利用 130℃ 高温状态管网循环，解决换热设备点蚀危害

利用 130℃ 高温状态管网循环，解决换热设备点蚀危害

温凯

宁夏华电供热有限公司 宁夏 银川 750000

摘要： 随着我国大中型城市热电联产项目规模的不断扩大，大温差供热管网技术的应用越来越广泛，高温长距离热源对换热设备腐蚀结垢情况逐渐成为掣肘供热企业的技术壁垒。换热设备表面的结垢情况主要成因是循环水结垢和腐蚀产物的沉积；通过其化学成因的分析，采用添加阻垢剂、缓蚀剂、调节pH值等措施基本可以解决换热设备不结垢的问题，但不锈钢的点蚀会缩短换热设备使用寿命，造成运行安全性降低。其危害一直是热企设备安全防护的短板。采用高温定值方式解决管网循环水对设备的化学损害，实现基层供热企业在生产运行中要效益，即节约热能，又能降低对设备的损耗。

关键词：不锈钢点蚀；高温阻垢；氯离子含量

项目背景

宁夏华电供热有限公司一期工程2018年实现了3770万m2供热面积。本项目采用大温差供热技术，一级管网设计压力为2.5MPa，供回水温度为130℃/30℃，系统循环水量14万吨左右。供热首站设有6台热网加热器，换热管材质为316L不锈钢；一网二网隔压站设有50台板式换热器，换热板材质为316L不锈钢。一网热网循环水补充水为软化水，不添加任何药剂。在2018～2019年采暖季期间，换热设备结垢和腐蚀情况严重，导致换热设备堵塞，严寒期供水温度无法提升到预定值，导致城区大面积供热不达标，严重影响供热效率和供热设备安全。

1 换热设备腐蚀结垢情况及原因

2018～2019年采暖季结束后，对主要换热设备热网加热器和隔压站板式换热器进行腐蚀结垢情况分析。热网加热器和板式换热器结垢情况如图1和图2所示。

图1 热网加热器内结垢情况 图2 板式换热器结垢情况

热网加热器发生了严重的结垢和腐蚀产物沉积情况，已经导致部分换热管堵塞；板式换热器出现了严重的结垢情况，导致板式换热器内流道变小甚至堵塞，严重影响换热效率。

表1 热网加热器和分析结果

本供热系统主要换热设备材质均为316L不锈钢，其对氯离子等具有点蚀敏感性，热网循环水氯离子含量过高是导致板式换热器发生点蚀的主要原因。

2换热设备腐蚀结垢控制研究试验

2.1 高温阻垢试验，为了确保换热效率，保证换热设备不发生腐蚀结垢，采用加药处理方式，其关键在于选择合适的高温阻垢缓蚀剂，因此参照GB/T 16632-2008 《水处理剂阻垢性能的测定 碳酸钙沉积法》进行了阻垢剂性能试验。试验选用TRL型高温阻垢剂，加药量为20mg/L。将盛有试验溶液的三角瓶放置在95℃恒温水浴锅里，静置10h后取出。然后测定滤液中残余Ca²⁺浓度，再计算阻垢剂的阻垢率，结果显示其阻垢率达到了98.34%。为了进一步验证TRL型药剂的阻垢效果，在130℃条件下进行高温动态模拟阻垢试验，循环水流速约为1m/s，试验结果表明循环水中硬度基本无变化，静态和动态高温阻垢模拟试验结果表明选用TRL型高温阻垢剂可以确保热网循环水系统不结垢，其加药量约为20mg/L。

2.2 不锈钢点蚀试验，热网循环水中氯离子含量高是导致换热设备发生点蚀的重要原因，因此阐明点蚀发生的临界氯离子浓度对于科学设定循环水水质控制参数具有重要的指导意义。试验中以热网循环水为基础溶液并按一定比例稀释的方法配置不同Cl^-浓度的模拟溶液，在130℃温度条件下进行高温电化学试验对316L不锈钢的点蚀临界氯离子浓度进行研究。根据不同条件下的阳极极化曲线来判断不锈钢是否可能发生点蚀，不锈钢在不同稀释比热网循环水中的临界氯离子含量试验结果如表2所示。

表2 316L不锈钢临界氯离子含量试验结果

结合现场实际情况，研究选用62.5%稀释的热网循环水（Cl-含量为53.25mg/L）作为腐蚀介质；采用氢氧化钠调节溶液介质pH，备选缓蚀剂分别为缓蚀剂A和B，试验温度130℃；通过电化学试验研究 316L不锈钢点蚀临界条件变化情况。

3 现场换热设备腐蚀结垢控制措施

3.1 换热设备清洗，检修期间对供热首站6台热网加热器进行了化学清洗，对50台板式换热器进行了物理冲洗或化学清洗。

3.2 热网循环水水质调控，添加阻蚀剂、缓蚀剂和调节pH可以防止热网循环水结垢并提高316L不锈钢点蚀的临界Cl-含量。结合现场实际情况，在2019～2020年采暖季在系统中添加阻垢剂a和缓蚀剂B，加药量分别为20mg/L和30mg/L；同时调节热网循环水pH采用氢氧化钠调节至9.0左右。考虑到热网循环水氯离子仍远高于50mg/L，即使添加缓蚀剂并调节pH，仍存在发生点蚀的风险，因此需要采取措施降低热网循环水氯离子含量。

本系统软化器不具备去除氯离子能力，因此无法降低热网循环水及补充水的氯离子含量。但热网系统在供热首站也设有补水点，此补水点为热源单位管理，采用反渗透处理工艺，出水氯离子含量在3mg/L左右。经过协调改造，将补水方式改为以供热首站补水为主，各站软化器补水为辅，在2019～2020年采暖季期间共置换45万吨热网循环水，逐步降低了热网循环水浊度、悬浮物和氯离子含量。

3.3 循环水中腐蚀产物含量控制，根据换热设备中垢样分析结果，热网循环水中含有大量四氧化三铁，严重影响循环水水质并有可能发生沉积的风险。利用四氧化三铁具有磁性的特点，在系统各滤网处，加入16组除铁器磁棒，系统冲洗期间每天定期清理，整个供热季共清理四氧化三铁160kg，极大地缩短了冲洗时间，减少了腐蚀产物在换热设备中的沉积。

4供热管网循环水水质调控效果显著，提升运行安全系数，保障居民供暖指标逐步提升

大温差供热系统热网循环水腐蚀结垢控制与管理对系统安全经济运行尤为重要，通过对存在问题的全面分析和试验研究，通过各种水质调控措施，热网循环水浊度、悬浮物和氯离子都明显下降，浊度从150FTU降低至4FTU左右，悬浮物从110mg/L左右降低至3mg/L左右，氯离子含量从80mg/L降低至25mg/L左右，各项水质指标都达到了预定控制值。

运行中通过对热网加热器和板式换热器进行解体检查，发现换热管和换热板保持洁净，无结垢和点蚀现象。运行期间板式换热器对数温差稳定，同比去年提升2～3℃。在严寒期，一级管网供水温度稳定在120℃以上，客服平均每日呼入量同比去年下降约1500次。在保障生产运行安全性的同时，不断提高对热用户满意度、舒适度。