高温高压锅炉及热力系统化学清洗研究

上海电力建设启动调整试验所有限公司 王婷婷

锅炉在制造加工环节过程中，难以避免会产生带硅氧化皮，且出厂时，为延长锅炉使用寿命，通常会选择在阀门等设备刷涂防腐油剂，此类物质长时间暴露在空气中，会导致锅炉金属表面产生腐蚀性物质。若杂物未及时清除，容易引发安全危害。为此，需要利用化学方法以及化学药剂清洗相关设备，去除材料表面污垢。本文研究此项课题，具有十分重要的意义。

1 高温高压锅炉及热力系统的化学清洗分析

1.1 清洗步骤与方案审查

在实施化学清洗前，需要制定合理、科学的化学清洗方案，并对方案内容进行严格审查，依照相关标准规定，将化学清洗步骤确定为：用水冲洗热力系统。实施碱洗脱脂，即采用碱洗剂以及碱性溶液，通过皂化、乳化等作用，使金属表面的植物油、动物脂肪产生皂化反应，形成水溶性肥皂，从而被有效去除；二次水洗。酸洗、三次水洗+漂洗、中和钝化。同时，还要确保化学处理装置在应用前具备一定的制水条件，且保证清洗水合格。

此外，在实施高温高压锅炉及热力系统的化学清洗前，还要明确相关原则与规范，要求企业第一时间提交酸洗方案，直至审批通过后才可执行。要求清洗方案内需要将设备垢量、污染物成分以及清洗剂用量等内容涵盖在内，准确标明清洗方式、清洗时间、清洗剂类型，并对各类添加剂提出切实可行的安全措施，制定完善的废液处理方法。

1.2 清洗范围与结构特点

以蒸汽压力在10MPa左右的汽包炉为例，在运行过程中，该锅炉通常会被安排开展碱煮作业，在作业过程中，为有效提高效果，可能会导致锅炉超负荷运转，长此以往会造成锅炉出现了严重的腐蚀问题，影响锅炉后续的运行状态，因此需要联系主管部门，对锅炉的运行状态进行详细分析，并采取相应的优化措施，对锅炉内部和外部进行定期的化学清洗，直到锅炉能够恢复到原有的运行状态。至于直流锅炉或蒸汽压力超过10MPa以上的水冷壁则可直接开展化学清洗，并在清洗过程中预先做好氧化铁沉积的防治措施，避免蛇形管产生气塞问题。

同时还要注意，虽然不同类型、不同容量的锅炉，其结构特点存在较大差异性，难以准确掌握，但对于锅炉水压试验状况以及正常状态下的省煤器、水容积等数据信息则要及时掌握与了解。

1.3 准备工作

准备工作的主要内容包括：安装化学清洗系统，利用水压试验，测试设备是否能够稳定运行，水压控制在0.8MPa；要求储供水符合清洗用水量需要，保持排放系统顺畅，在排放过程中，实现灰渣泵的同步启动；在安装受热面的化学清洗临时系统后，同样要实施水压试验，至于不参与化学清洗的装置，以及热力系统则要需化学清洗液保持隔离。且水位计、加药系统也要与清洗液保持一段距离；通过将汽包安全门作为清洗排氢门，做好尾部烟道出口的封闭管理，使锅炉清洗液温度维持在安全标准以内；清洗系统在焊接时需要充分遵循高压管道的焊接原则，并在焊口打坡口，保证阀门盘根严密。

1.4 清洗过程监督

清洗过程的监督内容主要包括：锅炉热力系统在安装完成后，需要经过水压试验，直至试验通过后才可投入使用；在化学清洗过程中需要将管段作为监督重点，并制定好相应腐蚀措施，氢氟酸的含量则要控制在1～1.5%，有机酸浓度需低于10%；为提高清洗效果，需要根据化学清洗方法以及锅炉机组特征科学选用酸洗缓蚀剂，该试剂不仅可保证被清洗的材料不会出现选择性腐蚀，也能将均匀腐蚀速度降到最低。

根据实际调查显示，缓蚀剂的缓蚀率超过98%，且无毒，不会吸附在金属表面；在酸洗过程中，需要实时调控酸洗液流速，要求其在管中流速在0.2～0.5m/s。通常来说，无机酸清洗温度应控制在45～95℃，而EDTA氨盐高温清洗温度在120～140℃；钝化是指金属经强氧化剂或化学方法氧化处理，使表面转为不活泼状态的过程，属于化学清洗的重点环节，标志着化学清洗完成。此时金属表面形成自然氧化膜，为避免空气与金属表面接触产生二次附锈，需要采用氮气或除盐水顶排[1]。

1.5 质量评定

清洗工作完毕后，监理单位的工作人员，以及项目工程主管部门也要充分配合，从整体出发，对锅炉的清洗情况进行详细的分析，并对清洗结果进行检验、复核，进行综合判定，判断锅炉是否能够恢复到原有的运行状态下，判断直流锅炉的启动分离器能否正常运行。具体要求表现为：被清洗的机器设备清洁完毕、设备金属表面无残留氧化物、设备阀门正常运行、残余污垢不能超过正常标准、腐蚀总量应小于80g/m2残余垢量小于15g/m2为优良；运行炉的除垢率不小于90%为合格，除垢率不小于95%为优良。

2 案例分析

2.1 EDTA化学清洗原理

以往对于锅炉与热力系统的化学清洗大多采用盐酸与柠檬酸的方法，但此类方法的工期相对较长，用水量较大，推广价值相对较低。若想确保锅炉机组汽水品质得到切实提升，维持机电设备的稳定运行，可采用EDTA化学清洗方法，该方法的优势在于系统布置简单，清洗效果显著，能够实现同一介质一步除垢与钝化，简化了清洗工序，减少能耗与水耗，充分发挥EDTA试剂的络合作用，溶解金属表面的四氧化三铁、氧化铁、镁以及铜化合物等沉积物。因此，该方法相较于传统的柠檬酸、氢氟酸来说，可以有效实现除垢钝化的同步进行[2]。

2.2 EDTA清洗应用路径

本文将以某地方电厂作为研究对象，该电厂采用的锅炉为：1160t/h临界压力循环锅炉，给水从锅炉左侧经过止回阀后进入省煤器进口集箱，流经中间连接集箱以及悬吊管，之后通过锅筒给水管道进入锅筒。而水冷壁则由多根直径为60mm的钢管组成，依照受热状况，可将其分为32个循环回路。为了保证锅炉机组与热力系统的安全运行，本次清洗对象主要包括水冷壁、省煤器以及汽包。

具体的清洗方案为：第一选择清洗剂，采用静态试验、动态试验最终将EDTA低温清洗钝化作为清洗工艺，具体工艺参数表现为：EDTA铵盐5%，缓蚀剂0.4%，联氨4500mg/L，清洗温度80～90℃，清洗时间9h，钝化温度80～90℃，钝化时间8～12h。其中，静态试验需要预先配制空白溶液以及清洗溶液。而动态试验则需在酸洗平台完成4h清洗，观察样管表面是否清洁，无点蚀，在钝化后呈现灰色钝化膜[3]。

第二需要预先采用人工清扫的方式清理凝汽器热井，注射除盐水完成冲洗，排空凝汽器，直至注水量达到3/4后加热。之后加入除油剂，升温至60℃，再将热水充入凝汽器，重复上述操作。利用补水泵将水量补充至不锈钢水位以上，直至淹没钢管150mm以上，使用凝泵使水循环均匀，检查系统隔离状况。启动凝结水泵，打造自循环体系，再循环5h后除脂清洗结束。

第三及时从整体出发，向过热器内部添加保护液和润滑液，并检查设备的运行状态，悬挂腐蚀指示牌，对过热器的运行状态进行详细分析，并分时段的对过热器的运行状态进行定时监控，明确保护液的具体范围和酸碱度值，并保持保护液的浓度始终处于标准的范围内，浓度维持在200mg/L。在过热器运行阶段也要及时的进行气管清理，要将气泡孔封死，防止保护液流出。

第四要开展点火升温工作，要切实的根据相关的施工要求和工作规定，构建内外循环系统，并设置除氧器、省煤器、临时管路、低加系统。至于升温方式则选取除氧器加热以及高压加热，其中除氧器加热的操作步骤为：向除氧器上水至下限，主控与水位计校对一致，化验除氧水箱水质，若水质不合格则要及时换水，直至水质达标。之后启动除氧器循环泵，打开辅助蒸汽除氧器加热调整门，以2～3℃/min的速率加热除氧器水，打开除氧器排氧门。至于高压加热则是利用汽轮机的部分抽气对给水实施加热。在点火升温的过程中，需要控制好系统的升温速率，直至温度提升至90℃，停止加热，恒温1～2h。

第五实施碱洗，即采用氢氧化钠、碳酸钠或磷酸三钠配制高强度碱液，以此软化、乳化、分散沉积物。在实施过程中，需要打造大循环，并设置完善的运行系统，明确温度变化情况，设备温度到60℃后，开始添加碱洗药品。

第六EDTA清洗，工作人员要积极发挥循环系统的作用，从整体出发，根据规定标准明确清洗液的配比和容量，并将其准时送入锅炉中，利用循环系统辅助加热进行升温处理，降低后续能源的消耗量，降低燃烧量，使温度能够始终处于稳定的状态下，开展恒温清洗[4]。在清洗时需要注意，清洗液的酸碱值会呈现小幅度增长，依照清洗化验状况，需要将清洗时间维持在6～10h左右，直至酸碱值稳定，EDTA浓度在1%～1.5%，在清洗结束后也要及时的保障循环性和稳定性，要采用自然循环或强制循环的方式维持设备的正常运转。

第七钝化，等清洗液内部铁离子含量稳定后，也要开展后续的检查工作，要及时进入钝化阶段，保障清洗液无明显波动。如果清洗工作结束后，酸碱值仍然不能够达到规定标准，不能够满足钝化工作需求，也可以采取人工辅助的方式，在清洗液内部适当增加碱，调整清洗液的酸碱值，保障清洗液能够始终处于稳定的运行状态下，控制钝化参数，酸碱值9～9.5，温度115～125℃。

第八排液，在钝化操作工作完毕后，也要及时的进行排液处理，进行化学废水、废气的处理工作，并采用循环系统利用设备，开启汽包孔门，保障设备始终处于稳定的运行状态，并开始通风作业，切除主给水系统的联排管道，让锅炉内部通风烘干，始终处于稳定清洁的运行状态下。同时，也可采用人工清理辅助的方式对锅炉进行有效处理，提高锅炉清洗的整洁度和完整度，确保锅炉内部无污染，内部干净整洁。

2.3 清洗效果评价

在酸洗结束后，工作人员也要切实的对酸洗结果进行检查和监督，并对结果进行复核，明确锅炉清洗的除垢率，如果存在问题也要及时返修，切实的提高清洗的效果，让清洗效果符合我国电厂锅炉化学清洗的标准。但要注意，钝化时的流速不可过低，且酸碱值不可过高，否则会产生氢氧化铁沉淀。

由此可知，EDTA化学清洗效果优良，适用范围较广，且系统结构较为简易，不会对环境产生污染，且施工工期较短，具有极高的推广价值[5]。

3 结语

综上所述，通过对高温高压锅炉及热力系统的化学清洗步骤与方案审查开展分析讨论，阐述清洗过程的监督方法以及质量评定方式，并提出具体的应用案例，以EDTA化学清洗作为研究对象，以此提高电厂的水汽品质，保证锅炉机组与热力系统的安全运行，避免产生安全事故。