减缓闭冷水系统的腐蚀分析及运行方案

赵 静

（上海电力股份有限公司吴泾热电厂，上海 200241）

1 闭冷水系统

1.1 系统结构

吴泾热电厂11号和12号机组（300 MW）的闭冷水系统，是一个补充除盐水的闭式循环回路，其功能是为各辅助设备提供冷却用水以及轴封用水。闭冷水系统的特点是冷却水用量大、冷却对象多，冷却水质的优劣不仅影响冷却器的冷却效果，而且直接影响机组的安全运行。

闭冷水系统一般由膨胀水箱、冷却水泵、冷却器和被冷却设备组成。冷却设备包括：冷油器、闭冷器、氢冷器、给泵电动机冷却器、定冷器、取样冷却器、仪冷器、一次风机冷油器及输送风机、吸风机冷油器及磨煤机冷油器、炉水循环泵冷却器、空预器轴承冷却器、空压机站冷却器等设备。冷却器的材质为铜（B10），管路阀门的材质大多为碳钢也有黄铜的，部分冷却设备的材质还采用不锈钢。

GB／T 12145-2008对燃煤电厂闭冷水的水质要求是：材质为全铁系统时（25℃），电导率要小于或等于30μS／cm，p H值要小于或等于9.5；材质为含铜系统时（25℃），电导率要小于或等于20 μS／cm，p H值要小于或等于8.0～9.5。吴泾热电厂300 MW机组的闭冷水系统的结构示意图如图1所示。

1.2 存在腐蚀隐患

1）铜含量高、p H值低、换水量大 按照GB／T 12145-2008对闭冷水的水质要求，发现相关指标偏高，判断闭冷水系统可能存在腐蚀隐患。通过排摸1999—2008年的闭冷水水质年报数据，发现闭冷水系统存在的主要问题：一是，闭冷水铜含量逐年升高，例如：1999年水的铜含量为30μg／L，到2008年上升为175μg／L。二是，p H值偏低，国家标准要求25℃时p H值小于或等于8.0～9.5，而1999年统计的p H值为6.92，到2008年下降为6.3。三是，运行中多次发生冷油器漏油，且泄漏次数逐年上升，只能通过系统换水才能维持正常水质。例如：1999年统计的换水量为5 t，到2008年上升为35 t。

图1 闭冷水系统示意图

总之，闭冷水系统出现铜含量逐年升高、p H值逐年偏低、换水量逐年增大，证实了闭冷水系统确实存在腐蚀隐患。1999—2008年闭冷水水质数据汇总如表1所示。

表1 闭冷水水质年度数据汇总

1.3 查找腐蚀原因

1）追溯历年水质月报数据 由于闭冷水的补水源采用化学二级除盐水，而二级除盐水水质超纯，大气中的二氧化碳极易从冷却设备的泄漏处渗入，影响闭冷水的p H值。2008年的闭冷水水质月报数据为：7月份到12月份，二级除盐水中二氧化碳的含量每月平均为2.2μg／L；7月份闭冷水中二氧化碳的含量为1 080μg／L，到12月份上升为1 100μg／L；7月份二级除盐水的p H值为7.02，到12月份下降为6.98；7月份闭冷水的p H值为6.35，到12月份则上升为6.45。

2）查证铜管腐蚀与p H值的关系 通过检索和查证有关铜管腐蚀的相关资料，由溶解的铜与水的p H值特性曲线［1］，佐证了闭冷器铜管（B10）发生腐蚀与水的p H值有关。在溶解的铜含量与水的p H值特性曲线图中，分别给出了铜管运行120天和60天发生腐蚀与水的p H值有关的2条特性曲线。以铜管运行60天为例，溶解的铜含量为0.15 mg，水的p H值为7；溶解的铜含量为0.3 mg，水的p H值为8；溶解的铜含量为0.62 mg，水的p H值为9；溶解的铜含量为0.75 mg，水的p H值为10。

2 减缓闭冷水系统铜管腐蚀方案

2.1 实验室挂片试验

分别取黄铜刮片及钢刮片作为试样，在实验室进行小型试验，介质采用水（不加任何药剂），初始p H值为9.5的水（用0.1%氢氧化钠溶液调节），以及不同浓度的闭冷水专用缓蚀剂（p H为8.5），在室温为25℃、开口情况下浸泡，每天记录挂片被蚀情况。

1号试样水的p H值为6.8；2号试样水的p H值为9.5；模拟闭冷水系统的运行状况。3号试样水的p H值为8.5，投加缓蚀剂1 mg／L做介质；同样，4号试样水的p H值为8.5，投加缓蚀剂2 mg／L做介质；5号试样水的p H值为8.5，投加缓蚀剂4 mg／L做介质。挂片试验从2009年7月5日开始到8月7日结束。

1）铜挂片试验结果 铜挂片8月7日试样照片如图2所示。未处理的水锈蚀最严重，表面为黑色，底层为紫铜色。将水的p H值调至9～9.5，有一定缓蚀作用，比空白水样对铜腐蚀要轻，但试样正反表面均有一块棕色斑，类似于脱锌斑，而且从挂片入水一周后即出现。将水的p H值调至8.5，加入缓蚀剂1～4 mg／L，经1个月挂片试验，均未出现腐蚀症状，试样表面依旧光亮如初。

图2 8月7日1～5号铜试样正面照片

2）钢挂片试验结果 钢挂片8月7日试样照片如图3所示。空白水样钢锈蚀严重，20天后表面全被黑色锈层遮盖，随后在锈层上又出现一层黄色锈层。将水的p H值调至9.5，挂片正面锈蚀严重，黑色锈上有黄色锈，但背面有一半以上未锈，依旧光亮。将水的p H值调至8.5，加入缓蚀剂1～2 mg／L，对钢挂片作用不理想，浸泡20天后试样表面与p H值为9.5的水浸泡30天相似。浸泡30天后，试样表面全是锈层。p H值为8.5的水，加4 mg／L缓蚀剂对钢挂片有一定缓蚀作用，除正反面各有1条锈蚀外，其余均为光亮无锈，锈蚀程度比p H值为9.5的水要轻。

图3 8月7日6～10号钢试样正面照片

根据在实验室1个月的挂片试验结果，以及吴泾热电厂300 MW机组闭冷水系统的实际运行情况，制定了减缓闭冷水系统设备腐蚀的工业性调整试运行方案，即将水的p H值调至8.5，并投加4 mg／L缓蚀剂。

2.2 工业性调整试运行

在进行工业性调整运行前，先建立闭冷水加药系统，用以实现可以连续向系统内加药以及进行调控操作。2009年8月，正式在11号机上进行工业性调整试验。试验时维持原闭冷水运行工况不变，按运行时室温为25℃、水的p H值为8～9、电导率为5～9μS／cm的要求，向闭冷水系统中投加专用缓蚀剂（每升4 mg），并严密监测闭冷水的水质变化情况。

调整运行前，测得闭冷水的电导率为1.03～1.09μS／cm，p H值为6.67，水中铜含量为128 μg／L，铁含量为40～50μg／L。每升投加4 mg缓蚀剂后，当闭冷水的电导率上升为9μS／cm左右，p H值上升到8.8～9时，停止向闭冷水系统加药。2009年8月7日11号机组工业性调整运行时的水质变化曲线如图4所示。

调整运行结果表明：在闭冷水的电导率为5～9μS／cm时，p H值可达8～9，闭冷水中缓蚀剂浓度在4～5 mg／L的工况下，水中铜含量由128μg／L降至1～2μg／L，铁含量由40～50μg／L降至20μg／L以下，缓蚀作用十分明显。为此，确定11号机组工业运行时，电导率的控制范围为5～9μS／cm。

图4 11号机组调整运行时的水质变化情况

2.3 试运行

工业性调整试运行结束后，进行试运行。试运行结果表明，水的含铜量和含铁量与调整运行时相同，只是在刚加完缓蚀剂后，p H值在8～9之间有些波动。但是，随着运行時间的延长，p H值会逐渐下降，而且p H值与系统排污有关。当关闭排污阀门时，p H值会低于8，所以在运行时闭冷水系统的排污量不能为零。试运行结束后发现：将控制闭冷水的电导率调整为5～9μS／cm，相应的闭冷水p H值为8～9，二者之间对应关系较好；闭冷水的铜含量在10μg／L以下，铁含量在20μg／L左右，处理效果极为理想。

表2 调整后8月17日至22日的运行效果

2.4 最终运行方案

根据调试和试运行的数据，最终确定了减缓闭冷水系统腐蚀的运行方案为：以控制电导率为主，辅以p H值；闭冷水电导率控制在8～10μS／cm，p H值为8～9，并进行自动加药。即，当导电度小于8μS／cm时，加药系统自动向闭冷水系统加药。当导电度大于10μS／cm时，加药系统自动停止向闭冷水系统加药。

3 实施减缓腐蚀方案后的效果

1）实施前 11号机组闭冷水系统是以除盐水为介质，闭冷器为铜材质，水质通过人工定期检测监控。据追溯2008年12月份闭冷水系统的水质检测记录：铜含量为127.81μg／L，铁含量为18.05μg／L，25℃时p H值为6.25，电导率为1.10μS／cm，溶氧为7.67 mg／L，通过排污换水只能暂时降低闭冷水铜含量。

2）实施后 11号机组采用向闭冷水系统中投加专用缓蚀剂后，减缓了闭冷水对铜和钢的腐蚀，有效地保护了设备。

运行1年后，在维持闭冷水的p H值为8～9、缓蚀剂浓度为4 mg／L时，闭冷水中铜含量降低90%以上，保持在10μg／L以下，铁含量降低50%左右，效果十分明显。2010年12月份闭冷水水质检测结果：铜含量为6.49μg／L，铁含量为8.16μg／L，25℃时p H值为8.2，电导率为6.7 μS／cm，溶氧为5.67 mg／L。

3）防腐经验可借鉴 实施减缓闭冷水系统腐蚀方案后，在保证电厂安全、稳定运行的同时，取得了较好的经济效益。从梳理实验室挂片1个月取得的试验数据，证实了水的p H值与铜含量之间的关系，p H值与铁含量之间的关系；从制定减缓闭冷水系统腐蚀方案入手，到系统调整运行和试运行，最终确立了控制值和操作工艺，取得了圆满成功。

可以说，试验过程中取得的数据和经验，对于采用水质纯度较高的水作为冷却水的系统，具有一定的防腐借鉴作用，而对于已经运行的闭冷水系统进行防腐蚀改造，则要根据电厂运行的实际状态与现场设备的情况，选用合适的防腐蚀方案兼顾改造成本、设备可靠性以及节能效果，才能提高燃煤电厂设备的安全运行。