国产1000th直流锅炉氢氟酸开放清洗若干问题的探讨

1、国产1000t/h直流锅炉氢氟酸开放清洗若干问题的探讨谏壁发电厂 陆达年 1980年10月、1983年7月、1986年7月，我厂的三台国产1000t/h亚临界直流锅炉（即我厂的7、8、9号炉，上海锅炉厂产品），进行了首次启动前的氢氟酸开路清洗。下面就清洗中的若干问题谈谈我的一些看法，作为这几年来氢氟酸清洗的回顾和总结。一、立式过热器的冲通 立式过热器包括屏式过热器和高温过热器。立式过热器能否参加酸洗，关键问题是U型或倒U管束弯头部分的“空气袋”是否能够被冲通？如果管束内存有“空气袋”，不仅这根管子得不到清洗，而且有可能被酸洗液污染，成为事故的隐患。 冲通可以采用抽真空法、低压蒸汽吹扫法，但最简

2、单易行的方法是施加背压法。 从理论上分析，立式过热器的冲通必须满足下列的不等式：Ph P1 P2 P=P1-P2P：进出口联箱压差 ：水的比重 H：“空气袋”的垂直高度 H （“空气袋”的极限高度即是管屏的 垂直高度） 压力表 零米排放总门 满足这个不等式只有二个办法，一是增加压差，即P值；二是缩短“空气袋”的高度。当一个立式过热器系统各项条件不变的情况下，增加进出口压差的办法就是增加通过管道的流速，然而增加流速常常受到条件的限制，往往是现场没有这么大流量的泵。那么是否可以缩短“空气袋”的高度而达到冲通的目的呢？实践证明，这是一个非常行之有效的办法。只要把清洗废液排放管系末端的出口阀门节流，就

3、能使屏过、高过进出口联箱同时提高压力，如果这时管束内的流速不变，虽然作用在进出口联箱上的压差不变，但作用在管束内“空气袋”上的压力增大了，气体被压缩，即H值变小，同样也能使上述不等式成立。施加一定的背压以后，冲通流量能大幅度地下降。 例如，我厂8号炉前屏过热器的总阻力系数=21.82，管屏的垂直最大高度为11.1米，前屏过热器的通流截面为0.29平方米，因此，双侧冲通的极限流量值应该是： 计算结果双侧冲通流量为3296.5t/h 单侧冲通流量也需要1648.3t/h。上海锅炉厂的产品说明书也明确地指出了这一点。显然，要实现这个冲通流量，在现场是难于办到的。但由于使加了背压，实际的冲通流量大幅度

4、下降，表1是我厂7、8号炉实际冲通工艺：炉号部位汽动给泵转速单侧冲通流量0米排总门前压力7甲侧2800rpm830t/h6.5kg/cm2 乙侧2800rpm820t/h7.5kg/cm28甲侧800t/h12.0kg/cm2乙侧660t/h20.0kg/cm2 表中工况并不代表是冲通时候的临界工况。另外，零米层排放总门前的压力中包括大约50米高的水柱压力，所以高温过热器出口联箱处的背压显然要比零米排放总门前的压力低得多。 冲通的鉴定是非常重要的。派人直接进入水平烟道，用手摸每一根管子的方法是十分可靠而易行的办法。冲通立式过热器的水，通过除氧器加热到50左右，冲通一旦建立，管子温度明显上升。根

5、据我们的经验，达到冲通条件时，冲通在数分钟之内便会实现。 对不同过热器的冲通，在背压与冲通流量之间如果能够建立起数学模式，这对于工程实践是有重大意义的。 我厂采用二台汽动给泵低转速并列运行的办法，实施冲通，在技术上是可行的。随给泵转速的增加，可以极大地增加背压和降低冲通流量。二、清洗系统选择和低PH的提前冲洗法 我厂三台1000t/h基建锅炉的清洗，都采用了一次通过分段多点排放的大回路开放式清洗系统。从汽动给泵出口经过高压加热器水侧、省煤器、双面水冷壁、膜式水冷壁、顶棚过热器、包复过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器、直至主蒸汽管道。我在进行系统选择的时候，考虑了如下的一些原则：1、系统

6、要简单，临时管道要尽量的少；2、所选择的系统应能够节约药品；3、尽量避免在高温高压的大口径管道上开孔;4、酸洗临时管道系统与冲管系统相结合；5、凡是能够清洗的受热面，力求都能清洗；6、所选择的系统力求操作简单7、应尽量利用系统中原有的设备，如泵、加热器、水箱、阀门、热工表计等。 酸洗时采用“一次通过”的大系统，显然可以节省药品，减少操作，缩短清洗时间，减少水耗，基本上能符合上述系统选择的原则。但酸洗液通过的系统越大越长，在废液中积累的机械杂质越多，三价铁离子的浓度越来越高。采用“分段多点排放”的办法，可以避免一个清洗区域中存在于酸洗废液中的沉淀物带入下一个清洗区域。这对于汽水系统复杂的直流锅炉

7、是特别重要的，同时可以避免高浓度的三价铁离子的积累对后部屏过、高过、主蒸汽管道耐热合金钢的腐蚀。 但是采用大系统清洗也存在几个问题：1、系统越大，在酸洗结束时，系统中存储的“新鲜”氢氟酸越多；2、系统前部受热面和后部受热面参加酸洗的时间悬殊也越大，为了保证每一部分被清洗的 的受热面与氢氟酸都有一定的接触时间，那么前部的受热面就存在着不必要的过洗；3、系统越大，酸洗过程中“最大的一次性用水量”也就越大。所谓“一次性用水量”是指几个不能分割的酸洗工艺过程的连续用水量。这就要有大的制水能力或储水能力； 实践证明，氢氟酸具有起始溶解速度快的特点，当酸塞通过管束时，氧化铁皮能急剧地溶解下来。当排出口的铁

8、离子峰值过去10-15分钟以后，出口的氢氟酸浓度很快上升，虽然这时排出的铁离子浓度还很高，但应该毫不犹豫地转入低PH冲洗，（即利用含有极低浓度氢氟酸的除盐水冲洗系统），利用系统中存留的新鲜氢氟酸对后部金属表面进行进一步的清洗。这种不等出口铁离子浓度降得很低就进行低PH冲洗的办法，就称为“低PH提前冲洗法”。 从汽动给泵出口到主蒸汽管道总容积约250立方米，清洗流量以400t/h计算，把这一段“酸塞”完全推出出口端大约需要37分钟，在这一段时间内，从后面推过来的酸液足以把出口部分的金属清洗干净，因此，甚至可以考虑不等铁离子的峰值过去就进行低PH的冲洗。 这一思想应该反映在订货计划中，使氢氟酸的用

9、量恰到好处，因为在现场储存多余的氢氟酸是不恰当的。根据我厂的实践，清洗一台锅炉的氢氟酸用量可以这样估算： 如果被清洗的金属表面锈蚀比较严重，例如每平方米氧化铁达300克以上时，C1 的值可以在1.01.5之间进行选取；如果锈蚀不严重，每平方米氧化铁皮在200克以下时，C1的值可以在1.0%以下选取。而T的选取不仅 取决于“酸塞”通过各被清洗的受热面的时间，而且还取决于各系统的操作切换的时间，这是特别要注意的。 至于上述提到的大系统清洗时的第三个缺点，即“一次性最大用水量”比小系统的“一次性最大用水量”大，只能根据各厂的具体情况，因地制宜。要事先进行用水的平衡计算工作，关键是抓住“一次性最大用水

10、量”的平衡计算工作，并留有余地。在工程进行初步设计的时候，就应该要把热力系统清洗的大原则定下来，以便在设计院进行施工图设计时，预留必要的接口和设计某些永久性的管道。在考虑水箱的容积时，务必要把酸洗用水这个因素考虑在内。三、清洗系统的处理 对于选择好的系统，要完成既定的工艺过程，就要对系统进行处理，我想是否应该注意下面的几个问题：1、对于一个清洗系统，清洗过程中压力等级的确定是首要的，因为这涉及到注酸泵和临时管道上阀门的选型以及酸洗临时系统水压试验时压力数据的确定；计算一下整个工艺过程中不同流量下的系统阻力，就能知道给水母管上注酸点P处的压力数值（图2）。 热力系统 除盐水箱 注酸点 酸洗泵 P

11、 排放总门 浓酸箱 注酸泵 非常仔细地计算整个清洗系统在不同流量下的阻力值是麻烦的也是不必要的。还是以1000t/h锅炉为例，清洗过程中有三个流量数值，即800t/h, 400t/h, 200t/h,分别为冲通流量、酸洗流量和碱洗流量。由于冲通时注酸泵不启动，因此我们着重考虑400t/h时的系统阻力计算。根据制造厂的说明书，在额定负荷工况下， 系统水汽系统总阻力为 P=45.0kg/cm2，那么，保守地估计一下在400t/h的阻力P1应该是：P/P1=10002/4002 P1=7.2kg/cm2 为了防止在酸洗过程中在屏过、高过联箱和管道的局部地方析出氢气（或其他气体），造成气塞，因此在零米

12、层排放总门前维持一个背压是必要的。这个背压在数值上应该稍大于酸洗系统最高点的几何标高值。对于这台1000t/h的锅炉，在零米层排放总门前我们一般维持6.0kg/cm2 背压。由此可见，给泵出口注酸点处的压力数值应该是上述二项之和13.2kg/cm2 . 注酸泵的扬程选择可根据P点的压力值、输酸管道的阻力值确定，同时也要照顾到给泵的运行工况是否允许。 应该注意，酸泵扬程选用过高是不安全的。表2是我厂二台1000t/h锅炉清洗过程中各点压力值实例：表2流量 t/h200400给泵出口压力 kg/cm252.038.0给水母管压力 kg/cm210.012.0零米排放总门前的压力 kg/cm27.5

13、7.0系统阻力 kg/cm22.55.0汽机转速 rpm234526002、对于排放母管的选择，我认为不必要拘泥于经济流速，因为酸洗毕竟只有几天时间，可以不必考虑运行的费用问题，只要注酸泵和酸洗泵的压头足够，管径完全可以选小一些。管径选粗了，会带来施工的困难，酸洗费用的上升，也使酸洗过程中的调节发生困难。对于排放母管的选用，必要的阻力计算是十分必要的。表3是800t/h 400t/h流量时二种管径1000i的比较：表3 流量 管径 800t/h400t/h流速 m/sec1000i流速 m/sec1000idg2504.531332.2633dg2007.074333.54108 i =0.0

14、0107 我厂酸洗时，排放母管长度约80米，如果排放母管选用 dg200，就是在800t/h冲通时，产生的阻力仅是34.6米，而这时背压的增加对冲通是有好处的。至于在400t/h流量下酸洗时，排放母管产生的阻力只有8.6米。3、锅炉本体上酸洗液流过的调整门、逆止门等门芯应该拆除，以降低系统阻力，保护阀门。4、注酸泵的盘根，进出口阀门法兰填床，采用柔性石墨材料，具有良好的密封和耐腐蚀的性能。5、由于直流锅炉的汽水系统十分复杂，因此对系统中盲肠死角的处理应十分慎重。或是采用疏的办法，或是采用堵的办法。如去二次汽的系统，可以在启动分离器中用木塞加堵或干脆将导汽管割断加堵板。对于一次汽的减温水系统，大

15、小旁路系统和大量的疏放水点，就采用疏的办法，并且让减温水系统和大小旁路系统参加酸洗。一些重要的疏放水点的末端应处理成开口的形式或留有取样点，以便最后在高PH冲洗时，能确认这些盲肠部分的酸液已全部排尽。一些次要的疏水点，也应该用手摸一下，试试温度，确认管道是否畅通。6、第一排放点可以设在大直径下降管的底部，第二排放点可以设在启动分离器分/地沟处，第三排放点可以设在主蒸汽管道的末端。7、临时管道上的重要切换操作阀门，应该集中布置或靠近布置，进出口取样架的布置也应该尽量靠近。四 清洗工艺及注意事项（一）通过实践我们把清洗工艺归结为四个阶段十五个步骤。第一阶段 清洗系统整组试运转1、系统冲洗及水压试验

16、2、屏过、高过冲通3、操作练兵及系统加热试验第二阶段 预清洗4、200t/h表面活性剂开放预清洗5、水冲洗6、酸洗前准备工作检查第三阶段 酸洗及钝化7、200t/h循环(或开放）加热8、400t/h开放加热9、开放酸洗及酸洗废液处理10、低PH冲洗11、高PH冲洗12、钝化第四阶段 后处理13、钝化废液处理和环境监测14、屏过、高过逆向冲洗（如果用亚硝酸钠作钝化剂）15、酸洗设备清洗及保养上述15个步骤是基本的，当然也可以根据不同的情况作必要的增删。（二）在酸洗的过程中我们注意到如下的一些问题1、在各通流截面中，酸洗液的流速不低于0.2m/sec2、清洗用水分为工业水和除盐水两部分，但使用的工

17、业水必须是经过混凝、澄清、过滤，浊度一般应小于3mg/l。在试运转和预清洗的过程中，应该采用工业水，在酸洗和钝化过程中，应采用除盐水。如果要用工业水代替除盐水进行酸洗，我认为除了进一步降低工业水的浊度外，由于各地工业水的含盐量和组成不同，事先应对锅炉不同的钢材进行小型试验。在高PH、低PH冲洗和钝化的过程中必须用除盐水，以防止氯离子对钝化膜产生不良的影响。3、酸洗液中的三价铁离子峰值过去以后，且溶液中已基本上没有大颗粒机械杂质后，才允许酸洗液进入立式过热器。4、在清洗过程中，应该首先保证主系统的清洗，然后再从容地安排次要系统的清洗，以保证节约清洗时间和药品。5、系统由循环切换至开放，由开放切换

18、至循环时，应该及时调整加热蒸汽的流量（这个流量是在试验时得到的）。6、在清洗过程中，如果发生重大的异常现象，应该将系统转入静泡，处理完毕后，再继续进行清洗。转入静泡时，应协调操作。采用可调速给泵时，首先应该把给泵的转速降下来。（三）低PH冲洗酸浓度突降 高PH冲洗PH突跃采用PH=3的除盐水顶出系统中的酸洗液，由于氢氟酸的浓度极低（约0.005），金属的腐蚀速率很小，因此在这一过程中可以不加缓蚀剂。这就要求在低PH冲洗时正确、及时地控制好氢氟酸的浓度，使进口端氢氟酸的浓度有一个突降。要防止在失去缓蚀剂的情况下，或缓蚀剂量不足的情况下，金属表面暴露在“比较浓”的氢氟酸酸洗液中。采用同一个浓氢氟酸

19、箱实现酸洗和低PH冲洗时特别要注意这一点。高PH冲洗用“氨塞”迅速代替“酸塞”，对于防止活性金属表面生成二次锈十分重要。显然在“氨塞”推进的过程中，与“酸塞”的交界面会形成过渡状态的PH值，缩短这个过渡状态，必须把握三个环节：1、低PH冲洗时氢氟酸的浓度要真正降下来2、高PH冲洗时，一开始的1015分钟的加氨量要真正地高上去（可以达到几百ppm）3、要有足够的冲洗流量。（一般与酸洗、低PH冲洗的流量相同）。 清洗系统出口酸浓度的突降时间t1 和PH从3.0到9.5的突跃时间t2 （图3），根据我们的经验，可以控制在10分钟之内。缩短t1t2 的时间是减轻金属基体腐蚀、获得优良金属表面的又一关键

20、。 1.0-1.5 HF% PH PH=9.5-10.0 3.0 0.005% t t1 t2 酸洗 低PH冲洗 高PH冲洗五 缓蚀剂问题 优良的缓蚀剂是保证酸洗成功的必要因素之一，它除了要有对不同钢材较低的腐蚀速率和优良的金属表面状态外，还应该具有价格便宜、添加量小、对环境少污染或无污染的特点。 目前已经在市场上推出了几种不同牌号的氢氟酸介质中的缓蚀剂。作为用户，除了要求缓蚀剂有上述性能外，还希望它具有良好的使用性能。作为缓蚀剂应该能够溶解在浓的清洗介质中，这带来很多好处：1、浓酸和缓蚀剂可以用同一台泵输送2、浓酸储存罐、输送管道、输酸用泵可以采用普通的碳钢材料，避免采用衬胶设备、不锈钢设备

21、或可靠性差易老化的塑料设备3、缓蚀剂的剂量加入比较均匀。这对于现场浓酸系统的施工带来极大的方便，无疑也会降低酸洗费用。 当然缓蚀剂加入浓酸以后，浓酸输送泵的流量应该保持一个稳定值，因为缓蚀剂的浓度与酸洗液中的稀酸浓度是相匹配的，所以如果浓酸流量低于一个给定值，而给泵出口的除盐水流量不变，那么缓蚀剂的浓度就会低于某一个必要的安全数值，这可能导致金属基体腐蚀速率的增加。一般来说，保持浓酸液的一定流量并不是困难的。 要使用好缓蚀剂，必须了解它的使用性能，如SH416，它虽然不能溶于水或稀的氢氟酸，但由于它的“负离子效应”，能够溶解在浓的氢氟酸中，然后与除盐水能以任何比例混合成均匀一致的悬浊液。应该注

22、意，由于它的原料中有某些工业品生产过程中的下脚料，因此对每一批产品的质量应仔细地进行检查，特别是它在浓酸中的溶解性能。总的来说，目前氢氟酸介质中的缓蚀剂还不成熟，有待进一步的研究。 在我国最初的氢氟酸清洗过程中，盛行在缓蚀剂中加硫酸亚铁的做法，以降低三价铁对高合金钢的腐蚀，80年10月，我厂第一台1000t/h亚临界直流锅炉酸洗时，我考虑到如下的几点理由，取消了在缓蚀剂中加硫酸亚铁的做法：1、在实际的清洗过程中，系统中本身会产生大量的亚铁离子；2、在清洗过程中亚铁与高铁离子的峰值是同时出现的；3、采用分段排放法，可以避免高铁离子峰值进入屏过、高过和主蒸汽管道，与那里对高铁离子敏感的金属相接触；

23、4、中型动态试验表明，不使用硫酸亚铁，象F12，11这样的钢材，腐蚀速率也能控制在合格的范围内。事实证明，这样的判断是正确的。六、酸洗效果的评价1、 是否洗干净了？这有二种办法可以判断：一是在锅炉的各个不同的有代表性的部位进行割管检查；二是直接根据酸洗曲线进行分析。图四是酸洗过程的典型曲线。可以这样认为，当高铁离子浓度趋于零，亚铁离子浓度维持一个基本稳定的数值，而此时出口的氢氟酸浓度也基本稳定，这就说明系统内已经清洗干净，也就是我们常说的清洗的终点已经到达。如图四E点。当然要观察金属表面是否存在点蚀，钝化效果如何，割取一定数量有代表性的管样还是必须的。 Fe(ppm) Fe+ HF% HF%

24、Fe+ 0 E t 2、腐蚀速率与绝对腐蚀量腐蚀速率确切地说是对缓蚀剂的评价。对于一个被清洗的系统，最有意义的是绝对腐蚀量，即在一个清洗的全过程中，不同种类金属单位面积上金属腐蚀的绝对量。有许多例子说明，发生最强烈腐蚀的过程，不一定就是系统中存在酸液的时候。一般说来。当有足够的缓蚀剂存在时，腐蚀速率可以控制在一定的范围内。因此除了腐蚀速率外，还应该注意绝对腐蚀量，因为只有它才能本质地衡量酸洗工艺的好坏。 一个开放式的清洗系统，除了根据腐蚀指示片对不同金属的腐蚀速率作出判断外，还可以根据清洗终点时亚铁离子的浓度计算整个系统内不同钢材、不同部位的平均腐蚀速率，同样具有参考意义。图四从E点开始，亚铁

25、的浓度基本上保持一个稳定值，这可以看作是金属基体腐蚀产生的结果，从这一概念出发，就可以对系统内的平均腐蚀速率得出如下的计算公式： 3、清洗费用 这应该包括酸洗中的药品费用，水、电、汽费用，酸洗设备系统安装及折旧费用，人工费用，废液处理费用等。在药品费用中，氢氟酸是主要费用。从排废曲线分析，目前氢氟酸的利用率还比较低，如何改进酸洗工艺，提高氢氟酸的利用率，是节约酸洗费用的重要途径。4、启动效果 系统经过清洗以后，锅炉的吹管次数，满负荷时的汽水品质也应该是清洗好坏的重要标志。但必须指出，对个别的汽水品质指标，如二氧化硅，不应该看它什么时候合格，而应该看它进出口平衡时，（即给水中的二氧化硅与主蒸汽中

26、的二氧化硅数值相等），系统中二氧化硅的溶出量。因为给水中二氧化硅是否合格，一方面取决于系统中二氧化硅的溶出量，另一方面还取决于凝给水处理设备的除硅能力，因此只有二氧化硅的溶出量才能本质地说明硅酸化合物被清洗的程度。5、清洗用的时间 不管是基建锅炉还是运行锅炉，提前一天发电会产生巨大的经济效益，因此尽量缩短清洗时间也应该是追求的目标。6、安全 首先是与浓氢氟酸接触的工作人员是否有合乎标准的劳动保护用品，在清洗过程中是否发生了危及人身安全的事情。当然设备的安全运行、尤其是大型辅机的安全运行也是不可忽视的。7、废液处理 废液的处理主要包括氢氟酸废液和钝化废液的处理，达到环保排放的要求。七、氢氟酸废液

27、的处理 用石灰粉处理氢氟酸废液是行之有效的办法。我们添加的石灰粉纯度大约在40（CaO）左右，细度为20目，石灰粉的总量根据氢氟酸总量计算，我们一般考虑是理论用量的1.5倍，如果现场的处理条件好，石灰粉用量可以适当减少。 用石灰粉处理氢氟酸有四个目的：1、中和残余酸度2、用钙离子固定氟离子，生成氟化钙沉淀；3、使铁离子生成氢氧化铁沉淀；4、除去缓蚀剂，降低排废液的COD值。 因此，从理论上说，加进去的石灰粉量，只有与酸洗系统人口处的氢氟酸当量数相等，就可以达到处理好的目的，而完全可以不考虑氢氟酸在清洗过程中的消耗情况和生成物的情况，因为不管是残余的氢氟酸，还是已经生成的铁氟络合物，同样都要消耗等当量的氢氧化钙，因此根据排废液的残余酸度决定石灰粉的加入数量是不正确的，而根据排放口的废液浓度（包括残余酸度和铁氟络合物浓度）来调整石灰粉的加入量在现场是难于办到的，