过对凝汽器铜管的结垢、腐蚀情况分析，进一步阐述引起腐蚀结垢的原因，并提出日常抗腐蚀、结垢的调节手段。

1 凝汽器铜管的结垢、腐蚀状况

电厂凝汽器换热铜管使用的材质为海军黄铜，是一种锌锡铜的合金，其特点是换热效果好，由于元素锡的添加，具有良好的抗腐蚀性，弥补了其抗腐蚀性不如不锈钢的弱点，适用于电厂凝结水系统。根据化学检查导则，在汽轮机停机大修期间，对循环水系统凝汽器进行清洗，并进行化学监督检查。

1.1 结垢情况

容器内检查发现，凝汽器出口铜管均有轻微结垢现象，经高压水枪冲洗后，斑驳脱落，垢呈白色，附着力强，系典型的碳酸盐垢，入口铜管处结垢现象不明显。

1.2 腐蚀情况

经检查，凝汽器黄铜管上有点蚀现象。铜管内有沉积物，有轻微的沉积物下点蚀现象。在实验室酸洗后，出口铜管两次的沉积量为3.51 mg/cm2(2019年)，1.23 mg/cm2(2020年)。

2 结垢原因分析

循环水系统在运行过程中，当水质处理不当时，往往会在凝汽器铜管内生成比较坚硬的碳酸盐(CaCO3)水垢，主要有以下几个原因。

2.1 盐类浓缩

循环冷却水为生水，在循环过程中含盐量不断增加。

浓缩倍数=循环水中Ca2+浓度/补充水中Ca2+浓度(仅限钙Ca2+含量不超过高限值时，使用计算浓缩倍数公式)。

循环水的浓缩，会使某些离子的含盐量超过其难溶盐类的溶度积而析出，其中以钙盐、镁盐的析出危害最大，循环水补水均为地下水，为高硬度水，水中钙、镁硬度较大，所以水的浓缩更容易有结垢型盐类析出。

2.2 循环水脱碳

循环水在水塔和凝汽器之间循环反复运行，在通过凉水塔时会有脱碳现象发生。根据水质概念，循环水中的钙、镁重碳酸盐和游离CO2存在以下平衡：

当循环冷却水在冷却塔内与空气接触时，水中原有的CO2会大量逸出，使平衡向生成碳酸钙或氢氧化镁的方向移动，而产生水垢。

上述反应产生的CaCO3、MgCO3等均属于难溶性盐，它们的溶解度比起Ca(HCO3)2要小的多，同时，它们的溶解度与一般盐类还不同，其溶解度不是随着温度的升高而加大，而是随着温度的升高而降低，属于反常溶解度的无机盐[1]。在换热器传热面上，这些难溶的盐很容易达到饱和状态而从水中析出，形成水垢。这些水垢会漂浮在循环水中，随着浓缩倍数增加，慢慢附着在铜管表面，形成坚硬的水垢。

2.3 循环水温度上升

循环冷却水的温度在凝汽器内上升后，一方面降低了钙、镁碳酸盐的溶解度，另一方面使碳酸盐平衡关系向右转移，提高了平衡CO2的需要量，从而使产生水垢的趋势增加。

循环冷却水中，由于受到水中悬浮颗粒、腐蚀产物、铜管表面粗糙程度等因素的影响，在过饱和度较低时就可能有盐类析出，特别是在凝汽器铜管内表面处，更容易形成水垢。因为在铜管表面处的水温较高，而且存在很薄的滞留层，滞留层内碳酸盐的过饱和度比铜管中心处水流中的过饱和度高。

2.4 微生物黏附

循环水水温适合微生物生存，微生物的黏附也促进了污垢的形成。微生物的黏附特性促进污垢沉积，水中水垢和污垢形成的过程分为结晶、聚合和沉积三步，水中的胶体物质、微生物粘泥、悬浮物等的絮凝架桥作用使晶粒物质聚集到一起，微生物的黏着性起到了粘合的作用，促进了污垢沉积，这些有粘性的垢会牢固的附着在凝汽器表面。

2.5 循环水浓比和碱度控制

根据最新循环水场设计运行规范，循环水运行时要保证循环水碱度和钙离子之和小于1 100[2]。其计算方法为：碱度钙离子之和=钙离子×2.5+碱度×50。

从表1看出，浓比高、水中钙离子含量较高时，循环水的碱度就需要控制在较低的数值，保证水质无结垢倾向；钙离子含量高，碱度高，水质为结垢型。

表1 碱度～钙离子数据表

3 电厂凝汽器腐蚀原因

在循环冷却水中，在低温区可能产生游离CO2的酸性腐蚀，水中溶解氧是饱和的，因此容易产生氧的去极化腐蚀，另外，盐类浓缩、温度上升、沉积物沉积和微生物滋长等，都是促进腐蚀的因素。

3.1 酸量控制不稳定

循环水加酸是为控制水垢的产生，目前循环水加酸系统采用的自动加酸系统，即可通过在线仪表对循环水控制目标pH值进行设定，从而控制循环水加酸量，但是在仪表异常或加酸管线堵塞或破损的情况下，易造成加酸量不稳定或跑酸的现象，使循环水加酸量过大，引起系统腐蚀。

3.2 微生物粘泥附着

粘泥附着易造成严重的局部腐蚀，粘泥附着最严重的危害在于因垢下缺氧而产生的电化学腐蚀，即垢下腐蚀，这种腐蚀是非均与性的，集中于局部部位，腐蚀速度快，易造成换热器穿孔。粘泥附着影响传热，使循环水换热面的污垢热阻值增加，换热凝汽器效率降低，其危害性高于结垢腐蚀带来的影响。

3.3 微生物腐蚀

微生物腐蚀是一种特殊类型的腐蚀，它是由微生物直接或间接地参加了腐蚀过程所起的金属毁坏作用。微生物腐蚀一般不单独存在，往往总是和电化学腐蚀同时发生的，两者很难截然分开。引起腐蚀的微生物基本为细菌及真菌，但也有藻类及原生动物等。在大多数场合下都可看作是各种细菌共同作用造成的危害。微生物影响腐蚀主要是通过电机电位和浓差电池反生变化而间接参与腐蚀作用这条途径。主要细菌繁殖所形成的粘泥在金属表面，破坏了保护膜，构成局部电池。

4 结垢、腐蚀的危害

(1)凝汽器结垢，会直接影响汽轮机真空度和端差，真空恶化1%，汽耗增加1%～1.5%，当蒸汽量不变时，会降低机组发电效率。凝汽器铜管表面结垢，会增加水流阻力，降低冷却水的流量，进一步加剧垢的形成。由于垢的导热系数很低，结垢会急剧降低凝汽器的传热系数，影响汽水换热效率。 结垢型水质会造成冷却塔和填料结垢，降低水塔冷却效率，甚至会使填料支撑架压断。当凝汽器铜管内积有污垢而影响传热时，需要在停机时进行机械清理，既减少发电量还要耗费大量人力物力。如果经常使用化学方法清洗，会造成铜管的损伤。

(2)铜管的垢下腐蚀，易导致铜管穿孔、破裂，最终导致铜管泄漏。泄漏使循环水渗入到凝结水中，影响凝结水水质，凝结水产生硬度，进一步影响锅炉给水质量，锅炉水的pH值、磷酸盐、电导率、氯根数值会出现异常，且无法通过日常排污、加药手段来进行调节，长时间泄漏会造成锅炉水汽系统热力腐蚀，腐蚀不可逆，易发生爆管等事故。蒸汽品质恶化，影响装置产品质量，造成汽轮机叶片积盐。

5 预防措施

提高对循环水处理的认识，加大循环水处理力度，合理处理循环水浓比控制和节水之间的矛盾，力求在做到节水的同时又能把浓比控制在循环水不结垢的范围内。

5.1 加强水质指标的日常控制

加强日常加酸控制，严格监测水质pH值，保证循环水pH值在指标6.8～8.0范围内。减少铜管的结垢、腐蚀。循环水的浓比控制，非取暖期控制循环水的浓比在2.5～3.2之间，保证水质钙离子浓度不超过高限值，无结垢倾向。

5.2 控制好日常加药

加强杀菌剂、阻垢剂、铜缓释剂的投加，在非取暖期，增加铜缓释剂的投加量，做好防腐工作。根据水塔藻类的滋生情况，及时调整杀菌剂的投加数量。控制住水塔内的藻类，预防粘泥的形成，减少垢下腐蚀。针对附着在换热系统内的黑棕色附着物，要控制分散剂的加入量，破坏胶体形成链，断掉杜绝微生物粘泥大面积形成。

5.3 做好凝汽器的预膜清洗工作

定期对循环水循环系统凝汽器进行清洗预膜，采用强力清洗剂在一定pH值范围内进行硬垢清洗，清洗附着在铜管表面的水垢，清洗结束后用预膜剂在铜管及附属设备表面镀上一层新的磷系保护膜，防止产生腐蚀速率速度很大的初腐蚀，增加凝汽器铜管的抗腐蚀能力。

6 结语

凝汽器铜管的结垢、腐蚀影响到凝汽器换热效率和汽轮机的安全、经济运行。循环水水质的日常监督管理是避免、减少换热设备腐蚀结垢的主要手段。调节好浓缩倍数，做好日常加药，配合定期杀菌、剥离及清洗预膜是水质运行调节中的重要措施，定期核算水中离子含量，确保水质为非结垢型、非腐蚀型水质，减少凝汽器的腐蚀、结垢。