张涛 王静娟
（新疆华电西黑山发电有限责任公司 830017）
摘要：通过对乌鲁木齐热电厂循环水水质情况分析，详细的阐述了乌鲁木齐热电厂循环水冷却塔水泥构件发生腐蚀形成的原因及过程，并提出的详细的解决办法。
关键词：腐蚀、氨氮、pH、循环水、硫酸根
Abstract: Through the analysis of Urumqi thermal power plant circulating water quality, detailed describes the causes and processes of the formation of corrosion occurs in Urumqi thermal power plant circulation cooling water tower cement component, and puts forward the detailed solutions.
Key word:Corrosion, ammonia nitrogen, pH, circulating water, Sulfate radical
0.引言
华电新疆发电有限责任公司乌鲁木齐热电厂位于乌鲁木齐市水磨沟工业园区内，建设装机2×33万千瓦热电联产机组，该工程是新疆“十一五”电力发展规划和华电集团在新疆重点开发的项目，也是乌鲁木齐市总体供热规划和热电联产规划中重要的热源和电源建设点。乌鲁木齐热电厂发电用水全部采用城市中水，其配套建设的中水深度处理厂为乌鲁木齐河东污水厂。乌鲁木齐热电厂于2009年实现投产，极大地节约乌鲁木齐宝贵的水资源，但因设计初河东污水处理厂产水与投产后，水质偏差大，在机组正常投产后，出现了循环水运行中pH无法维持，补充进入循环水中水氨氮严重超标等问题。在该水质条件下，循环水冷却塔连续从2010年运行至2011年后，陆续发现循环水冷却塔淋水梁大面积表层水泥脱落，导致淋水梁强度下降等威胁冷却塔运行安全的问题出现，在2011年和2012年期间多次对冷却塔内淋水梁支撑柱、淋水梁进行全面的玻璃钢防腐处理，现针对以上处理过程，做如下阐述。
1 乌鲁木齐热电厂循环水运行现状
乌鲁木齐热电厂循环水补水全部采用，由河东污水厂提供的城市中水，根据中水水质情况及节水的需要，乌鲁木齐热电厂循环水浓缩倍率控制在3.5倍维持运行。运行过程中循环水氯根控制小于800mg/L,超过800mg/L时，对循环水进行排污，保证凝结器不锈钢管长期安全稳定运行。
统计2010年月11月1日至2010年12月10日，#1、#2塔循环水数据，循环水氯根最大1160mg/L(当日循环水补水氯根达500mg/L),最小430mg/L,平均#1塔592mg/L,#2塔527mg/L , 2010年月11月1日至2010年12月10日循环水补水氯根最大680mg/L,最小142mg/L,平均来水氯根246.16mg/L.循环水平均浓缩倍率#1塔2.55倍，#2塔2.26倍。
2 循环水水质分析
目前，乌鲁木齐热电厂循环水补充水采用中水来水作为补充水源。其补充水水质如下：
表1乌鲁木齐热电厂中水补充水水质指标统计表（2011年9月13日）
乌鲁木齐热电厂中水来水，采用了石灰处理工艺，来水无生物曝气处理工艺，在补充水进入水塔前，通过石灰处理工艺有效去除了水中游离的CO2，碳酸盐硬度和碱度，减少了结垢趋势，改善了水质。为防止机组凝结器发不锈钢管发生结垢，循环水采取了阻垢处理工艺，主要通过添加有机磷控制循环水结垢问题。
从以上两种来水和运行中循环水水质情况统计表中数据不难看出，补充进入塔池的循环水在经过凉冷却塔不断的空气接触曝气、浓缩后，各项指标发生了明显变化，根据氯离子浓缩情况计算，循环水浓缩了2.92倍，氯离子含量达到了737.4mg/L,但仍然小于凝结器管道采用316L不锈钢管道所耐受的1000mg/L标准。该工况下，凝结器不锈钢管道是能够长周期安全运行的；浓缩后循环水硫酸盐含量大幅增加到了1056.7mg/L。浓缩后的循环水氨氮指标在浓缩后，非但没有增加反而从59.9mg/L下降到了19.5mg/L，氨氮下降了40.4mg/L。结合补充水中的硝酸盐含量分析不难发现，其中NO3-含量从补充水中的13.9mg/L在浓缩后增加到了430mg/L。NO3-含量在经过一些列自然浓缩，空气曝气氧化后含量增加了30倍，远远超过了循环水自然浓缩增加的倍数。
表2运行中循环水水质指标统计表（2011年9月13日数据）
补充进入系统的氨氮在浓缩后大幅下降而硝酸盐在浓缩后远远超过其自然浓缩的离子浓度，在结合循环水pH、碱度分析，不难发现：补充进入系统的中水在经过浓缩后，pH值从8.13下降到了7.13，碱度（以CaCO3计）从440.4mg/L下降到120.1mg/L。
结合以上数据判断循环水在浓缩过程中存在pH下降、和硝酸根的大幅升高现象，可以初步判断补充进入循环水系统的中水发生了大范围的硝化反应，导致进入系统的氨氮物质，在硝化细菌的作用下大量转化为硝酸盐，形成硝酸，生成的硝酸又与水中的碱性物质发生了中和反应，导致循环水pH下降，碱度下降的情况。
3 循环水水质对水泥构件腐蚀影响分析
乌鲁木齐热电厂循环水补水SO42－含量365mg/L（2011年全年平均值）。水质在浓缩后，硫酸盐含量大幅攀升，当浓缩倍率至3.0倍率时候就可达1056.7mg/L。当水中硫酸盐含量较高时，会造成普通水泥的侵蚀。根据我国《水利水电工程水质评价标准》中规定，硫酸盐对混凝土结晶性侵蚀判断标准如下：
此外水中高浓度的镁和铵也会对水泥产生侵蚀性破坏，因它可在水泥中形成硅酸镁和氢氧化镁。根据德国VGB推荐标准认为：当水中Mg2+(或NH4+)<100mg/L时，SO42->600mg/L;或当水中Mg2+(或NH4+)>100mg/L时，SO42-<350mg/L，都会对水泥构件造成腐蚀。
根据提供的报告看循环水中的氨氮含量经常超过10mg/L,硫酸根根据计算更是长期在600mg/L以上,远远超过了《水利水电工程水质评价标准》中规定的硫酸根对普通水泥（经查阅乌鲁木齐热电厂冷却塔在建设过程中使用的均为普通硫酸盐水泥，未使用抗硫酸盐水泥）的强侵蚀标准，也超过了德国VGB标准中推荐的控制指标。根据硫酸盐对水泥构件的腐蚀机理分析，硫酸盐对水泥构件的腐蚀分三个阶段：第一阶段水泥表层中水与水泥构件发生腐蚀；第二阶段：水中的硫酸盐与水泥中的Ca(OH)2反应生成CaSO42H2O，反应生成的石膏继续与水泥中的水化铝酸钙反应生成水化铝酸钙晶体[1]。由于生成的铝酸钙晶体是针状结晶，其体积比原来的大2.5倍，可对水泥产生巨大的内应力引起鼓泡破坏或松脆，导致水泥表层形成鼓包脱落；现场查看#1塔淋水梁水泥侵蚀，部分淋水横梁存在明显的鼓包。第三阶段：水泥中钢筋在高温、高湿度的环境中形成Fe2O3,体积是原来的1.5倍[2]，造成钢结构与水泥完全剥离，发生不可逆转的水泥构件损坏事故。目前的水塔水泥侵蚀发生在水泥受硫酸盐侵蚀的第二阶段，如继续发展进入水泥侵蚀第三阶段，部分水塔承重填料横梁将出现坍塌、横梁支撑结构失效等严重问题。从水塔现拍摄图片看，目前#1、#2循环水水塔存在比较严重的水泥剥落现象。
4 解决措施
从水质分析情况看，目前乌鲁木齐热电厂的循环水水泥侵蚀脱落主要是因中水来水中硫酸盐和氨氮含量含量高所致，水中的氨氮含量高在运行过程中可导致循环水pH下降，进而造成循环水发生大范围的均匀腐蚀，如果能够有效控制循环水中硝化细菌菌落数量就可以有效控制循环水硝化反应的发生,保证循环水不出现大范围的酸性腐蚀问题。
根据目前的中水水质情况，在浓缩至3.5倍时，水质中各项指标已达设备要求指标的上限或超过允许指标，如氯根已接近800mg/L，循环水中水硫酸盐含量更是达到循环水水泥严重侵蚀标准的2倍。
为防止乌鲁木齐热电厂循环水冷却塔水泥发生侵蚀，应对循环水做如下处理：
1).#1机组在检修过程中安排对水塔水泥剥落部分构件进行防腐处理，表层形成的疏松状水泥层必须予以剥离，再进行防腐处理，防腐可在表层刷涂环氧树脂，也可刷防渗涂料，使水泥构件与循环水之间形成隔离层，保证循环水与水泥构件不接触。
2).水塔做好冬季化冰工作，防止水塔横梁构件结冰，如果在已经发生腐蚀的水泥构件上结冰，将会因为冰的体积比水的大1.1倍，造成构件内部承受巨大内应力，最终造成水泥构件表层疏松化。
3).在水塔前池悬挂水泥侵蚀监视块，监视循化水水质情况，水塔水泥腐蚀情况，在发生腐蚀后及时处理。
4).在水塔前池悬挂碳钢挂片，监视挂片腐蚀速率，了解循环水对循环水管道的腐蚀情况，防止出现循环水管道的大面积、长时间腐蚀情况出现。
5)加大循环水杀菌灭藻力度，投运ClO2发生器设备运行，可对循环水中的菌类群落进行控制，防止循环水中硝化细菌大量繁殖，抑制循环水中硝化反应，防止循环水pH下降到7以下，造成循环水水泥构件发生酸性腐蚀。
2012年5月乌鲁木齐热电厂利用机组小修期间对#1机组的冷却塔进行了全面的环氧树脂防腐处理， 并修复了存在缺陷的二氧化氯系统。在设备防腐处理完毕，并合理投加杀菌剂的情况下，冷却塔内水泥构件腐蚀情况显著减缓，冷却塔内的腐蚀问题得到了有效遏制，针对该问题的解决，对大量使用城市中水的电厂具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]高秀山主编 火电厂循环冷却水处理 中国电力出版社2002
[2]唐受印 戴友芝 等 工业循环水处理 化学工业出版社 2003
作者简介：张涛 单位：新疆华电西黑山发电有限责任公司 职位：工程管理部专工
王静娟 单位：新疆电科科学研究院 职位：环保室化验员
论文作者:张涛,王静娟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/1
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