凝结水精处理高混投运造成水汽PH值降低的原因分析及防治措施

凝结水精处理高混投运造成水汽PH值降低的原因分析及防治措施

摘 要：高参数大容量直流炉热力水汽系统中，PH值指标在金属腐蚀的影响因素中占有重要位置，文章结合威信第一发电厂凝结水精处理高混投运造成炉水PH值降低的原因及危害进行分析，并提出防治措施以保证热力系统得以安全经济运行，进一步阐明热力水汽PH值指标监控的重要意义。

关键词：凝结水；高速混床；PH值；降低

随着火力发电机组高参数大容量的不断提高，对锅炉给水水质的要求也越来越高。凝结水流量占给水流量的95%左右，凝结水水质在很大程度上决定了锅炉给水水质，特别是超临界直流炉汽水工况的特殊性，从凝结水到主蒸汽是一次完成的，无汽包等中间容器，无法通过锅炉排污排出中间杂质腐蚀产物对机组的安全和经济运行带来很大危害。凝结水精处理系统正是为了保证超高压机组具有优良给水水质而设置的，一旦其工况运行异常，必然引起给水水质的异常，为了确保机组的安全经济运行首先必须促使凝结水精处理设备和运行技术不断改进和完善，达到较高水平。

威信云投粤电扎西能源有限公司第一发电厂2×600 MW机组，锅炉为DG-1962-/25.4-‖8型超临界W火焰垂直管圈水冷壁变压直流炉，给水质量严格按国家标准控制：硬度为0 umol/，二氧化硅小于10 ug/L，全铁5 ug/L，氯离子小于2 ug/L，高混溶解氧小于7 ug/L，PH为9.2～9.6。

机组凝结水、给水采用加氨和联氨的还原性规范处理，凝结水加药点设在精处理出口母管上，给水加药点设在除氧器下降管上。凝结水精处理采用美国U.S.Filter公司的高塔分离法体外再生工艺，失效树脂从高速混床输送到树脂再生系统进行树脂分离，阴阳树脂分别经过空气擦洗、反洗若干次水清后，再进行再生、置换、阴/阳再生塔正洗合格后，将阴树脂输入阳再生塔空气混合、充水、正洗合格后备用。采用这种工艺再生的高速混床出水水质控制标准如下：PH值为6.5～7.5；电导率为≤0.2 us/cm，二氧化硅≤0.5～3 ug/l，铁小于3 ug/l，氯离子小于1 ug/l。

#1机组自2012年10月下旬投运至今，化学水汽品质合格率99.5%水汽监督未发生异常，但是，2013年6月初#1机组凝结水100%精处理时，定期分析过程中发现了热力系统凝结水、给水、启动分离器、蒸汽PH值下降至8.4左右的水汽品质异常情况，后经过及时采取处理措施，使下降的PH值尽快恢复正常。

当时凝结水精处理高速混床采取两运一备投运方式，运行床未失效，各监控指标正常工况下，运行人员通过增大加氨量的方法来提高下降的汽水PH值，但没有彻底解决。增加加氨量后，凝结水，给水，炉水PH稍有提高，约至9（用台式和在线PH表校正分析过）就难以再上升，但相应的电导率却明显升高。依据对两用一备高混运行中树脂偏流的工况观察，经过对比分析，判断有一台运行高速混床树脂漏入高温高压热力系统中是造成#1机组水汽PH值普遍下降的主要原因；高速混床底部出水装置水罩帽松动，树脂捕捉器破损是造成漏脂的根源。

及时采集各水汽样化验，测定混床出口母管氯离子为1.5 mg/L，Na+为0.05～0.1 ug/L，给水、炉水、蒸汽二氧化硅为3～4 ug/L，铁离子15～20 ug/L，且高速混床出水PH值5.2～6.3，显酸性。通过采取投运备用高速混床轮流切换运行混床，短时增开旁路，增大加氨量等措施，24 h后水汽PH值回升迅速，调整稳定在9.2～9.6。

1 运行高速混床漏脂的原因分析及危害

1.1 设备缺陷引起树脂漏入热力系统

再生系统阳塔内备用混合树脂送至混床时，程序设计为先气送再水汽送的输脂方式，气送时树脂时调整不当会使混床内树脂层压实残留的空气被包裹在树脂层之间，虽然投运前混床处于满水状态，但升压缓慢，混床投运后几分钟就发生树脂偏流现象，形成高速带气运行，周期制水量不高。为减少再生操作，增加制水量，运行采取一床多次混脂方式，容易引起高速混床底部出水装置水罩帽松动，经常性从树脂捕捉器底部通入空气混脂也会造成捕捉器损伤，为破碎树脂和树脂粉末漏入热力系统创造条件。

1.2 树脂漏入热力系统中，在高温高压下，降解产物使水

汽PH值下降

运行高速混床底部水帽松动脱落，强酸阳树脂从树脂捕捉器漏入热力系统后，分解出硫酸根，炉水PH值很快由9左右下降到8或着更低，直接证明了强酸阳树脂在热力系统中分解出了硫酸根离子。

根据离子交换树脂的热稳定性，OH型阴树脂在60℃开始解降，150℃即会在水中迅速降解；H阳型树脂在150℃开始解降，200℃即会在水中迅速降解，它们降解的产物——无机离子有机物会污染热力系统的水汽品质。阴树脂的分解产物使溶液PH升高3左右，呈碱性，胺基化合物从树脂骨架上脱落，变成水溶性胺；阳树脂的分解产物使溶液PH降低3左右，呈酸性，磺酸基从树脂骨架上脱落在水溶液中形成硫酸。所以，在发电厂水汽系统中，一旦有离子交换树脂漏入热力系统中很就快发生分解，阳树脂分解后的产物使水汽PH下降，阴树脂分解后的产物使水汽PH上升；漏入的树脂量越大，其分解产物对水汽系统的PH值影响越大。溶液PH值的如此大变化必然会导致发电厂水汽系统的热力设备腐蚀。

高温高压下，阴、阳树脂都会分解释放出低分子有机酸，主要是乙酸。强酸阳树脂分解的低分子有机酸是强碱阴树脂的3～4倍，可高达100 mg/L，这是因为，强酸阳树脂在高温高压下降解后变成弱酸阳脂，其羧酸基团在高温高压下脱离树脂骨架能生成乙酸；高温高压下，阴、阳树脂还会分解释放出大量无机阴离子，阳树脂可分解出1 000～2 000 mg/L的硫酸根离子，阴树脂可分解出100～500 mg/L的氯离子。树脂量越多，处理时间越长，压力越高，分解出的无机阴离子越多，但在2 h后，无机阴离子的浓度基本保持不变。1.3 高混出水漏氯离

子引起汽水PH下降

混床内阴阳树脂分布不均运行中混床出水漏出少量氯离子，虽然浓度很低，但凝结水流量很大，进入热力系统中浓缩，使汽水PH下降。给水采用全挥发性处理方式，氯离子往往以氯化铵的形式进入水汽系统，并发生如下反应：NH4Cl+H2O-﹥NH3+HCl，在高温高压水汽循环系统中氨比HCl容易挥发使PH逐渐下降。例如，某电厂在凝结水混床将要失效前电导率变化不大，但混床出水已经漏氯离子，其浓度常在3～13 ug/L，有时更高，使炉水、蒸汽PH值低于7。

1.4 杂质离子造成汽水PH值低引起的金属腐蚀危害

高参数大容量直流炉热力水汽系统中，PH值在金属腐蚀的影响因素中占有重要位置。PH值过低，会立即形成热力设备管道的冲击性腐蚀，会造成金属使用寿命缩短，而且因金属腐蚀产物转入给水中，使给水杂质增多又会缩短在热负荷高的受热面的结垢过程，形成垢下腐蚀，这种恶性循环会迅速导致爆管事故的发生。早在20世纪90年代初国外就指出凝结水精处理氢型混床出水漏氯离子和硫酸根离子是长期普遍存在的问题。氯离子和硫酸根离子都是金属腐蚀性离子，美国电力科学研究院相关研究指出在酸碱性、中性条件下，硫酸盐均会增大对不锈钢对应力腐蚀破裂的敏感性，国内相关人员也通过研究发现，在酸性环境中，氯离子和硫酸根对应力腐蚀破裂随其浓度增加而增大，表现为穿孔腐蚀，酸性腐蚀，应力腐蚀，给热力设备带来极大安全隐患。为防止出现酸性水引起热力设备金属腐蚀造成超温爆管事故，所以必须加强汽水PH指标的监控调整处理工作。综上所述，精处理高速混床作为凝结水的二次净化处理设备是炉水蒸汽输送净洁水源的咽喉，如何提高凝结水精处理水平，保证水汽品质，搞好精处理的安全稳定运行是我们每位水处理工作者的主要职责。

2 防治运行高速混床漏脂的解决方案

①立即解列有缺陷的运行混床，退出床内树脂，消除水罩帽和树脂捕捉器缺陷，加强树脂的再生处理。

②加强运行人员业务技能培训，熟悉设备性能，了解高混内部结构及材质特性，查找分析混床周期制水量少的原因，加强对隐蔽性缺陷的挖掘分析。

③调整改善树脂输送方式，完善程控设计，减少混脂频率；避免混床带气运行。

④加强再生系统树脂反洗操作，清除破碎树脂，观察阴阳树脂量，调整合适参配比例。

⑤仪表人员加强对在线PH表的校正检验，化学值班员加强对设备的巡检和水质化验分析，确保设备的可靠性和化验的准确性。发现异常情况及时查明原因，采取措施，尽快使水汽品质恢复正常。

⑥对氯离子、硫酸根离子等的检测难以精确检验，建议采用离子色谱或其它简捷方法检测。

3 结 语

高参数大容量直流炉热力水汽系统中，PH值指标在金属腐蚀的影响因素中占有重要位置，为防止出现酸性水引起热力设备金属腐蚀，甚至超温爆管，所以必须首先加强汽水PH值指标的监控。

汽水PH值降低的因素很多，除上述因混床缺陷漏脂产生的原因外，凝结水、给水加氨处理过程也会将其中的二氧化碳转移到炉水中。另外，凝结水、给水的溶解氧超标等都会影响汽水PH值。火力发电机组水汽质量标准规定，当汽水PH<9.0时可能发生腐蚀，应在72 h恢复至控制；汽水PH<8.5时，肯定会发生腐蚀，应在24 h恢复至控制值；汽水PH<8.0时，正在发生快速腐蚀，应在4 h恢复，否则机组停运。因此，研究给水中杂质对水汽PH值影响有重要意义。

参考文献：

[1] 周柏青.热力发电厂水处理[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 谢学军.热力设备的腐蚀与防护[M].北京：中国电力出版社，2012.

[3] 魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M].北京：化学工业出版社，2004.