氨水碱化烘干法在停炉保养中的应用效果

杨春艳，赵晓丹

(1.广州珠江天然气发电有限公司运行部，广东 广州 511458； 2.上海电力大学环境与化学工程学院，上海 201306)

广州珠江天然气电厂为两台9F级燃气—蒸汽联合循环机组，炉型为三压再热卧式无补燃自然循环余热锅炉，燃料采用深圳大鹏液化天然气(LNG)。停(备)用热力设备防锈蚀原理是在金属设备表面形成一层具有良好防腐作用的保护膜(保护剂膜或金属氧化膜)，从而降低热力设备在停炉期间的腐蚀速率。如若不采取保护措施或保护措施不当，外界空气进入后，整个热力系统金属表面会遭到溶解氧的腐蚀，其腐蚀速率将远远大于运行期间的腐蚀速率[1]。因此，采用何种停炉保养方式减缓腐蚀，提高机组停运期间的安全性，延长设备使用寿命是必须考虑的重要技术问题[2]。广州珠江天然气电厂作为调峰机组，从2007年投产以来，大小修及临停期间的保养，先后采用过氨—联胺—氮气法、纯十八胺法、高温成膜胺法等。这几种停炉保养方式，操作复杂、人力物力消耗大，投资成本高，而且含碳有机保护剂加进水汽系统中，在开机过程中氢电导率严重超标，从而增加了水汽系统的腐蚀风险[3]。因此，改进停炉保养方式对机组安全经济运行具有重要意义。

1 停炉保养方式的选择

根据停炉保养导则，主要应从机组参数、类型、给水处理方式及停用的时间长短来考虑选择合适的保养方式，可操作性和经济性也是重要的参考因素[4]。

广州珠江天然气电厂投产以来采用过的停炉保护剂特点如表1所示。从表1可以看出，氨水碱化烘干法具有以下优点：适用范围广，有无检修工作均可操作；与机组运行所采用的给水处理工艺兼容，无需增加加药设备；操作简单；无含碳有机保护剂，对机组停运和重新启动水质无影响；缩短了机组启动时冲洗时间，节约了启动用除盐水量；对化学在线仪表无影响，减少了在线仪表维护费用；保养成本低。

表1 停炉保护剂的特点[5-8]

广州珠江天然气电厂给水系统为无铜系统，根据DL/T 956—2017《火力发电厂停(备)用热力设备防锈蚀导则》，可采用氨水碱化烘干法停炉保养。

氨水碱化烘干法的原理就是将水汽pH值提到9.6～10.5，热炉余热烘干。铁-水体系电位-pH值平衡图如图1所示。由图1可知，随着溶液电位的升高，高价的离子以及高价氧化物将显得更加稳定，当pH值逐渐上升，能够稳定存在的物质类型也从金属的简单阳离子转变为非离子态化合物，当pH值接近10.0时，铁在碱性溶液中形成Fe3O4，而Fe3O4是一种致密的磁性氧化物，它覆盖在管壁上形成了铁的保护膜。因此氨水碱化烘干法就是通过加大凝结水、给水的加氨量，使凝结水、给水和炉水的pH值达到9.6～10.5。由于氨在汽液两相中有较高的分配比，氨将大量挥发进蒸汽中，蒸汽的pH值将接近10.0。氨水碱化后整个汽水系统都将形成一层铁氧化物的保护膜，从而降低热力设备在停炉期间的腐蚀速度。

图1 铁—水体系电位-pH值平衡图

2 停炉保养的实施

氨—联胺—氮气法、纯十八胺法、高温成膜胺法和氨水碱化烘干法4种停炉保养方式操作要点如表2所示。氨水碱化烘干法操作最简便，氨—联胺—氮气法次之，纯十八胺法(加药装置见图2)、高温成膜胺法(加药装置见图3)操作繁琐，技术要求高，特别是高温成膜胺法，加药至凝汽器汽侧负压区，需专人操作和看护。

图2 纯十八胺法加药装置

图3 高温成膜胺法加药装置

表2 停炉保养方式操作要点

3 停炉保养效果对比分析

广州珠江天然气电厂实施4种停炉保养方法的时间周期见表3。

表3 4种停炉保养方法实施周期

3.1 机组启动过程铁含量的变化

不同停炉保养方法机组启动过程铁含量的变化如图4所示。从图4可以看出，氨—联氨—氮气法铁含量最高；纯十八胺法和高温成膜胺法铁含量偏高且因金属表面形成保护膜不均匀，导致各部位铁含量不同。氨水碱化烘干法铁含量低且各部位保养均匀，保养效果最好。

图4 不同停炉保养方法机组启动过程铁含量的变化

3.2 机组启动过程氢电导率的变化

纯十八胺法和高温成膜胺法，要求停机加药过程和启动冲洗初期不能投入在线仪表。不同停炉保养方法机组启动过程氢电导率的变化见图5。在运行初期，纯十八胺法和高温成膜胺法的氢电导率无数据，投运在线仪表后，氢电导率明显高于氨—联氨—氮气法和氨水碱化烘干法；氨—联氨—氮气法和氨水碱化烘干法的氢电导率快速降至正常运行水平(当日)，而纯十八胺法和高温成膜胺法的氢电导率需要约8 d才能降至正常运行水平。

图5 不同停炉保养方法机组启动过程氢电导率的变化

4 经济性对比分析

4种停炉保养方法经济性对比分析见表4。从表4可以看出，氨水碱化烘干法操作简单，投资成本低。纯十八胺法和高温成膜胺法，保护剂中的含碳有机物是汽轮机冲转后氢电导率长时间超标的主要原因。以含碳有机物为主要成分的保护剂在高温高压蒸汽中会分解出低分子有机酸，可能会造成汽轮机运行腐蚀。

表4 4种停炉保养方法经济性对比分析

5 结语

广州珠江天然气电厂采用氨水碱化烘干法停炉保养，经过3年(2019—2021年)的实践，证明这种方法是可行的，并且操作简单、投资成本低。机组检修后启动开机，水质氢电导率快速合格；铁含量处于较低水平，给水铁含量不高于21 μg/L，机组汽水铁含量不高于33 μg/L，远小于启动标准75 μg/L要求，达到了良好的停炉保养效果。

由于燃气—蒸汽联合循环机组大多为调峰机组，特别是我国天然气供应紧张，设备停用时间多，停炉保养工作对于燃机电厂来说尤为重要。燃气—蒸汽联合循环的水汽系统有自身的特点，通过比较、分析、研究，摸索出一套适合本厂机组的停用保养方法——氨水碱化烘干法(适用于无铜机组)，可保证机组的安全经济运行。