过热器、再热器化学清洗(课件)

过热器、再热器化学清洗河南电力试验研究院吴文龙过热器、再热器化学清洗河南电力试验研究院吴文龙1过热器、再热器化学清洗主要内容1.过热器、再热器系统化学清洗的必要性2.过热器、再热器系统的特点3.过热器、再热器系统清洗时期的确定4.过热器、再热器系统清洗介质的选择5.过热器、再热器系统清洗系统及主要参数6.过热器、再热器系统清洗的主要步骤过热器、再热器化学清洗主要内容1.过热器、再热器系统化学清2过热器再热器化学清洗的必要性运行炉（过热器、再热器）的清洗-----减缓氧化皮的形成和脱落，减少管道的长期蠕变损伤及对汽机的冲蚀基建炉化学清洗清除掉大部分金属氧化物可以减少吹管次数过热器再热器化学清洗的必要性运行炉（过热器、再热器）的清洗-3运行炉过热器、再热器管中氧化物的形成及脱落低合金钢在接近和高于运行温度（538℃）时产生高温腐蚀，过热器、再热器的铁在高温下被氧化，其形成的速度与其材质及所处的温度不同而不同。如金属氧化物形成后，导致金属壁温的上升，氧化垢的形成速度更快。金属氧化物累积后，在运行过程中可能脱落，对管道及汽机产生危害。运行炉过热器、再热器管中氧化物的形成及脱落低合金钢在接近和高4过热器管道形成的氧化垢层及脱落图过热器管道形成的氧化垢层及脱落图5再热器管的氧化厚度和脱落率材质氧化物平均厚度μm脱落率％T1170<10T2227080T9150<5304H90<2再热器管的氧化厚度和脱落率材质氧化物平均厚度脱落率％T1176氧化垢层的危害对汽机的冲蚀汽机的喷嘴、隔板、叶片、阀等都受到这种危害，对机组的运行效率和可用率产生影响；这种冲蚀产生巨额经济损失(每台机超过150M美元/年)。通常情况下，高压和中压缸的检查为5－6年一次，由于这种冲蚀的存在,现在被迫为2年－1年半检查一次,增加检修成本及降低机组的可用率。氧化垢层的危害对汽机的冲蚀汽机的喷嘴、隔板、叶片、阀等都7汽机冲蚀（SPE）情况汽机冲蚀（SPE）情况8引起管道长期过热和蠕变损伤氧化物的厚度随时间增长，而厚度增长，热传导效果变差，引起金属表面温度的增加，结果产生长期过热，短期蠕动损害和失效；引起管道长期过热和蠕变损伤氧化物的厚度随时间增长，而厚度增长9

产生管道短期过热脱落的氧化物能堆积在管子和联箱中，严重的堆积影响通过（一根或多根）管子的蒸汽流量，导致在很短的时间内过热爆管；产生管道短期过热脱落的氧化物能堆积在管子和联箱中，严重的堆10化学清洗的作用防止汽机冲蚀由于化学清洗可以去除上述管道中的颗粒氧化物，从根本上保证了汽机部件不被SPE，所以被许多国际组织如SME，EPRI以及NACE建议解决SPE对汽机部件的伤害的最有效的方法；延长管道使用寿命腐蚀、火侧腐蚀，疲劳损伤，对过热器、再热器管的寿命产生严重影响，化学清洗是延缓蠕变的开端可行途径。它可以延长管道寿命60000小时以上；化学清洗的作用防止汽机冲蚀由于化学清洗可以去除上述管道中11没有进行化学清洗估计寿命使用时间（小时）运行120，000小时后进行化学清洗估计寿命使用时间（小时）金属表面温度（℃）金属表面温度（℃）没有进行化学清洗估计寿命使用时间（小时）运行120，000小12过热器、再热器系统的特点与化学清洗有关部分过热器、再热器系统的特点与化学清洗有关部分131.系统复杂过热器、再热器管大部分采用垂直悬吊布置，管系长，弯头多，为U型或W型，且管径小，一般内径为30~40mm，腐蚀产物极者阻塞，冲洗比较困难。因此，在清洗时必须考虑要有足够的压力流量，保证系统畅通。2.材质特殊现代大型锅炉压力、温度较高，过热器、再热器，大多选用耐热性较高的合金钢和不锈钢管材，这些管材有很好的耐热性和机械性能，也有一定抗耐腐蚀能力。但是，一些钢材，特别是奥式体钢，对于Cl-、F-、S元素都比较敏感，与这些离子接触易产生晶间腐蚀，高温高压下尤为严重。过热器、再热器系统特点过热器、再热器系统特点14过热器、再热器不同部分，根据使用温度情况，选用的管材也是不同的，（图1）为过热器、再热器常用的典型材质。图1过热器、再热器管各部位常用材料过热器、再热器不同部分，根据使用温度情况，选用的管材也是不同15钢号与技术条件ASME允许抗氧化温度℃

碳

钢

SA-192454

SA-210A1454

SA-210C454

碳合金钢

SA-209T14821.25Cr0.5MoSA-213T1155212CrMoGSA-213T225781Cr9Mo1SA-213T9，P963510Cr9MoVNbSA-213T91，P91635

不

锈

钢

1Cr18Ni9(304)SA-213TP-304H7051Cr19Ni1Nb(347)SA-213TP-347H7050Cr18Ci1Nb(321)SA-213TP-321H7050Cr17Ni12Mo(316)SA-213TP-316H70525.0Cr20.0NiSA-213TP-310705钢号与技术条件ASME允许抗氧化温度℃

碳钢

SA161.3垢量大、垢质坚硬对于运行过热器、再热器，由于受到长期高温下水汽腐蚀，氧化作用，产生Fe3O4垢层（如图

）。这些腐蚀产物不易溶，剥落后易在弯头处堵塞，因此，对清洗介质的筛选和系统冲洗更为重要。这也就是运行过热器清洗困难的原因。例如某电厂过热器垢量达3000g/M2，氧化层微密，厚度达0.5~0.7mm，此氧化层又分2~3层，外层疏松，可用酸洗，内层微密一般清洗剂难除去。主要成分为Fe3O4和2-Fe2O3。1.3垢量大、垢质坚硬17内外层结垢及外观如图3、图4所示。

图3高过内壁垢分层外观

图4腐蚀层微观形貌×100

图2过热器内部氧化铁垢层内外层结垢及外观如图3、图4所示。18过热器、再热器化学清洗时期的确定

依据1.使SPE损害的程度减轻汽机压力侧受到SPE的冲击损害的影响，汽机的效率降低，检修费用升高。一般情况下，SPE在机组投运后5-6年出现。如果把过热器或再热器中所允许的氧化物量的限制在19-28mg/cm2以下，则对汽机SPE的危害将很小。所以可以以此为清洗过热器和再热器的氧化物量的参考标准。但还要做更多的收集数据和研究工作。过热器、再热器化学清洗时期的确定

依据192.防止氧化皮脱落产生堵塞引起过热爆管或蠕变损害某种过热器和再热器氧化物的厚度增加1mil（25.4微米）壁温升高接近1.7度。如结510微米的氧化铁垢，管道壁温升高约33度。氧化物厚度的增加会导致蠕变损害的高倍增加（5倍关系）。金属的壁温升高会使其使用寿命受到影响；减少的氧化物的垢量可以延长管道的使用寿命。对过热器、再热器及主蒸汽管的化学清洗将减少铁的氧化物及在这些地方的堆积（聚积）。2.防止氧化皮脱落产生堵塞引起过热爆管或蠕变损害20参考标准：

过热器、再热器及主蒸汽管道清洗的可能（理论）标准为：●年限：5-6年●垢量：190－280g/m2参考标准：21需要说明的问题：确定何时清洗过热器、再热器及主蒸汽管道，依靠上述标准判断是否清洗是不够的，一般还要根据锅炉实际运行经验以及对锅炉检查时得出的具体状况才能作出决定。（经验指出T22管中生成19-28mg/cm2的垢需要5-6年的时间，而但蒸汽温度更高时，同期所成垢的量为66-75mg/cm2）。要确定是否清洗还要做以下的工作：需要说明的问题：221.试验检测确定氧化皮的厚度利用超声波仪从外部较精确测量管道内部的垢厚度。2.管样分析从过热器、再热器所在的最高温度区的位置取管样，以便确定最大结垢速率和脱落地点（位置）。3.有关数据收集这些数据包括安装、结构及运行的有关信息：1.试验检测确定氧化皮的厚度利用超声波仪从外部较精确测量管23●应用的管系结构图●运行温度和压力●运行时间●启停次数●机组的事故、偏离、震动问题●安装和加工时的焊接工艺●维护记录●应用的管系结构图244.利用诊断程序进行诊断步骤一热管的位移，管道的力学分析，蠕变/疲劳分析，蠕变/疲劳破裂的成长估算，那些计算将花费时间和金钱，也可能存在问题，甚至出现错误；步骤二停机检查在第一步分析的基础上，在机组停运，对必要的管道进行超声波检查；对最恶劣的地点的管子进行取样分析，以便进一步确定垢最大的生成和脱落的位置；这个步骤确定过热器、再热器等是否需要清洗的关键。

4.利用诊断程序进行诊断25清洗介质的选择一般原则清洗介质的选择一般原则26合适的清洗剂应具备的条件在设定清洗温度、流速的条件下，能有效地除去氧化铁垢；与缓蚀剂结合，对管材的腐蚀速率在标准以内，对所有材质不产生晶间腐蚀等；对环境污染下，废夜易处理；剥离的产物尽量少；通常清洗过热器、再热器及主蒸汽管所用的介质为有机物。

合适的清洗剂应具备的条件在设定清洗温度、流速的条件下，能有效27表一常用清洗介质即适用条件介质使用浓度％温度℃EDTA铵盐，高温使用4.0-6.0135EDTA铵盐低温使用4.0-6.093甲酸－乙酸6.093柠檬酸低温3.0-6.093表一常用清洗介质即适用条件介质使用浓度％温28这些清洗介质有一个共同的特点就是对氧化物的溶解速度较慢，这个特点非常重要，它可以减小咬口腐蚀以及剥离脱落。这些脱落的物质如果在清洗期间没有被清除掉，他们将处于不腐蚀状态。所有清洗介质中多必须加入缓蚀剂以保持腐蚀速率在标准范围；有些清洗剂中含有氟化氨涉及到氟离子对过热器、再热器及主蒸汽管道中的奥氏体钢的影响，在这个步骤中，候选清洗剂需要通过清洗试验进行考验和验证其是否必需氟。还要证明对金属不产生不良的作用；（敏化）这些清洗介质有一个共同的特点就是对氧化物的溶解速度较29清洗剂选择的必要步骤1.对蒸汽管和管样进行检查及超声波检测通过对蒸汽管和管样进行检查及超声波检测获得管样有关技术数据，它们包括：脱落氧化物的种类和特性，颗粒尺寸，管道的材料，腐蚀程度，蒸汽流速，温度水平等。；2.垢的化学性质分析；包括密度和化学全分析数据，而电子显微镜和X-RAY法，对确定再过热器管及再热器管的垢样的化学组成及成分性质有很好的帮助；管样的截面的氧化物与金属结合的显微照片也应被获取，这些照片将与管样清洗后的照片进行比较。金属管的显微照片及过热（蠕变）的迹象也要被评估。

清洗剂选择的必要步骤1.对蒸汽管和管样进行检查及超声波检测303.管样的小型试验管样截取拟清洗的典型管样，管样应包括过热器和再热器的不同材质。管样不应少于46厘米长，最好为1.8米；管样在标明其在系统中的位置和作用。试验要用拟清洗的真实的管样，试验的流速、温度、清洗剂的浓度与实际清洗时一致。通过模拟试验验证，在控制的试验条件下，其清洗剂配方能否除去氧化物，管道的腐蚀速率是否满足要求。3.管样的小型试验管样截取拟清洗的典型管样，管样应包括过31化学清洗的具体步骤具体的清洗程序很大程度上取决于所选择的清洗剂。一般清洗应包括以下的准备工作及步骤。1.用蒸气驱除空气用1030－1380KPa的蒸气将空气从过热器、再热器以及连接管、化学清洗用的管道中驱除；2.充水及排放空气用变压力的水充满锅炉的过热器再热器及主蒸汽管，并在开排气（高点的）阀排气（干扰循环）。3.循环用化学清洗泵循环系统并估算流量4截流孔板的安装如果有必要排空汽包中的水，打开人孔，在下降管上安装截留孔板；5循环及加热重新向汽包上水，启动化学清洗泵循环；开蒸气门利用加热器将系统温度升高到清洗所需水平；5确定流通用接触或红外温度仪检查所有能够检查道的过热器、再热器的悬吊管，看其是否温热。6化学溶剂的加入减小流速，开始加药，维持常压，并用排放系统释放增加的压力；7清洗循环连续循环，保持流速和温度，定期排气，维持压力；监测PH、铁、铜、温度及流速；定期提升流速至最大，短时（每次30分钟），混合清洗液，检查监视管在投运状态；8确定终点继续循环直至铁及酸洗液浓度稳定，至少三个连续样的铁监测数据（在一个地方两个连续样）不再升高。取下监视管以确认清洗效果达到要求，如果管样的效果达不到要求，放回监视系统，延长清洗过程，直至满足要求为止；9冷却在确定清洗达到要求后，打开挡板，（送风机）冷却到54度以下。(降低温度是为了冲洗及防止氨的放出及安全的需要)。10化学清洗液的排放利用化学清洗泵或（凝结水泵）向废水储藏箱排放废液。启动凝结水泵(从凝结水箱吸抽水)，开至最大流量，化学清洗泵也开至最大流量与之配合，冲洗系统2-3次；将清洗液冲洗干净。监测排水的电导，当电导为50us/m时，表明冲洗完成；11从支管中除去清洗液冲洗结束后，应将流速加到最大并重新建立循环，并连续进行。冲洗所有阀门，疏水门，死角，仪表管，取样管等；12钝化加入化学钝化药剂，加热到需要的温度，通常为93-240度，然后循环到需要的时间（用氨及联胺，通常为4-6小时。）13置换冲洗用凝器器储藏箱中的水，用最大流速，将系统中的水冲至废水箱。14检查开所有人口门，从水冷壁、再热器、过热器等被清洗的地方割管，评价清洗效果。

化学清洗的具体步骤具体的清洗程序很大程度上取决于所选择的清洗32清洗剂的其它要求清洗所需的时间与实际清洗所用的时间可能不一样，有可能实际清洗时间比清洗管样的时间至少长25％以上；清洗时清洗液体积与金属表面积的比也不容易在装置中被模拟，它们经常不一致。清洗用的清洗剂应能维持高浓度的铁。因为从过热器、再热器、以及主蒸汽管道清洗下来的铁的数量是很大的，铁的浓度达到0.9-1.0％。

清洗剂的其它要求清洗所需的时间与实际清洗所用的时间可能不一样33化学清洗的具体步骤1.用蒸气驱除空气用1030－1380KPa的蒸气将空气从过热器、再热器以及连接管、化学清洗用的管道中驱除；2.充水及排放空气用变压力的水充满锅炉的过热器再热器及主蒸汽管，并在开排气（高点的）阀排气（干扰循环）。循环用化学清洗泵循环系统并估算流量化学清洗的具体步骤1.用蒸气驱除空气用1030－138034化学清洗的具体步骤4截流孔板的安装如果有必要排空汽包中的水，打开人孔，在下降管上安装截留孔板；5循环及加热重新向汽包上水，启动化学清洗泵循环；开蒸气门利用加热器将系统温度升高到清洗所需水平；6确定流通用接触或红外温度仪检查所有能够检查道的过热器、再热器的悬吊管，看其是否温热。化学清洗的具体步骤4截流孔板的安装如果有必要排空汽包中的水35化学清洗的具体步骤6化学溶剂的加入减小流速，开始加药，维持常压，并用排放系统释放增加的压力；7清洗循环连续循环，保持流速和温度，定期排气，维持压力；监测PH、铁、铜、温度及流速；定期提升流速至最大，短时（每次30分钟），混合清洗液，检查监视管在投运状态；化学清洗的具体步骤6化学溶剂的加入减小流速，开始加药，维36化学清洗的具体步骤8确定终点继续循环直至铁及酸洗液浓度稳定，至少三个连续样的铁监测数据（在一个地方两个连续样）不再升高。取下监视管以确认清洗效果达到要求，如果管样的效果达不到要求，放回监视系统，延长清洗过程，直至满足要求为止；9冷却在确定清洗达到要求后，打开挡板，（送风机）冷却到54度以下。(降低温度是为了冲洗及防止氨的放出及安全的需要)。化学清洗的具体步骤8确定终点继续循环直至铁及酸洗液浓度稳37化学清洗具体步骤10化学清洗液的排放利用化学清洗泵或（凝结水泵）向废水储藏箱排放废液。启动凝结水泵(从凝结水箱吸抽水)，开至最大流量，化学清洗泵也开至最大流量与之配合，冲洗系统2-3次；将清洗液冲洗干净。监测排水的电导，当电导为50us/m时，表明冲洗完成；11从支管中除去清洗液冲洗结束后，应将流速加到最大并重新建立循环，并连续进行。冲洗所有阀门，疏水门，死角，仪表管，取样管等；化学清洗具体步骤10化学清洗液的排放利用化学清洗泵或（凝结38清洗具体步骤12钝化加入化学钝化药剂，加热到需要的温度，通常为93-240度，然后循环到需要的时间（用氨及联胺，通常为4-6小时。）（在采用EDTA氨盐清洗时，可直接在清洗阶段结束，充氧钝化，关于其机理，在钝化的化学基础中讨论）13置换冲洗用凝器器储藏箱中的水，用最大流速，将系统中的水冲至废水箱。14检查开所有人口门，从水冷壁、再热器、过热器等被清洗的地方割管，评价清洗效果。清洗具体步骤12钝化加入化学钝化药剂，加热到需要的温度，通39最后处理对有关连箱和汽包进行清扫；恢复系统，进行水压；进行蒸汽吹管，或进行空气吹管至靶板合格；对化学清洗废夜进行处理。最后处理对有关连箱和汽包进行清扫；40钝化的有关问题研讨1.化学钝化的一般意义和电化学意义化学清洗后，在活化的金属表面建立一种钝态的氧化膜，对化学清洗后机组的停、备用或初次启动的腐蚀都能起到减缓作用。一旦机组启动运行，化学清洗期间形成的钝化膜将全面转化为永久金属的保护膜。清洗后，如果钝化不好，就可能形成没有保护作用的氧化物或产生点蚀。钝化的有关问题研讨1.化学钝化的一般意义和电化学意义41钝化的有关问题研讨钝化的简单定义就是：在某种化学环境下，使化学反应消失的过程或作用。Fontana和Macdonald定义钝化是阳极极化。金属钝化的条件是在金属表面形成稳定的不溶解的氧化膜，如果钝化膜由金属直接形成，这种氧化物对金属的钝化程度可大也可小，对腐蚀产生有或多或少的保护作用。一般来讲，如果金属被无孔的膜完全覆盖，则对金属的的保护是完全的，但所有的钝化保护都是有缺陷的。钝化的有关问题研讨钝化的简单定义就是：在某种化学环境下，使化42钝化的有关问题研讨氧化膜的性质决定氧化膜转化成钝化膜的程度。如生锈的钢铁在盐酸中，拿出冲洗，产生一种酥松的多孔的氢氧化铁膜，干燥后生成锈。这种覆盖的膜不能转化为钝化膜，将上述生锈的钢铁放在水中可能会加速腐蚀和点蚀。除去沉积物和氧化物的金属表面钝化的本质是在活化的新金属表面，形成无孔的、坚固的、致密的、氧化铁膜。随着氧化膜的形成和发展，金属表面与溶液隔离开来，腐蚀速率降低；而随着腐蚀的减少，钝化膜形成变慢，但腐蚀永不停止，钝化膜的生成也不会完全停止。钝化膜受到自身的限制。钝化的有关问题研讨氧化膜的性质决定氧化膜转化成钝化膜的程度。43钝化的有关问题研讨在蒸气循环系统中，钝化膜是磁性铁即Fe3O4,其它形式的氧化铁可能以沉积物形式的出现，但最里层钝化膜是磁性铁。

新鲜的被清洗过的钢铁表面的钝化膜是在腐蚀的初始阶段，在特定的条件下，形成致密的无孔的磁性氧化铁膜。这个磁性氧化铁钝化膜的的形成完全依赖环境（PH和电势），磁性铁具有热力学的优势，是一种稳定的腐蚀物。钝化的有关问题研讨在蒸气循环系统中，钝化膜是磁性铁即Fe3O44钝化的有关问题研讨研究表明，通常条件下，磁性铁是铁在低电位和碱性PH值条件下，如pH9时，电位在－0.3――0.5时（相对标准氢电位）自然形成的。所以对裸露的铁的钝化，PH需在9.0-12.0，近似相对标准电位-0.180（SCE）v.（但要注意到，其它络合溶液如EDTA能改变磁铁的稳定区域性，温度也影响磁铁稳定的PH范围。）就能形成钝化膜。举例说，盐酸清洗，冲洗中和以后，只要接触碱性（PH10.5-12.0）几小时，升高温度，铁表面就能生成钝化膜。

钝化的有关问题研讨研究表明，通常条件下，磁性铁是铁在低电位和45钝化的有关问题研讨从表面来看，钝化膜比较容易形成，但钝化膜形成的具体细节研究不多，许多问题仍没有搞清楚；如影响成膜的因素，盐酸清洗过程中剩余的氯化物对钝化膜形成的影响程度，不同的钝化工艺所形成的钝化膜的物理形态不同的原因的本质是什么。像用EDTA清洗，（利用双氧水或氧气除铜钝化形成的钝化膜是致密并且簿的，而用碳酸钠钝化的是黑或是褐色的。）这些物理形态的不同，所引起保护水平的差异等没有研究清楚。

钝化的有关问题研讨从表面来看，钝化膜比较容易形成，但钝化膜形46钝化的有关问题研讨大部分被清洗的设备在清洗后一个星期内可被投入使用，不同保护水平的钝化膜的引起的差异的是不太重要的。因为一旦设备投入使用，在碱性的水质条件和有氧和高温环境下，金属表面形成磁性铁的保护膜。

钝化的有关问题研讨大部分被清洗的设备在清洗后一个星期内可被投47钝化的有关问题研讨关于EDTA氨盐清洗钝化化学表达式：E=E0+0.052Log(EDTAFe+3/EDTAFe+2).ESCE-铂电极相对干汞电极在25℃的电位EMF表示氧化能力或络合剂中三价铁的相对数量，其值与PH，温度，络合剂和铁的浓度相关。当EDTAFe+3浓度升高时其电位升高（变得更正）。表1是EMF与EDTAFe+3/EDTAFe+2的关系，表2是显示标准EMF随pH的升高而减小，这种关系有重要的意义是为保持钝化能力或氧化能力在较低的pH条件下，更正的电位是需要的，实践证明，温度对pH有一定影响，在25℃的pH来估计135－150℃的pH值是不准确的，而需要测量。钝化的有关问题研讨关于EDTA氨盐清洗钝化48钝化的有关问题研讨表1基于EDTA氨溶液EMF的三价铁浓度的估算值表2.EDTA氨溶液的标准电极为保持一定的钝化能力或氧化能力（EMF值），当在较低pH条件下，需要更