涂孝飛，張曉軍，姜 明

（1.華北電力科學研究院有限責任公司西安分公司，陜西 西安 710065；2.內(nèi)蒙古京能雙欣發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古烏海 016100；3.神華國華寧東發(fā)電有限責任公司，寧夏 靈武 750403）

0 引言

近年來，SCAL（sukface condenser aluminum）型間接空冷（以下簡稱“間冷”）系統(tǒng)憑借其運行安全穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，在我國北方地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。然而在應(yīng)用中，存在循環(huán)水水質(zhì)在基建調(diào)試期pH值異常升高的現(xiàn)象，導(dǎo)致冷卻三角管束腐蝕泄漏，造成機組長時間停用[1]；機組轉(zhuǎn)生產(chǎn)運行后，間冷循環(huán)水中硅、鐵、鋁、電導(dǎo)率、pH 值等化學監(jiān)督項目超標的問題持續(xù)存在，給機組安全運行造成極大隱患。因此，針對間冷循環(huán)水水質(zhì)超標原因進行分析并采取有效的處理措施顯得尤為重要。

1 水質(zhì)異?，F(xiàn)象及原因分析

1.1 間冷系統(tǒng)簡介

某廠凝汽式汽輪機和給水泵小機的排汽進入表面式凝汽器，由間冷循環(huán)水進行凝結(jié)。循環(huán)水受熱后經(jīng)循環(huán)水泵升壓進入自然通風間冷塔由空氣冷卻，冷卻后的循環(huán)水再回至表面式凝汽器形成閉式循環(huán)，循環(huán)水水質(zhì)為除鹽水。

1.2 水質(zhì)異?，F(xiàn)象

a）系統(tǒng)沖洗時間長。該廠采用除鹽水作為介質(zhì)對間冷系統(tǒng)進行沖洗。第一階段：扇區(qū)進回水管短接，進扇形板膨脹節(jié)處加裝堵板，沖洗水不進入扇區(qū)；第二階段：堵板拆除，系統(tǒng)帶扇區(qū)沖洗，系統(tǒng)沖洗采取邊補邊排的方式，持續(xù)1 個月水質(zhì)才達協(xié)議要求值[2]，即pH=6.7～8.0、ρ（SiO2）≤10 g/L、導(dǎo)電率≤2.0 μS/cm、ρ（Al3+）≤8 μg/L、ρ（懸浮物）≤5 mg/L。沖洗期間水質(zhì)情況如表1 所示。

表1 2019 年6—8 月某電廠間冷循環(huán)水系統(tǒng)沖洗水質(zhì)情況

b）運行期間水質(zhì)差。系統(tǒng)經(jīng)基建調(diào)試期的空負荷、帶負荷、168 h 滿負荷試運后，于2019 年9 月轉(zhuǎn)生產(chǎn)運行，統(tǒng)計的生產(chǎn)運行半年內(nèi)間冷循環(huán)水水質(zhì)分析報表如表2 所示。

表2 某電廠間冷循環(huán)水生產(chǎn)運行水質(zhì)情況

由表1、表2 可知，各水質(zhì)監(jiān)督指標合格率較低，其中pH 值最高達9.55，平均值為8.30。鋁為兩性金屬，在堿性環(huán)境條件下也會發(fā)生強烈的腐蝕，從而導(dǎo)致Al3+質(zhì)量濃度的合格率僅為14.6%。該水質(zhì)環(huán)境的持續(xù)存在和惡化，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕加劇，導(dǎo)致電導(dǎo)率SC（specific conductivity）及懸浮物SS（suspended solids）的質(zhì)量濃度等指標合格率也僅為72.3%、80.5%。最終形成水質(zhì)差—腐蝕—水質(zhì)差的惡行循環(huán)。

1.3 水質(zhì)差的原因

設(shè)備在制造階段采用弱堿性鈍化法對管內(nèi)壁進行鈍化處理，該工藝容易在管束中殘留Na+、Cl-及腐蝕介質(zhì)H2O，當這些雜質(zhì)接觸O2后，發(fā)生腐蝕。被腐蝕的地方呈活化狀態(tài)為陽極，未受到破壞的為陰極，形成“供氧差異電池”，從而產(chǎn)生點蝕，短時間內(nèi)將管壁腐蝕穿透，導(dǎo)致電導(dǎo)率、Al3+質(zhì)量濃度升高[3]。國內(nèi)350 MW 和660 MW 間冷超臨界機組首次扇區(qū)充除鹽水，并接觸到散熱三角底部進（出）水膨脹節(jié)碳鋼-1050A 純鋁散熱器時，就會造成1050A 純鋁和Q235B 碳鋼耦合的電偶腐蝕，該電偶腐蝕是循環(huán)水pH 值突發(fā)性升高的直接原因[4-6]。為更好地保證機組的安全、長期、經(jīng)濟運行，急需對間冷循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)進行優(yōu)化控制，防止設(shè)備發(fā)生腐蝕泄漏事故。

2 間冷循環(huán)水水質(zhì)現(xiàn)有調(diào)整方式

2.1 除鹽水置換法

受迫于系統(tǒng)的潔凈程度以及工程建設(shè)進度的限制，基建期間冷循環(huán)水系統(tǒng)通常采用邊補邊排的方式對循環(huán)水水質(zhì)進行優(yōu)化調(diào)整；部分運行機組受制于系統(tǒng)改造經(jīng)濟壓力仍然采用該方式維持運行。但由于間冷循環(huán)水系統(tǒng)管線長、管徑大、儲水量大等因素影響，僅通過換水的方式來降低pH 值及其他離子含量，從長遠的運行角度來看，時效性差、經(jīng)濟性也差。

2.2 加酸調(diào)節(jié)法

通過向循環(huán)水系統(tǒng)加入碳酸、抗壞血酸等弱酸來降低間冷循環(huán)水pH 值。該處理方式雖能夠快速降低循環(huán)水pH 值，但對其他超標離子的調(diào)整無能為力。另外，加入弱酸時一并引入了其他離子，對循環(huán)水系統(tǒng)防腐蝕體系的控制帶來了更多的不穩(wěn)定因素。該方式短期快速調(diào)整pH 可行，但長期運行存在很大的弊端。

2.3 旁路陽床法

獨立陽床的旁流處理方式可去除Na+、Al3+、Ca2+、Mg2+等離子，置換出氫離子，氫離子與氫氧根離子反應(yīng)，從而達到降低循環(huán)水pH 值的目的。雖然該種方式已在部分電廠得到應(yīng)用，效果較好，pH值和電導(dǎo)率均能達標，但也存在一定不利因素。其一，陽床僅能對陽離子進行去除，而無法去除氯根、硫酸根等陰離子；其二，陽床出水呈強酸性，當其與氯根、硫酸根結(jié)合，相當于強酸存在于循環(huán)水中，存在循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備局部產(chǎn)生腐蝕的風險[7]。

3 過濾+精除鹽旁流處理工藝的實施與應(yīng)用

該電廠化學水處理車間原設(shè)計一套除鐵器+活性炭+混合離子交換器冷凝液處理工藝設(shè)備，用于處理蒸汽冷凝液，該系統(tǒng)兼具過濾、除鹽、pH 調(diào)節(jié)功能。按照DL 5068—2014《發(fā)電廠化學設(shè)計規(guī)范》、GB/T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)水冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》的要求，對現(xiàn)有凝液處理系統(tǒng)進行技術(shù)改造，實現(xiàn)間冷循環(huán)水旁流處理的功能[8-10]。

3.1 旁流處理工藝的實施

a）系統(tǒng)升級改造。系統(tǒng)升級改造包括系統(tǒng)管道改造、增設(shè)在線儀表、自動控制系統(tǒng)優(yōu)化等，實現(xiàn)間冷循環(huán)水旁流處理、水質(zhì)監(jiān)督、自動調(diào)整等。間冷循環(huán)水冷卻水（熱水）引一路循環(huán)水至冷凝液處理系統(tǒng)冷凝液提升泵出口母管處，該部分循環(huán)水經(jīng)除鐵器+活性炭過濾器+混合離子交換器處理后，經(jīng)管道匯流至循環(huán)水冷卻水回水（冷水）管。

b）工作流程及控制方式。工作流程為先打開旁流處理裝置的進出水隔離閥及系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)的手動閥、取樣電磁閥，然后控制系統(tǒng)送電自檢，成功后，控制系統(tǒng)準備就緒?？刂葡到y(tǒng)實時采集進水在線濁度、pH 值、電導(dǎo)率等循環(huán)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，并與設(shè)定的標準值進行自動比較，當水質(zhì)數(shù)據(jù)超過標準時，自動啟動系統(tǒng)進行旁流凈化處理；進水水質(zhì)會不斷接近標準值，此過程中控制系統(tǒng)會根據(jù)實時值與標準范圍值的偏差自動進行比例積分微分PID（proportional inlegral derivative）運算，合理調(diào)整進水流量調(diào)節(jié)閥的開度，控制旁流處理流量，保證間冷循環(huán)水處理裝置的安全、經(jīng)濟運行；進水水質(zhì)已經(jīng)達到標準范圍要求值時，系統(tǒng)停止運行。

3.2 應(yīng)用效果

旁流處理后循環(huán)水ρ（Fe）、ρ（Al3+）、pH 值變化如圖1 所示，旁流處理水量與水質(zhì)合格率隨時間的變化如圖2 所示。由圖1 可知，當間冷循環(huán)旁流處理系統(tǒng)投入運行后，pH 值、Fe 和Al3+的質(zhì)量濃度開始明顯下降；72 h 后pH 值就已達到合格標準，徹底解決了循環(huán)水pH 值居高不下的癥結(jié)；Fe 和Al3+的質(zhì)量濃度分別降低至4 μg/L、3 μg/L。當間冷循環(huán)水旁流處理系統(tǒng)投運24 h、96 h 后，懸浮物和電導(dǎo)率就分別達到合格標準，后期水質(zhì)長期保持在優(yōu)良的品質(zhì)。由圖2 可知，當間冷循環(huán)水旁流處理水量保持在120 m3/h 以上時，水質(zhì)合格率從35%快速提高至90%；后期逐漸降低處理時，合格率一直保持在100%。

圖1 旁流處理后循環(huán)水ρ（Fe）、ρ（Al3+）、pH 值變化

圖2 旁流處理水量與水質(zhì)合格率隨時間的變化

該旁流處理裝置采用除鐵過濾器+活性炭過濾器過濾加吸附方式，能夠有效去除間冷循環(huán)水中的泥沙、鐵銹、固體雜質(zhì)和有機物；混合離子交換器不僅能夠?qū)﹂g冷循環(huán)水中的Na+、Al3+、Fe3+、Ca2+、Mg2+等陽離子進行去除，還可以對硫酸根、硅酸根、氯離子等陰離子進行有效去除；系統(tǒng)出水近中性，有效地解決了小陽床處理方式的多種弊端。與此同時，綜合利用系統(tǒng)內(nèi)的在線化學儀表、電動閥、自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)系統(tǒng)無人值守自動化運行。

3.3 經(jīng)濟性分析

據(jù)調(diào)查，單臺350 MW 機組間接空冷循環(huán)水水質(zhì)惡化導(dǎo)致除鹽水浪費、更換鋁材、電資源浪費、廢水處理、機組非停電網(wǎng)考核等原因造成損失共計約150 萬元[11]。若繼續(xù)沿用原有的除鹽水置換方式進行水質(zhì)控制調(diào)整，按照單臺機組補水率300 t/d 計算，除鹽水綜合費用約為18.3 元/t。過濾+精除鹽（混床）間冷循環(huán)水旁流處理工藝的順利實施，不僅可以避免因水質(zhì)惡化造成的損失，而且每年還可回收除鹽水約10.95 萬t，產(chǎn)生經(jīng)濟效益約200 萬元，經(jīng)濟效益極為可觀。

4 結(jié)論和建議

a）凝液處理系統(tǒng)技術(shù)改造應(yīng)用于間冷循環(huán)水處理系統(tǒng)，pH 值調(diào)節(jié)與離子去除同時實現(xiàn)，水質(zhì)凈化更徹底，使得間冷循環(huán)水水質(zhì)得到有效地改善和控制，使其各項水質(zhì)分析指標均達到設(shè)備廠家技術(shù)協(xié)議要求值，消除了間冷系統(tǒng)腐蝕隱患，提高了機組運行的安全性。

b）凝液系統(tǒng)按照方案實施改造后，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對廠外冷凝液的回收處理，還能對間冷循環(huán)水進行旁流處理，將其功能發(fā)揮到最大化。由于間冷循環(huán)水旁流處理僅需定期周期性運行，因此新增系統(tǒng)管道閥門均按手動閥門設(shè)計，減少系統(tǒng)改造投資，實現(xiàn)更高的產(chǎn)出投入比。

c）相比除鹽水置換、加藥處理、旁路陽床處理等工藝，過濾+精除鹽的旁流處理方式效果更佳，經(jīng)濟性、安全性更為顯著。

d）間冷循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)的調(diào)節(jié)與控制應(yīng)從設(shè)計、安裝、調(diào)試、運行等多維角度及不同階段提前制定合理有效的處理方案，提前規(guī)劃、盡早施工、早日投運，這樣才可實現(xiàn)系統(tǒng)的安全運行。

e）腐蝕傾向模型構(gòu)建的必要及迫切性。采用掛片試驗和電化學測量相結(jié)合的方式，研發(fā)一套間冷循環(huán)水系統(tǒng)動態(tài)防腐蝕智能監(jiān)控儀，動態(tài)評價間冷循環(huán)水旁流改造及水質(zhì)凈化研究效果，為今后同類型系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、運行提供借鑒。