热电厂水汽系统氢电导率超标原因分析

1、热电厂水汽系统氢电导率超标原因分析热电厂水汽系统氢电导率超标原因分析李建华，郑敏聪，潘娟琴（安徽省电力科学研究院，安徽合肥，230022）摘 要 本文对某热电厂水汽系统氢电导率超标原因进行了分析。在对该机组水汽系统阴离子含量、总有机碳含量、可溶性气体进行分析的基础上，得出机组补水量偏大是导致该机组水汽系统氢电导率超标的主要原因，同时氢电导率测量用离子交换柱内树脂乱层现象也对氢电导率有影响。关键词 氢电导率,阴离子,总有机碳,凝汽器补水量Cause Analysis on Water and Steam Cation Conductivity Over-Standard inCogenerati

2、on Power PlantLi Jianhua，Zheng mincong(Anhui Electric Power Research Institute，Hefei，230022)ABSTRACT： The cause of water and steam cation conductivity over-standard in cogeneration power plant was analyzed in the paper. After measured and studied the quality of water and steam, such as the content o

3、f anion, total organic carbon(TOC) and soluble gas, etc, the causes of failure had been found out. The predominant cause was the higher of the makeup water quantity for condenser. In addition, the turbostratic state of the cation exchange resin in the column also influenced the cation conductivity.K

4、EY WORDS： Cation Conductivity, Anion, Total Organic Carbon, Makeup Water Quantity for Condenser1 前言某热电厂#12 机组锅炉为东方锅炉厂生产的DGJ480/13.7-1 型超高压中间再热自然循环汽包炉，汽轮机为北重汽轮电机有限责任公司生产的NC135-13.24/1.27/535/535 型超高压中间再热双缸双排汽抽凝式汽轮机，发电机为北重汽轮电机有限责任公司生产的Qfa-135-2 空冷发电机。该机组于2007 年4 月投产后，夏天的供汽量在50t/h 左右，冬天的供汽量在100t/h 左右。该

5、机组锅炉补给水为100%除盐水，补给水水源为长江水，经混凝澄清预处理，采用一级除盐+混床处理。锅炉给水采用加氨和联氨的AVT(R)处理，炉水采用磷酸盐处理。表1 表示的是该热电厂#12 机组2009 年17 月份水汽系统凝结水和给水氢电导率范围及其合格率统计。表1 2009 年16 月份水汽系统氢电导率范围及其合格率统计凝结水 给水氢电导率 时间范围, S/cm 合格率,% 范围, S/cm 合格率,%2009 年1 月份 0.250.72 10.8 0.300.63 6.52009 年2 月份 0.230.68 15.0 0.200.61 59.12009 年3 月份 0.300.48 1.

6、7 0.200.61 34.32009 年4 月份 0.200.40 42.3 0.180.5 61.52009 年5 月份 0.170.37 77.1 0.100.40 93.92009 年6 月份 0.292.32 5.6 0.202.46 17.32009 年7 月份 0.171.23 77.7 0.101.16 85.1从表中可以看出，其凝结水氢电导率在0.172.32S/cm 之间，平均合格率仅为32.89%，给水氢电导率在0.102.46S/cm 之间，平均合格率仅为51.10%。同时，在该机组水汽系统氢电导率超标期间，凝结水硬度为零、钠含量也在合格范围，表明凝汽器不锈钢管没有泄漏

7、，引起水汽系统氢电导率超标的原因并不是凝汽器泄漏。氢电导率是综合反映热力系统水汽品质的重要指标，氢电导率越大，表明水汽对热力设备的腐蚀和危害程度也越大1。因此，有必要尽快对该机组水汽系统氢电导率超标的原因进行分析。2 水汽系统氢电导率影响因素分析与故障诊断2.1 水汽样品中阴离子含量2.1.1 阴离子对氢电导率测量的影响水汽样品中，阴离子含量越高，氢电导率越大，同时对热力设备的腐蚀和危害程度也越大。表23 表示的是水汽样品中氯离子、硫酸根含量与氢电导率的关系2。表 2 氯离子与氢电导率的关系（25，无其他阴离子）Cl-,g/L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10CC, S/cm 0.

8、0548 0.0595 0.0651 0.0717 0.0791 0.0872 0.0958 0.1049 0.1145 0.1243 0.1344表3 硫酸根与氢电导率的关系（25，无其他阴离子）SO42-,g/L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10CC, S/cm 0.0548 0.0608 0.0669 0.0732 0.0797 0.0862 0.0929 0.0997 0.1066 0.1137 0.12082.1.2 #12 机组水汽系统阴离子含量分析采用DIONEX ICS2000 离子色谱仪对该热电厂#12 机组水汽样品中的阴离子含量进行了测定，结果如表4 所示。表4

9、 #12 机组水汽样品中阴离子含量水汽样品 凝结水 给水 饱和蒸汽过热蒸汽 再热蒸汽氢电导率, S/cm 0.283 0.237 0.244 0.264 -Cl-,g/L 0.09 0.65 0 0.09 1.22从表中可以看出，#12 机组凝结水、给水、饱和蒸汽、过热蒸汽、再热蒸汽中阴离子含量均较低，其对氢电导率的影响也非常小。2.2 水汽样品中总有机碳含量2.2.1 总有机碳对氢电导率测量的影响水汽样品中总有机碳是综合反映水汽中有机物含量的指标。有机物在热力设备高温高压的条件下，会逐渐分解产生低分子有机物（HCOOH、CH3COOH）和二氧化碳，并与水汽中的氨反应生成HCOONH4、CH3

10、COONH4、(NH4)2CO3 等。当含有低分子有机物的水汽样品经过氢型强酸阳离子交换树脂时，会发生下述反应：HCOONH4+ RH=RNH4+ HCOOHCH3COONH4+ RH=RNH4+ CH3COOH(NH4)2CO3+ 2RH=2RNH4+ H2CO3水汽样品中总有机碳含量越高，氢电导率越大，同时对热力设备的腐蚀和危害程度也越大。2.2.2 #12 机组水汽系统总有机碳含量分析采用总有机碳仪对该热电厂#12 机组水汽样品中的总有机碳含量进行了测定，结果如表5 所示。表5 #12 机组水汽样品中总有机碳含量水汽样品 凝结水 给水 饱和蒸汽过热蒸汽 再热蒸汽氢电导率, S/cm 0.

11、283 0.237 0.244 0.264 -TOC,g/L 112.75 130.45 135.3 128.4 110.6从表中可以看出，#12 机组凝结水、给水、饱和蒸汽、过热蒸汽、再热蒸汽中有机碳均在150g/L 以下，含量均较低，对氢电导率的影响也很小。2.3 水汽样品中的可溶性气体2.3.1 可溶性气体对氢电导率测量的影响水汽样品中的可溶性气体主要是二氧化碳和氧气。水汽系统中可溶性气体的主要来源一方面是从凝汽器负压系统漏入到凝结水中，另一方面是随机组补充水带入到凝结水中。二氧化碳会与水汽中的氨反应生成(NH4)2CO3，其对氢电导率的影响如上文所示。表6 表示的是水汽样品中二氧化碳浓

12、度与氢电导率的关系2。表6 二氧化碳浓度与氢电导率的关系（25，无其他阴离子）CO2,g/L 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100氢电导率,S/cm 0.0548 0.09 0.12 0.16 0.19 0.21 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32同时，水汽中的氧气以及碳酸还可能在离子交换柱内形成气泡。气泡不仅会使水样在流经氢型强酸阳离子交换树脂时发生偏流和短路，使部分树脂得不到有效的冲洗，这些树脂再生时残留的酸会缓慢扩散释放，并使得测量结果偏高，影响氢电导率的测量准确性；同时气泡在交换柱内会发生移动，并导致树脂在交换柱内发生乱层现象，这样很有可能使得交

13、换柱下部的失效树脂移动到上部而发生逆交换，并使得测量结果偏高，影响氢电导率的测量准确性。2.3.2 #12 机组补水量对氢电导率的影响该热电厂#12 机组补水量主要受机组对外供汽量的影响，对外供汽量越大，机组补水量越大。该机组夏天的供汽量在 50t/h 左右，冬天的供汽量在100t/h 左右。选取该机组2009 年4 月份和7 月份的数据，开展补水量对水汽系统氢电导率的影响研究，其中2009 年4 月份机组补水量在50100t/h，2009 年7 月份机组补水量在4060t/h。（1）补水量对凝结水氢电导率的影响图1、2 分别表示的是2009 年4 月和7 月凝汽器补水量与凝结水氢电导率的关系

14、。图1 4 月份补水量与凝结水氢电导率的关系图2 7 月份补水量与凝结水氢电导率的关系从图中明显可以看出：凝结水氢电导率随着凝汽器补水量的变化而变化，补水量越大，凝结水氢电导率越大。（2）补水量对给水氢电导率的影响图34 分别表示的是2009 年4 月和7 月该热电厂#12 机组凝汽器补水量与给水氢电导率之间的关系。图3 4 月份补水量与给水氢电导率的关系图4 7 月份补水量与给水氢电导率的关系从图中明显可以看出：给水氢电导率随着凝汽器补水量的变化而变化，补水量越大，凝结水氢电导率越大。（3）补水量对过热蒸汽氢电导率的影响图56 分别表示的是2009 年4 月和7 月该热电厂#12 机组凝汽器

15、补水量与过热蒸汽氢电导率之间的关系。从图中明显可以看出：过热蒸汽氢电导率随着凝汽器补水量的变化而变化，补水量越大，过热蒸汽氢电导率越大。图5 4 月份补水量与过热蒸汽氢电导率的关系图6 7 月份补水量与过热蒸汽氢电导率的关系凝汽器补水量对水汽系统氢电导率的影响，主要是当机组凝汽器补水量增大时，凝汽器内的补水喷嘴不足以将除盐水完全雾化，即既不能通过雾化将除盐水中含有的可溶性气体（氧气和二氧化碳）完全析出，也不能通过凝汽器的抽气系统将除盐水中的可溶性气体（氧气和二氧化碳）完全去除。这样就导致凝结水及整个水汽系统中的可溶性气体（氧气和二氧化碳）增大，进而导致水汽系统氢电导率超标。2.3.3 补水量对

16、凝结水溶氧的影响表7 表示的是该热电厂#12 机组2009 年17 月份凝结水溶氧范围及其合格率统计。从表中可以看出，2009 年17 月份，#12 机组凝结水溶氧也明显不合格，其溶氧范围在0298g/L 之间，平均合格率仅为5.05%。表 7 2009 年17 月份凝结水溶氧范围及其合格率统计时间 1月份 2月份 3月份 4月份 5月份6 月份 7月份范围,g/L 44544 40342 18.1298 23267 0275 1.7241 6.1292合格率,% 0 0.3 1.2 1.1 9.25 10.0 13.5图78 分别表示的是2009 年4 月、7 月凝汽器补水量对凝结水溶氧的影

17、响。图7 4 月份补水量与凝结水溶氧的关系 图8 7 月份凝汽器与凝结水溶氧的关系从图中明显可以看出：凝结水溶氧随着凝汽器补水量的变化而变化，补水量越大，凝结水溶氧越大。凝结水溶氧过大，就可能在离子交换柱内形成气泡，并影响氢电导率的测量。2.4 氢型强酸阳离子交换柱的设计对氢电导率测量的影响目前，对于水汽样品氢电导率的在线测量，有采用下向流（水样自上而下流过氢型强酸阳离子交换柱），也有采用上向流（水样自下而上流过氢型强酸阳离子交换柱）。对于下向流测量系统，在更换离子交换树脂的过程中，不能保证树脂完全被水所覆盖，这样就很容易导致树脂中夹杂有部分空气，这样在投运氢电导率测量系统时，若不采取有效措施

18、及时的将交换柱内的气体排净，就可能产生气体对氢电导率测量的影响。对于上向流测量系统，水样流量对氢电导率测量会产生明显的影响。当水样流量较大，即流速偏大时，就会将交换柱内的树脂托起，并可能使交换柱内的树脂处于运动状态，这样就会导致交换柱内树脂的乱层，即交换柱内下部的部分失效树脂会移动到交换柱上部而发生逆交换，从而导致氢电导率测量结果偏大。在对#12 机组氢电导率测量系统进行检查的过程中，即发现其水汽样品的氢电导率测量系统均采用上向流，且其交换柱内的树脂处于运动状态。3 结论与建议水汽样品的氢电导率监督指标是综合反映热力系统水汽品质的重要指标，氢电导率越大，表明水汽对热力设备的腐蚀和危害程度也越大。通过对该热电厂#12 机组水汽品质的综合分析，找到了影响机组氢电导率超标的主要原因，并提出相应建议。（1）#12 机组水汽系统氢电导率明显超标，且氢电导率合格率非常低。2009 年17 月份，该机组凝结水氢电导率在0.172.32S/cm 之间，平均合格率仅为32.89%，给水氢电导率在0.102.46S/cm 之间，平均合格率仅为51.10%。（2）#12 机组水汽样品中（炉水除外）Cl-含量在1.5g/L 以下，总有机碳含量在150g/L 以下，这些指标均满足标准要求，不是影响机组氢电导率超标的原