间冷循环水系统水质调控措施探讨

徐淑姣，周 军，刘军梅

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100120)

0 引言

间接空冷系统具有节水效率高、受环境气象条件影响变化小、运行平稳等特点，在我国北方地区的新建燃煤发电机组中广泛应用。近年来，随着部分新建间接空冷燃煤电厂的陆续投运，发现第一次充水或运行一段时间后，间冷循环水出现pH值升高的现象。间冷循环水系统的水质若未得到有效控制，会引起铝制散热器腐蚀甚至泄漏，造成电厂安全隐患和经济损失。本文将对间冷循环水系统水质恶化的原因进行分析，总结归纳水质调整和控制措施。

1 间冷循环水系统水质恶化原因

1.1 间冷循环水pH控制不当

间冷循环水系统的补充水为除盐水。根据DL/T 5545—2018《火力发电厂间接空冷系统设计规范》，间冷循环水系统的水质控制要求如表1所示。

表1 间冷循环冷却水质量

目前，国内已投产的间接空冷系统散热器以铝管铝翅片(如Al1050A)为主，凝汽器多为不锈钢材质，循环水系统管道为碳钢材质，因而运行中间冷循环水系统的pH值按含铝材质要求的7～8控制。

根据铝材质的特性可知，常温下铝材质表面能形成Al2O3的钝化膜，腐蚀钝化区在pH=4.6～8.3，其在碱性环境下比酸性环境下更易发生腐蚀[1]。当间冷循环水的pH值达到8.5时，铝材质开始腐蚀；pH值超过9.0时，铝材质的腐蚀会加速[2]。当间冷循环水的pH值满足含铝材质的运行要求时，铁基材质的腐蚀速率会加快。因此，间冷循环水pH运行值若控制不当，可能会引起铝制、铁制设备或管道的腐蚀，腐蚀产物悬浮或溶解在水中，造成水质恶化。

1.2 机械因素引起的钝化膜破损

通常，散热器管束在生产加工时，会对材料表面进行钝化处理，形成钝化保护层。间冷循环水系统容量庞大，在基建期间，若系统内残留了焊渣、脏物等杂质，系统冲洗及投运后，杂质随水流冲刷管材，破坏钝化保护膜，一旦腐蚀点开始产生，腐蚀的进程会被进一步加快，造成水质恶化。

某项目现场反馈的冲洗阶段循环系统水质情况如表2所示。

表2 间冷循环水系统冲洗阶段水质控制

从表2可看出，浊度由除盐水第一次冲洗时的83.3NTU降至最后一次冲洗结束时的5.09NTU，pH值由7.72升高至8.50。浊度有明显的降低，pH值升高，推测在前几次冲洗时，可能发生了杂质冲刷钝化保护膜的现象。因冲刷钝化保护膜破损，破损的地方呈活化状态为阳极，未破损的地方保持钝态为阴极，并与管束内壁残留的Cl-发生化学反应，从而加速该区域发生严重的局部腐蚀，引起循环水pH值升高。具体反应原理[3]如下：

1.3 碳钢—铝电偶腐蚀

据相关研究资料表明，中性除盐水条件下，碳钢-1050A纯铝的电位差约为480 mV，高于发生电偶腐蚀250 mV的条件[4]，因此两种材质接触时易发生电偶腐蚀现象。电偶腐蚀中，碳钢部件为阴极、铝制部件为阳极。由于铝的电位比碳钢低，在形成电偶腐蚀后，铝产生阳极极化，碳钢产生阴极极化，铝的电子会流向碳钢，从而加速铝的腐蚀。

间冷循环水系统的散热器主要为铝制，其他部位多以钢制材料为主，两种金属接触处会发生碳钢—铝电偶腐蚀，如冷却三角进出水管的钢制膨胀节与铝制散热器，冷却三角管束与联箱结合部位等发生电偶腐蚀后，会引起电位较低的铝制部件的腐蚀加速，恶化水质。

1.4 闭式水系统与大气相通

从水循环的设计角度来看，间接空冷循环水系统是闭式循环系统，但从宏观来看，间接空冷循环水系统与外界大气相通，主要体现在地下贮水箱、膨胀水箱的人孔和呼吸孔、每个冷却三角的顶部和冷却扇段的排气管道等部位。空气中的氧气、尘埃等进入循环水系统后，可能会与循环水中的离子发生化学反应或因流动冲刷引起钝化层破损，从而加速间接空冷管材及设备的腐蚀，引起水质恶化。

1.5 管材表面残留钝化工艺离子

铝制设备及管材在出厂前会进行表面处理，包括酸洗、脱脂、钝化、封闭等步序，以增强抗腐蚀性能。根据表面处理工艺步序，可预测出厂的管材表面可能会残留有Na+、Cl-等物质[5]。由于出厂前未经过充分的清洗，加之部分项目基建期限紧等因素，管材在现场安装后，可能经过简单冲洗便转入正式运行。若上述提及的离子杂质残留在系统内，系统充水后这些离子会与碳钢、铝等材质发生反应，尤其当水中有卤素离子存在时，卤素离子易与Al3+离子络合，不利于钝化膜的形成。这些因素均会加速腐蚀。

2 间冷循环水系统运行控制措施

2.1 腐蚀泄漏部位的处理

1)对局部腐蚀管束的腐蚀部位加装衬管，控制局部腐蚀问题。腐蚀的管束进行整根更换或维修，检修周期长且费用高。若仅对腐蚀部位进行局部维修，如加装衬管，可缩短检修时间并节省维修费用，并能有效控制局部腐蚀现象。

2)可在两种材质交界处采用阴极保护等手段，降低交接面的电位腐蚀倾向。

3)对间冷循环水系统的过流介质部位进行防腐，并定期对防腐部位进行检查，针对已防腐但又脱落的部位应进行防腐加固。

2.2 水质调整及控制措施

间冷循环水系统运行过程中，应充分了解系统内材质特性及水质的pH控制要求，合理控制循环水的pH运行范围、电导率、悬浮物、铁、铝等离子含量，确保间冷循环系统水质合格。因此，可采取以下措施。

2.2.1 间冷循环水换水

据了解，部分电厂针对间冷循环水pH值升高的问题，采取了换水的措施，即对间冷塔扇区排水，同时补充等量的除盐水以确保循环系统水量稳定。该措施需要更换大量的循环水，才能使间冷循环水的pH值降至合理范围，厂内制水及废水处理系统的运行负担也会大大增加。国内近期投运的间冷机组均为高参数、大容量机组，间冷循环系统水容量大，若采用换水措施，会造成水资源浪费，不利于环保节水要求。

2.2.2 间冷循环水处理

1)利用厂内凝结水精处理系统作为间冷循环水系统的处理设施

目前，已投运的300 MW等级以上间冷机组，均会配置带有离子交换工艺的凝结水精处理系统。电厂基建期间，若能安排好各工艺系统的调试投运顺序，在热力系统未正式投入前，可通过临时管道，将厂内凝结水精处理系统与间冷循环水系统连接，并用手动阀门隔离。经净化处理后，间冷循环水质可满足系统运行要求。

2)间冷循环水系统配置一套移动式旁路处理设施

据了解，此措施在个别电厂已有运行案例，旁路处理设施配置为小阳床或小混床工艺，可用于降低间冷循环水的pH值，主要工艺流程为：间冷塔扇区进水母管来水→(前置过滤器→)阳床/混床→地下贮水箱→补水泵→间冷循环水系统。

此措施可对间冷循环水系统的水质改善有一定的效果，但采购的移动式旁路处理装置，单台出力均在40 t/h以上，实际上很难实现移动，运行后只能固定布置在间冷塔内零米。结合间冷塔内的环境因素，还要考虑以下问题：

①冬季停机期间设备防冻

移动式处理设施的设备主体材质为碳钢衬胶，衬胶材质耐受温度要求不低于5℃。而冬季停机期间，间冷塔内与外界环境温度相同。因此若旁路处理设施布置于塔内，需要采取封闭保温措施，如布置在房间内。间冷塔内若增加房间，应结合间冷塔的系统运行要求，提前评估房间对间冷效果的影响。

Masson染色：将石蜡切片加入二甲苯进行脱蜡，脱水，染色，透明、封片。采用Metic Med 6.0软件计算心肌胶原纤维所占比例（collagen volume fraction，CVF），CVF=胶原面积/总面积×100%。

②再生问题

移动式处理设施配置的离子交换器内装填了离子交换树脂，运行一段时间后，需进行树脂再生，要额外考虑再生设施。若处理设施布置于塔内，很难实现完整的再生流程。据了解，部分电厂采用了将树脂单独掏出，移至他处再生，如利用凝结水精处理体外再生装置或锅炉补给水处理树脂贮存罐完成树脂再生，但实施起来较为繁琐。

③废水排放问题

若离子交换器固定布置在间冷塔内，间冷塔内无废水排放设施，因此在处理设施区域需要单独考虑设置离子交换器再生废水收集及提升设施，并应考虑废水管道的排放去向及连接问题。

2.2.3 间冷循环水缓蚀处理

间冷循环水中投加缓蚀剂可有效降低系统腐蚀的程度[6]，据了解，各电厂采用过的缓蚀剂包括联氨、羟胺、抗坏血酸、亚硫酸盐和二氧化硫气体等。但采用缓蚀剂处理方式时应控制加药量，若加药量大，会引起循环水电导率升高，超过间冷循环系统的水质控制要求。

3 间冷循环水系统投运前控制措施

3.1 设计方面

1)设计前应充分考虑间冷循环水系统内的材质特性及差异，对间冷循环水系统里钢制循环水管、膨胀水箱及地下贮水箱等钢制设备内壁应设计防腐措施。

2)设计电控腐蚀控制的措施。控制电偶腐蚀的方法包括电绝缘措施，如在碳钢—铝两种不同材质的法兰处设置绝缘垫片、绝缘螺栓套筒等，阻断两种材质间的电子通路，可有效防止电偶腐蚀的发生。

3)为防止环境中杂质污染循环冷却系统水质，建议间冷循环水系统与大气相通处设置过滤网或过滤器等设施。

4)设计前应充分了解其他同类型机组间冷循环水系统的设计及水质控制情况，结合具体项目的设置特点，进行技术经济比较。经综合分析后，确定是否增加间冷循环水处理系统，并确定合适的水处理系统设计方案。

3.2 基建期间的系统维护

1)铝材质中混有的其他杂质可能会影响铝制设备和管材的性能，如力学性能、抗腐蚀性能等，建议安装前应复核到场供货厂家提供的管材成分是否满足相关规范要求。

2)间冷循环系统的设备及管道安装期间，应避免造成管材的机械磨损或焊渣颗粒物的划伤。安装完成后，应及时清理设备及管道表面的杂质和颗粒物，确保水介质接触面完全清洁后，再通水冲洗，用除盐水反复冲洗直至冲洗水化验合格为止。

4 结论和建议

间冷循环水系统水质恶化与两方面因素相关，一是系统腐蚀，二是水质调控。腐蚀问题是水质恶化的根本原因，因此在进行水质调控前，应先有效解决系统腐蚀问题，以便水质调控能取得更好的效果。本文分析了间冷循环水系统可能发生的腐蚀原因，提出了针对性的解决方案，并列举了几类水质调控的措施。针对间冷循环水系统运行，提出如下几点建议：

1)间冷循环水系统管道及散热器在制造期间，应做好表面处理工艺，增强其抗腐蚀性能；运输过程中，应做好所有接口的封堵措施，防止杂物进入；现场安装和调试期间应确保管道及散热器表面的清洁，避免焊接残留物划伤管材表面的钝化膜。间冷循环水系统投运前，需用除盐水冲洗干净。

2)间冷循环水系统若采用铝、钢制等材质，循环水运行pH值应尽可能兼顾两种材质的防腐要求。现场运行时，控制pH值在铝钝化区的临界值附近，既能满足铝制设备钝化层的完整性，又能确保钢制设备或管道的腐蚀速率在可接受范围内。

3)切断一切可能发生电偶腐蚀的接触部位。

4)循环水中添加适量的缓蚀剂减缓可能会发生的腐蚀现象。

5)设计前应综合分析，确定是否需要对间冷循环水进行水质处理，并结合具体项目的情况，选取经济、合理、方便运行的处理方案。