间冷循环水离子交换处理装置的应用与功效 薛常海 杨堃

发表时间:2020/7/20   来源:《中国电业》2020年2月5期   作者:薛常海 杨堃
[导读] 内蒙古京能康巴什热电有限公司间接空冷系统在投运初期
        摘要:内蒙古京能康巴什热电有限公司间接空冷系统在投运初期,由于循环水pH值升高,2台机组间接空冷系统272个冷三角管束在底部管箱与管板接口处均发生局部腐蚀并泄漏。对泄漏的管束进行检查,分析出铝管腐蚀的原因,提出了不吊装冷三角、对局部腐蚀管束的腐蚀部位加装衬管的方案,为避免同类型事件发生在本项目,我公司专门对此进行分析并自行设计了小阳床装置,安装在主机间冷塔内,有效控制了循环水的pH值,保证了机组的正常稳定运行。
        关键词:间冷循环;水离子;交换处理装置
        1概述
        内蒙古京能康巴什热电有限公司2×350MW超临界机组主机循环水通过2个独立的间冷塔冷却,每个间冷塔散热器由136个24m高的独立冷三角组成,冷三角散热管规格为25mm×1mm(直径×壁厚),(补充管材材质及型号)管束内壁采用了一种弱碱性的钝化方法——MBV法。2013年11月,2台机组168h试运期间,主机间接空冷循环水pH值一周内由7.0上升至9.2,虽然进行了大量的换水,但由于受化学制水量所限,间接空冷循环水水质仍不能得到有效控制,冷三角底部管束与管箱接口处出现腐蚀现象,并逐渐发生泄漏。管束泄漏部位及腐蚀情况分别见图1、图2。
       
        内蒙古京能康巴什热电有限公司1号、2号机组循环水系统储水量约为15000t、19000t,每台机换水量约20t/h,换水周期为15d,且效果还不明显。若循环水pH值不能得到及时的控制,不仅会浪费大量除盐水,而且会导致间冷塔冷三角管束二次泄漏,造成机组长时间停用。
        2腐蚀原因分析
        循环水pH值的高低直接影响着间接空冷冷三角管束的腐蚀性能,当循环水pH值控制在4~8.5时(补充pH值处于该阶段时不容易腐蚀),pH值越高,冷三角管束的腐蚀速度越快。综合分析间接空冷系统设备制造、安装、运行情况,认为循环水pH值升高的原因主要有以下几方面的可能。
        (1)铝管质量
        铁是铝硅合金中最为常见的一种杂质,通常以粗大针状晶体割裂基体,损害合金的力学性能,对铝的强度与塑性、抗腐蚀性能、加工性能以及高温性能等均有影响。查阅厂家提供的铝管质量证明书,得知铝管中铁含量为0.13%~0.15%,符合《GB/T3190—2008变形铝及铝合金化学成分》对1050A牌号铝合金成分的技术要求。
        (2)生产加工过程中的某个环节或工序对铝管质量产生影响
        经了解,生产厂家管束内壁处理工艺如下:管束穿胀—除去制作过程中的油污—2遍水洗(清洗脱脂残留)—酸洗(将材料表面氧化物除去)—清水洗—钝化(材料表面形成钝化保护层)—清水洗(洗去钝化残留)—加热封孔(加强保护层的防腐能力)。从管束出厂前的加工流程中可以看出,为了使铝管内壁不受水或其他腐蚀介质的影响,出厂前对管束内壁采用了一种弱碱性的钝化方法——MBV法,钝化完毕后采用自来水对管束内壁进行了简单地冲洗,再未做任何处理,残留在管内的Na+、Cl-为腐蚀创造了最基本的条件。在设备投运初期将会使循环水的pH值逐步升高,随着运行时间的延长,pH值升高的速度逐步减慢。这也说明了在无任何水质污染的情况下,循环水pH值升高的原因。
        (3)系统问题
        间接空冷循环水系统虽然总体来说是闭式循环系统,但地下水箱、高位水箱人孔及每个扇区的排空管道均与大气相通,空气中的氧气进入循环水后,与残留在铝管束内壁的Na+、Cl-发生化学反应,导致间接空冷冷三角铝管产生腐蚀。其化学反应基本原理如下:

        在干燥的空气中铝表面会形成一层致密的保护膜Al2O3,起到保护作用。但是在含有Na+、Cl-的介质中该层保护膜被破坏,导致破坏的地方呈活化状态为阳极,未受破坏的保持钝态为阴极,形成一个原电池反应,进而快速产生腐蚀。
        3处理措施
        因间接空冷循环水管线较长、管径大,储水量较大,仅通过换水控制间接空冷循环水pH值的常规方法并不可行。为此,京能秦皇岛热电有限公司经多方调研与研究,决定在主机间冷塔内安装一座间冷循环离子交换装置,用于降低主机循环水的pH值。
        1)装置构造
        该装置主要由前置过滤器、阳离子交换器及附属管道阀门组成。其中前置过滤器过滤精度为5μm,本体及附件采用304SS不锈钢,滤芯材质为PP熔喷滤芯,数量为50支,集水装置采用多孔板,滤芯布置均匀,防止局部偏流;阳离子交换器为焊接碳钢结构的立式柱形容器,本体内部衬胶厚度为5mm(内层3mm,外层2mm,交叉粘贴),本体外部管系为无缝钢管衬厚3mm的天然无硅橡胶一层。内部部件材料均为不锈钢316L。前置过滤器主要作用是过滤间冷循环水系统内的泥沙等颗粒杂质,阳离子交换器主要作用是除去循环水内部分阳离子。技术参数分别见表1、表2。
        2)工作原理
        该阳床的制水量约40t/h,阳床进水从间冷塔扇区进水母管上的呼吸阀引出,经前置过滤器过滤掉泥沙等颗粒杂质后,再进入阳离子交换器,由阳离子交换器除去循环水中的一部分阳离子(钾、钙、钠、镁、铝、铁等离子),同时释放出一部分氢离子,氢离子与水中的氢氧根离子反应生成水,不会额外添加其他杂质离子,同时有效降低了循环水pH值,使间冷管束的碱性腐蚀得到有效控制。合格的循环水排入地下储水箱,地下储水箱的水通过水箱内的补水泵打入循环水系统内,经过反复的闭式循环,达到控制与改善主机间冷循环水水质的目的。避免了因PH值高而引起管束的腐蚀。
       
       
        自2019年11月起,该装置在京能秦皇岛热电有限公司连续投运约6个月,主机循环水pH值稳定在7.5~8.0。pH值稳定后根据水质化验情况每月投运1次小阳床(8月底停运),每次投运时间约为1周,截至到目前,循环水pH值再未出现上升的情况。据统计,投运该套装置25次,总计节省除盐水费用约50万元,
        4结语
        间冷循环水旁流离子交换装置加装在间接空冷循环水系统中,解决了京能秦皇岛热电项目1号、2号机主机间冷循环水水质不合格的问题,避免了主机间冷冷三角管束的腐蚀和泄漏,在保证机组安全稳定运行的同时,极大地降低了生产成本。
        参考文献:
        [1]王健. 弱酸阳离子交换系统在循环水处理中的应用[J]. 热力发电, 1993(04):24-29+35+64.
        [2]何多强. 钠离子交换软化在循环水处理中的应用[J]. 工业水处理, 1989(01):47-48.
       
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