660MW机组间接空冷系统循环水PH值高原因分析及对策

660MW机组间接空冷系统循环水PH值高原因分析及对策

杨,星

（广州粤能电力科技开发有限公司   510080）

摘要：我国西北少雨缺水，电厂多采用间接空冷或直接空冷系统冷却，其中间接空冷系统冷却水为密闭式循环，理论耗水率为0，但对冷却水水质要求较高。本文主要通过对循环水冲洗过程反映出的现象，研究PH值升高的原因，并针对调试过程中产生的水质问题提出解决方案，将PH值控制在合理范围内，也为后续同类型机组循环水PH值控制提供一种思路。

关键词：间冷循环水；冲洗；腐蚀；优化控制

一、引言

某工程凝汽器冷却采用的是间接空冷系统，每台机配1座自然通风间冷塔。厂区循环水泵房升压的循环水通过1根直径为DN3000管道进入空冷塔。在塔内冷却后的水经1根DN3000循环水回水管至主厂房凝汽器进行换热，升温水再返回到循环水泵。塔内循环水流程如下：进空冷塔循环水母管→塔内地下进水环管→扇区支管→冷却三角底部进水母管→冷却三角（管束）→冷却三角底部回水母管→扇区支管→塔内地下回水环管→出冷却塔循环水母管。

间接空冷系统为了保证散热效率高，其散热管束里面的翅片管材质均采用的是铝板，其翅片厚度仅0.3mm，特殊材质及构造使得对循环水水质要求极高，尤其是PH值和电导率，其中PH值要求在6.7-8之间，过高的PH值容易腐蚀铝片，长时间运行使铝片变薄，造成泄漏，从而整个扇区要进行更换。为了保证水质达标，调试期间对循环水管道需进行有效冲洗，去除管道杂质。

二、循环水冲洗过程

1、生活水冲洗阶段

北方缺水，导致除盐水制水成本高，为了节约成本，初步冲洗采用生活水，由临时管接入，扇区进回水管短接，并在膨胀节处加装堵板，防止脏水进入三角冷却区。

2017年3月15日，首次冲洗开始。冲洗至23日，并进行循环水泵试转。冲洗完成后，将循环水全部外排，厂区外循环水管道用抽水泵将积水抽走。

4月3日至6日进行第二阶段冲洗，采取快速冲洗，冲洗完后将脏水外排，并对循环水管道内部进行人工清理验收。

4月20日至5月27日进行了第三阶段冲洗，仍然采用生活水，方式是边补边排。三个冲洗阶段每天两次对循环水取样化验pH值，基本稳定在7.6-8.0之间。冲洗完成后再次进行内部循环水管道清理验收，确认循环水管道清扫干净后，进行封闭。

三个阶段的生活水冲洗主要是进行管道的预冲洗，为了清除内部的杂质，但生活水电导率高，而且含有Na+、CL-,会与循环水中的氧气发生化学反应，会破坏扇区铝质翅片的保护膜Al2O3，是不适合作为间冷塔冷却介质的［1］，只能用于初步冲洗，所以还要进行除盐水的冲洗。

2 除盐水冲洗阶段

6月12日，循环水注水干净的除盐水，启动循环水泵，并对循环水以边补边排的方式进行冲洗，换水约3000t。6月14日，对循环水进行取样化验，检测其PH值较高，达到9.58，于是加大冲洗，15、16、17日连续取样化验（其pH值仍在9.5以上，无下降趋势），几天大流量冲洗见效甚微，这影响后续扇区的投入。鉴于补排方式较慢，决定将除盐水方尽，然后再重洗注入合格的除盐水，当更换后一段时间，循环水PH值又攀升值9.5以上。

三、原因分析

针对PH值超标此种情况，为进一步分析确定循环水污染原因，主要采取四方面措施：1、将系统循环水放空，并再次对地下循环水管道进行清理，并检查系统内部是否存在杂物，是否管道有误接情况，是否存在腐蚀情况；2、将循环水取样外检，进行离子成分分析，确认碱性成分来源；3、对凝汽器循环水水室阴极（锌）保护装置进行检验，将其用除盐水浸泡24h后化验pH值（浸泡实验结果：pH无变化）。4、重新对系统注入除盐水，进行管道浸泡试验，确认PH最先升高的地方。

对1、2、3条措施逐项进行了确认，排除了系统内部有杂物、管道连接错误以及出现腐蚀的情况，经过浸泡试验后排除了阴极保护装置对循环水的影响，经过循环水成分检测发现有17.1ug/L的NH4+。

6月21日系统重新注入循环水，刚充满水时管道取样PH值均为6.9左右，属于正常值，开始进行浸泡试验，23日经过24小时浸泡后对地下水箱、间冷塔区域地下环管、凝汽器水侧、厂区循环水管道进行取样化验，除盐水来水和地下水箱pH值均在7以下，间冷塔区域地下环管、凝汽器循环水侧取样pH均为7左右，厂区循环水管道pH值9.22，说明来水没有问题，间冷塔环管和厂区循环水管均为碳钢管，凝汽器水侧为不锈钢管，都是铁元素，但厂区地下循环水管带有防腐涂料，而且管道检查时内衬防腐涂料有明显的脱落现象，有些用手可直接扣落，初步怀疑是循环水管道内的防腐涂料原因。管道材质及水质pH值见下表（见表1）：

表1 管道材质及水质pH值（循环扰动前）

对厂区循环水管道防腐涂层进行拨片，分别浸入pH值6.53的除盐水和pH值7.86的生活水经一晚上（10小时）浸泡，再次化验样品水质，除盐水pH值升至8.99，生活水pH值升至8.01。内部分析是厂区循环水管道防腐涂层为循环水pH值污染源。同时循环水取样外检得知PH值升高是NH4+、铝离子造成的，铝离子是扇区带来的，在换水后含量已较少，但NH4+理论上不应该存在。循环水管道防腐涂层由聚氨酯树脂和改性环氧树脂、防锈颜料和助剂等研磨精滤而成的双组份涂料，本身是中性的，但浸泡试验反映最先开始PH值升高出现带防腐的循环水管道，判断其所用防腐涂料质量不合格，与偏弱酸性的除盐水发生一定化学反应，析出NH4+导致PH值升高，而生活水本身偏弱碱性，影响较小。

四、循环水水质调整措施

调研别的厂发现同类型间冷塔循环水管道未有涂防腐涂料的，由于防腐涂料设计面积较广，没办法刮研处理，只能通过时间消磨掉特殊成分，为了保证机组安全稳定运行，需要解决水质问题，特制定如下措施：

（1）对不锈钢波形膨胀节加装固态去耦合器，对膨胀节进行雷电暂态过程的过电压保护。每个扇区加装一套，将每个扇区的所有膨胀节用导线接至固态去耦合器，固态去耦合器接至间冷塔区域接地网。

（2）间冷塔区域循环水环管不锈钢波形膨胀节碳钢法兰与冷却三角连接的铝法兰存在电偶腐蚀，也会造成pH升高和铝含量升高。需对不锈钢波形膨胀节上法兰与铝法兰采取绝缘处理。决定对间冷塔区内的连接法兰垫片进行更换，全部更换为绝缘型膨胀聚四氟乙烯垫片，以防止循环水进入扇区后的电偶腐蚀。

（3）从循环水泵入口压力表处或加药箱处向循环水系统注入纯度为99.9%的SO2气体，控制循环水pH值7.8~8.2；加药时气瓶出口门微开，防止加入量过大，造成循环水呈酸性；加药期间循环水泵保持运行，循环水系统不进扇区循环。

（4）向循环水系统加入联胺，确保循环水联胺含量20~40ug/L，起到循环水除氧效果，消除氧腐蚀［2］；

（5）循环水pH值不合格，严禁进入扇区；待水质合格后，停止加入SO2，连续监测4小时，水质稳定后，方可进入扇区；

（6）循环水进入扇区后，如果pH值比前1小时升高0.2，pH值化验周期调整为半小时一次；如果循环水pH值超过8.5，退出扇区，继续加SO2调整pH值达到8.5以下，方可重新进入扇区。如果退出过程中pH值持续升高，达9.7以上，立即加入抗坏血酸，防止pH值继续升高；

（7）在循环水进入扇区后，定期化验铝和联胺含量；初期并安排人员每2小时化验一次循环水pH值；后期每班化验一次PH值，确保PH值、铝离子含量保持稳定，则达到钝化效果；

2017年7月1日开始对循环水系统注入SO2气体调节pH值（共计注入40kg），至7月2日凌晨循环水系统pH调节至7.85，#1扇区绝缘垫片更换完毕，具备投入扇区条件，投入#1扇区运行，同时利用加药系统向循环水系统中注入联胺，调节至循环水联胺含量20~40ug/L，观察运行正常。#1扇区运行循环水指标如下（见表2）：

表2 #1扇区投入循环水后各项指标

7月5日#2扇区绝缘垫片更换完毕，投入运行，观察运行正常。经过两天观察，铝离子稳定在2400ug/L左右，PH值最高8.4，电导有所升高，但趋于稳定，应该是安装过程中#2扇区钝化残留的铝离子导致升高，但为保证设备安全，决定进行少量补排。

7月7日对循环水进行补排，并陆续投入其余扇区运行，期间共换水约2100方，换水期间保持循环水联胺、pH值指标稳定，铝离子浓度稳定下降，至7月10日化验循环水指标如下（见表3）：

表3 循环水补排后各项指标

经过比对发现间冷系统铝离子含量增高后趋于稳定，说明循环水对扇区并未腐蚀，初期铝离子含量为扇区钝化膜带来的，经过调整，主机间冷可以投入扇区长期运行。

五、循环水水质进一步优化

2017年07月10日机组停机消缺期间将循环水全部排掉，并补入干净的除盐水，启动循环水泵使水循环运行后，向循环水系统中注入联胺，按原搓死调节循环水联胺含量20~40ug/L之间，然后加入SO2调整PH值至8.5以下，并通过一定的补排水控制系统PH值在7-8.2之间，电导率≤40ug/cm运行。之后机组进入整套调试阶段，间冷塔所有扇区均长时间投入运行，水质也不断得到优化。利用168小时机组稳定运行期间，定期监测系统的PH、电导、铝离子含量。

通过连续的水质监测可以看出，铝离子含量不断减小并逐渐趋于稳定，PH值也逐渐减小至8以内，说明循环水对扇区和循环水管的腐蚀几乎没有，能够长时间维持运行。

六、小结

（1）间冷系统整体启动冲洗期间，PH值偏高属于普遍存在现象，许多厂也出现过类似情况，由于该厂循环水容积大，约一万方左右，需要长时间的冲洗来净化水质，当出现PH值升高时，以补排的方式来降低PH值也不是短时间可以完成的，需要根据水质情况定期进行补排，水质较差时持续补排。

（2）电导率高是存在腐蚀的象征，铝材腐蚀的同时，也会进一步使PH值升高，降低水体中电导率也是净化水质的重要指标，我们采取了将膨胀节法兰垫片更换为聚四氟乙烯垫片等方法来降低电腐蚀，扇区设备在安装前也进行过钝化，防护膜也能起到很好的保护作用。

（3）采用加药处理调节PH在要求范围内，可有效控制金属的腐蚀速率，采用加适量SO2气体能有效控制PH值,生成的SO4+、SO3+对管道也没有影响，属于安全可控的方法。同时加入联氨药剂，联氨药剂作为除氧缓蚀剂在电力行业得到广泛应用，其对抑制金属腐蚀起到一定作用，这两种方法效果显著。

（4）在10组扇区波形膨胀节处均加装一套固态去耦合器，可对管道阴极进行保护，减少管道的长期腐蚀，延长寿命。

（5）间冷系统循环水水质控制是一个长期过程，除了特殊情况采取的调节PH值方法外，日常也需经常对水质进行净化。该工程应加装一套离子交换器来净化水质，利用阳树脂离子交换能力，将循环水中阳离子如铁、铝、钠等吸附于树脂官能团上，同时释放H+，既能起到净化水体作用，又起到调节PH值的作用。

参考文献：

[1]李静平,王微,窦家新,等. 间接空冷换热器铝管束腐蚀原因分析及解决措施[J]．内蒙古电力技术, 2016, （1）: 56-59

[2]陈亮, 周瑜, 梁金丽, 等. 350MW机组间冷循环水PH异常的原因分析及优化控制[J]． 冶金动力, 2017, （1）: 38-40.