摘要：在进行锅炉过热器化学清洗时，需进行相关试验研究。筛选出的清洗配方应对氧化皮的剥离量小，对剥落氧化皮的溶解效果好，对材料的腐蚀速度低等，以避免工业应用时发生氧化皮大量剥落堵管和材料性能降低等清洗事故。本文论述了火电厂过热器化学清洗配方及工艺研究。
关键词：火电厂；过热器；化学清洗
清洗锅炉过热器时若出现氧化皮大量剥落，会造成堵管风险；若清洗介质选择不当，会造成材料性能下降。因此，必须充分考虑清洗介质对各种过热器管材表面氧化皮的剥离作用，以及对剥落氧化皮的溶解效果和对所有材料的腐蚀情况。
一、过热器概述
过热器(superheater)是锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，又称蒸汽过热器。过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式；按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。另外，采用过热蒸汽可减少汽轮机排汽中的含水率。过热蒸汽温度的高低取决于锅炉的压力、蒸发量、钢材的耐高温性能及燃料与钢材的比价等因素，对电站锅炉来说,4兆帕的锅炉一般为450℃左右；10兆帕以上的锅炉为540～570℃。少数电站锅炉也有采用更高过热汽温的（甚至可达650℃）。
二、试验内容
1、原材料。试验介质为电厂锅炉化学清洗常用有机酸，如EDTA、柠檬酸、羟基乙酸+甲酸、自制复合有机酸A、自制复合有机酸B；试验材料为取自电厂运行10000 h以上的过热器管样，管样材料包括：T22、12Cr1MoV、T91、TP347及某电厂末级过热器脱落的大量氧化皮。
2、试样制备。将试验管样加工为厚0.5cm±0.1cm及高3cm±0.1cm的管段，用丙酮擦洗表面，冷风吹干，置于干燥器内干燥1h然后称重，并用游标卡尺精确测量管样的壁厚及高度，计算管样内表面积，测量完后将管样放入干燥器内备用，同时将管样加工成40mm×12mm×3mm的腐蚀指示片，用200号、400号和600号的水磨砂纸将各试样进行逐级打磨抛光后，用丙酮擦洗表面，再放入干净的丙酮中浸泡2min，冷风吹干，置于干燥器内干燥1h，之后称重，并用游标卡尺精确测量试片的长、宽、高，计算试片面积，测量完后将试样放入干燥器内备用，试验用氧化皮粒径为0.45～0.90mm。
3、试验方法。试验采用半动态浸泡方法，每次试验的溶液体积为300 mL，搅拌桨的高和宽分别为3cm和2cm，搅拌器转速设置为100r/min，浸泡液温度由水浴或油浴进行控制，按各种清洗介质的配方和工艺利用试验装置进行了三项试验：①清洗介质对过热器管样氧化皮的剥离作用，用除垢率和氧化皮剥离量二个指标衡量，氧化皮剥离量是指清洗结束时剥落的氧化皮未被溶解的部分；②清洗介质对已剥离氧化皮的溶解效果；③清洗介质对材质的腐蚀，分析测试及数据处理方法按DL/T 794-2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》中提供的方法进行。
三、结果与讨论
1、管样清洗。经试验表明，所有清洗介质对材质为T22、12Cr1MoV、T91的过热器管样的氧化皮均有良好的溶解效果。TP347的底层氧化物主要成分为Cr2O3，基本不被试验所用清洗剂溶解，因此所有试验用清洗介质对该管样的除垢率均低于90%。
试验结果表明，EDTA钠盐、柠檬酸和羟基乙酸+甲酸清洗后，氧化皮剥离量均较大，其中羟基乙酸+甲酸的氧化皮剥离量最大。如果进行实际清洗时，大量未溶解的氧化皮会造成U形管的堵塞，从而影响清洗进程。因此，过热器的清洗需从除垢效果和氧化皮剥离量两方面进行考虑，以选择合适的清洗介质及清洗工艺。例如，当试验管样（3cm长）清洗过程的氧化皮剥离量为0.1g，对应超过30m长的过热器U型管的氧化皮剥离量则能达到0.1kg以上，足以堵塞过热器管。因此，对清洗过热器管的清洗介质，氧化皮剥离量大的不宜用于清洗过热器。
2、氧化皮在清洗介质中的溶解。过热器剥离的氧化皮在各种清洗介质中的溶解情况如表1所示，试验前后氧化皮的形貌如图1所示.从表1和图1可见，清洗介质对过热器剥落氧化皮的溶解效果由高到低依次为：复合有机酸B、复合有机酸A、柠檬酸、羟基乙酸+甲酸、EDTA铵盐、EDTA钠盐。采用对剥落氧化皮具有良好溶解作用的清洗介质，可确保清洗液对剥落沉降在过热器U型弯处的氧化皮充分溶解。避免堵管风险。
表1 氧化皮在各种清洗介质中的溶解率
图1 各种清洗介质浸泡前后氧化皮形貌
3、材料腐蚀情况。在进行剥离氧化皮溶解试验时，测量浸泡过程中清洗介质对相关材料的腐蚀速度，由结果可知，所有清洗介质对金属材料的腐蚀速度均小于DL/T794-2012中规定的8g/（m2•h）。在金相显微镜下观察腐蚀指示片的表面状态，只有在羟基乙酸+甲酸介质中的奥氏体不锈钢TP347试样表面见到晶间腐蚀形貌。因此，当过热器材料中涉及到奥氏体不锈钢材料时，进行化学清洗应避免选择具有晶间腐蚀作用的清洗介质。
四、火电厂过热器化学清洗应注意的问题
1、清洗前应注意的问题。清洗介质主要包括缓蚀剂、清洗主剂、清洗助剂三部分。首先要慎重选择缓蚀剂，保证在规定的清洗温度下缓蚀剂不会自行分解，并保证在钝化阶段缓蚀剂不会影响钝化效果。其次是选择清洗主剂，常用的酸有盐酸、柠檬酸、硫酸、硝酸、氢氟酸等。另外，清洗助剂的作用是充当还原剂，加入适量的清洗助剂可减轻清洗介质对过热器的腐蚀。
2、清洗过程中应注意的问题。主要包括三方面：首先，在清洗前检查过热器是否正常，并进行试运转。其次，在酸洗期间，防止酸液将过热器损害。最后，若用EDTA钠盐进行清洗时，用小型试验来计算氢氧化钠的理论用量，此外，还要控制清洗初始的PH值，并合理控制钝化阶段的流速。
3、清洗后应注意的问题。首先，要检查并清除清洗后留下的沉淀物，验收后做好内部装置安装工作。其次，清洗废液的处理。火力发电厂一般都会建有大型的废水集中处理系统，这样可实现清洗废液的有效处理。化学清洗废液的主要组成部分是所添加的各类化学药品，这些药品中含有酸、碱、盐、络合剂、缓蚀剂等，需借助不同的处理方式实现废水的处理及回收利用。
五、结语
火电厂锅炉过热器长期在高温高压水蒸气环境中运行，其管内壁会生成大量氧化皮。这些氧化皮随厚度的增加会在机组运行或启停过程中剥离，沉积在弯头部位的氧化皮会使管道流通面积变小，甚至堵塞引起超温爆管，氧化皮还会使主汽阀卡塞和汽轮机叶片腐蚀等，因而严重影响了发电机组的安全稳定运行。
参考文献：
[1]DL/T 794-2012.火力发电厂锅炉化学清洗导则[S].
[2]吴文龙.警惕锅炉酸洗不当引起的爆管事故[J].热力发电，2014(37).
[3]曹杰玉.电厂锅炉化学清洗需注意的几个问题[J].中国电力,2014(36).
论文作者:苏炜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
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