间接空冷换热器铝管束腐蚀原因分析及解决措施
李静平;王微;窦家新;贾志刚;姚虎东
【摘 要】内蒙古京能康巴什热电有限公司间接空冷系统在投运初期,由于循环水pH值升高,2台机组间接空冷系统272个冷却三角管束在底部管箱与管板接口处均发生局部腐蚀并泄漏.对泄漏的管束进行检查,分析出铝管腐蚀的原因,提出了不吊装冷却三角、对局部腐蚀管束的腐蚀部位加装衬管的方案,并自行设计了小阳床装置,安装在主机间冷塔内,有效控制了循环水的pH值,保证了机组的正常稳定运行. 【期刊名称】《内蒙古电力技术》 【年(卷),期】2016(034)001 【总页数】4页(P56-59)
【关键词】间接空冷系统;换热器;管束腐蚀;冷却三角;pH值;阳床 【作 者】李静平;王微;窦家新;贾志刚;姚虎东
【作者单位】内蒙古京能康巴什热电有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;内蒙古京能康巴什热电有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;内蒙古京能康巴什热电有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;内蒙古京能康巴什热电有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;内蒙古京能康巴什热电有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000 【正文语种】中 文 【中图分类】TM732
内蒙古京能康巴什热电有限公司2×350 MW超临界机组主机循环水通过2个的间冷塔冷却，每个间冷塔散热器由136个24 m高的冷却三角组成，冷却
三角散热管规格为25 mm×1 mm（直径×壁厚），材质为1050A[1]，管束内壁采用了一种弱碱性的钝化方法——MBV法[2]。2013年11月，2台机组168 h试运期间，主机间接空冷循环水pH值一周内由7.0上升至9.2，虽然进行了大量的换水，但由于受化学制水量所限，间接空冷循环水水质仍不能得到有效控制，冷却三角底部管束与管箱接口处出现腐蚀现象，并逐渐发生泄漏。管束泄漏部位及腐蚀情况分别如图1、图2所示。
内蒙古京能康巴什热电有限公司1号、2号机组循环水系统储水量约为15 000 t、19 000 t，每台机换水量约20 t/h，换水周期为15 d（每吨造价20元，每次合计费用约为14.4万元），但效果不明显。若循环水pH值不能得到及时的控制，不仅会浪费大量除盐水，而且会导致间冷塔冷却三角管束二次泄漏，造成机组长时间停用。
循环水pH值的高低直接影响着间接空冷冷却三角管束的腐蚀性能。当循环水pH值控制在4～8.5时，在冷却三角管束内表面可形成致密的AL2O3膜，发生钝化，起到保护管束的作用；当循环水的pH大于8.5时，冷却三角管束内表面形成的AL2O3保护膜逐渐溶解于水中，保护膜被破坏，导致冷却三角管束腐蚀，pH值越高，冷却三角管束的腐蚀速度越快[3]。综合分析间接空冷系统设备制造、安装、运行情况，认为循环水pH值升高的原因主要有以下几方面的可能。 2.1 铝管中铁质量分数
铁是铝硅合金中最为常见的一种杂质，通常以粗大针状晶体割裂基体，损害合金的力学性能，对铝的强度与塑性、抗腐蚀性能、加工性能以及高温性能等均有影响[4]。查阅厂家提供的铝管质量证明书，得知铝管中铁质量分数为0.13%～0.15%，符合《GB/T 3190—2008变形铝及铝合金化学成分》对1050A牌号铝合金成分的技术要求[5]。
2.2 生产加工过程造成的影响
经了解，生产厂家管束内壁处理工艺如下：管束穿胀—0.5 MPa蒸汽吹扫（除去油污）—2遍水洗（清洗脱脂残留）—酸洗（将材料表面氧化物除去）—清水洗—钝化（材料表面形成钝化保护层）—清水洗（洗去钝化残留）—加热封孔（加强保护层的防腐能力）。从管束出厂前的加工流程中可以看出，为了使铝管内壁不受水或其他腐蚀介质的影响，出厂前对管束内壁采用了一种弱碱性的钝化方法——MBV法，钝化完毕后采用自来水对管束内壁进行了简单的冲洗，再未做任何处理，残留在管内的Na+、Cl-为腐蚀创造了最基本的条件。在设备投运初期将会使循环水pH值逐步升高，随着运行时间延长，pH值升高的速度逐步减慢。这也说明了在无任何水质污染的情况下，循环水pH值升高的原因。 2.3 系统问题
间接空冷循环水系统虽然总体来说是闭式循环系统，但地下水箱、高位水箱人孔及每个扇区的排空管道均与大气相通，空气中的氧气进入循环水后，与残留在铝管束内壁的Na+、Cl-发生化学反应，导致间接空冷冷却三角铝管产生腐蚀。其化学反应基本原理如下。
在干燥的空气中铝表面会形成一层致密的保护膜Al2O3，起到保护作用。但是在含有Na+、Cl-的介质中该层保护膜被破坏，导致破坏的地方呈活化状态为阳极，未受破坏的保持钝态为阴极，形成一个原电池反应，进而产生快速腐蚀。 常规的检修方法是逐个将泄漏的冷却三角吊装至地面，通过加装整根衬管的方法进行维修。该方案维修费用较高（修理1个冷却三角仅人工及机械费用约2万元），更主要的是当时正值该地区气候最寒冷、风力最大的季节，无法满足现场检修及吊装条件。由于现场管束泄漏部位均在底部管箱与管板的连接处，经过多方论证及多次试验，确定采用如下方案：不吊装冷却三角，拆下膨胀节与底部管箱，对局部腐蚀管束的腐蚀部位加装衬管。该方案既不受环境的制约，又节省维修费用，缩短检修周期，同时不影响机组的散热效果及机组背压。
3.1 腐蚀泄漏处理 3.1.1 检修工序
（1）拆除冷却三角底部管箱，检查所有管束的管头，将发生腐蚀和破损的管头做好记号并取下密封圈。使用直径为26.2 mm的电钻将腐蚀、破损的管头钻掉，钻头钻入深度超过管板内侧5～15 mm，钻完后清理管板及内孔毛刺和钝边。 （2）选取直径为23 mm、壁厚为1 mm的铝管作为衬管，长度约200 mm。使用扩胀工具将备用衬管的一端扩胀成25～26 mm的喇叭口，扩胀长度约25 mm，扩胀时保证扩胀部分与基管的同心度，且扩胀部分不能出现裂口。扩胀过程中不能划伤铝管，扩胀完毕后将铝管内、外油污及灰尘清理干净。
（3）将扩胀好的衬管小直径部分（直径23 mm）均匀涂抹上中性密封胶（玻璃胶），涂抹长度约150 mm，涂抹完成后将其插入用钻头钻掉后的管板内，保证衬管与管板垂直，预留长度为10～15 mm。
（4）衬管安装完毕后，使用专用电动胀管器进行胀接，将专用胀管器插入衬管内，胀头位置超过管板内侧约20 mm，启动专用电动胀管器进行胀接，胀接长度为100～150 mm，胀接力矩必须到位，保证衬管与原有基管完全贴合。
（5）胀接完成后，使用手工胀管头将管板外侧的扩胀部分与管板内孔进行贴胀，胀管头直径约24.5 mm，贴胀前要检查和清理胀管头，避免因杂质附在胀头上造成铝管划伤。
（6）贴胀完成后，使用专用的切管器对管板外侧端管进行切削，保证管板面至管端尺寸为7 mm；切削完成后清理管端毛刺和杂质，再安装新密封圈。
按照上述检修工序对整个冷却部件管端腐蚀部分全部处理完成后，仔细检查胀接和管端及原有密封圈，并清理管箱面及管板面的杂质和颗粒物，保证两个接触面完全清洁，再进行管箱安装。安装管箱时，U形螺栓要垂直锁紧，并对称紧固，包装均匀接触，避免出现间隙导致漏水，管箱及波纹管安装完成后最好间隔4～6 h使密
封胶完全干透，再进行扇区冲水，以保证密封性。 3.1.2 注意事项
（1）衬管规格选取23 mm×1 mm（直径×壁厚），管外径偏差为0.1 mm，管材为1050A，其机械性能及其他标准应符合《GB/T 3190—2008变形铝及铝合金化学成分》的技术要求。
（2）胀管器的表面光洁度应达1.6以上，防止在胀接过程中损坏衬管内表面。 （3）在检修工序中要特别注意避免胀管头因出现机械损伤及颗粒物毛刺而造成铝管划伤，进而导致管束泄漏。 3.2 水质处理
因间接空冷循环水管线较长、管径大，储水量较大，仅通过换水控制间接空冷循环水pH值的常规方法并不可行。为此，内蒙古京能康巴什热电有限公司根据多年运行与检修经验自行设计了小阳床，安装在主机间冷塔内，用于降低主机循环水的pH值。 3.2.1 装置构造
该装置主要由前置过滤器、阳离子交换器及附属管道阀门组成（见图3）。其中前置过滤器过滤精度为5 μm，本体及附件采用304SS不锈钢，滤芯材质为PP熔喷滤芯，数量为50支，集水装置采用多孔板，滤芯布置均匀，防止局部偏流；阳离子交换器为焊接碳钢结构的立式柱形容器，本体内部衬胶厚度为5mm（内层3 mm，外层2 mm，交叉粘贴），本体外部管系为衬一层厚3 mm的天然无硅橡胶的无缝钢管。内部部件材料均为不锈钢316L。前置过滤器主要作用是过滤间冷循环水系统内的泥沙等颗粒杂质，阳离子交换器主要作用是除去循环水内部分阳离子。技术参数分别见表1、表2。 3.2.2 工作原理
该阳床的制水量约40 t/h，阳床进水从间冷塔扇区进水母管上的呼吸阀引出，经
前置过滤器过滤掉泥沙等颗粒杂质后，再进入阳离子交换器，由阳离子交换器除去循环水中的一部分阳离子（钾、钙、钠、镁、铝、铁等离子），同时释放出一部分氢离子，氢离子与水中的氢氧根离子反应生成水，不会额外添加其他杂质离子，同时有效降低了循环水pH值，使间冷管束的碱性腐蚀得到有效控制。合格的循环水排入地下储水箱，地下储水箱的水通过水箱内的补水泵打入循环水系统内，经过反复的闭式循环，达到控制与改善主机间冷循环水水质的目的。避免了因pH值高而引起管束的腐蚀。 3.2.3 应用效果
自2014年3月起，该装置在内蒙古京能康巴什热电有限公司连续投运约3个月，主机循环水pH值稳定在7.5～8.0。pH值稳定后根据水质化验情况每月投运1次小阳床（8月底停运），每次投运时间约为1周，截至2014年年底，循环水pH值再未出现上升的情况。据统计，2015年内蒙古京能康巴什热电有限公司2台机组共计投运该套装置7次，总计节省除盐水费用约100万元，采用该套装置不仅节约了除盐水，还缩短了循环水水质处理时间（由常规换水15 d缩短为5 d），经济效益显著。
内蒙古京能康巴什热电有限公司自行设计的小阳床装置加装在间接空冷循环水系统中，解决了本公司1号、2号机主机间冷循环水水质不合格的问题，避免了主机间冷冷却三角管束的腐蚀和泄漏，在保证机组安全稳定运行的同时，极大地降低了生产成本。该水质处理方案为内蒙古自治区间接空冷发电厂的首创，被周边其他省市间接空冷发电厂及间接空冷设备厂家广泛借鉴应用。
结合内蒙古京能康巴什热电有限公司的实际应用经验，提出如下建议。
（1）间接空冷管束腐蚀的最主要原因是管内残留的钠离子与氯离子使管壁形成原电池反应，针对此情况，建议厂家出厂前最好采用蒸馏水反复进行冲洗，直至冲洗水化验合格。
（2）需打破将整台冷却三角吊装至地面进行维修的常规思维模式，要根据现场的实际情况制订合理的间冷管束维修方案，这样既可避免维修过程中受气温、风速等外界环境的干扰及高空作业的危险，还可节省维修费用与时间。
【相关文献】
[1]北京首航艾启威节能技术股份有限公司.间接空冷系统安装与维护工艺说明书[R].北京：北京首航艾启威节能技术股份有限公司，2010.
[2]北京首航艾启威节能技术股份有限公司.间接空冷管束制造工艺说明书[R].北京：北京首航艾启威节能技术股份有限公司，2010.
[3]曹楚南.腐蚀电化学原理[M].北京：化学工业出版社，2008：25-40. [4]魏宝明.金属腐蚀理论与运用[M].北京：化学工业出版社，2004：30-69. [5]孙彤彤.腐蚀与防护手册[M].北京：化学工业出版社，19：20-29.
