Манькина Η. Н., Журавлев Л. С., Кирилина Η. Н., Семенова О. В., Загретдинов И. Ш.
Современный уровень развития науки и техники требует от энергетики применения на электростанциях экологически чистых, бессточных и неэнергоемких технологий по эксплуатации и консервации оборудования.
Технологии очистки и консервации оборудования уделяется особое внимание, так как в настоящее время на электростанциях длительное время котлы, турбины и другое оборудование находятся в резерве и несут полную нагрузку только с наступлением зимнего максимума.
На электростанциях в настоящее время с целью консервации оборудования достаточно широко применяются такие технологии, как консервация ингибиторами, например М-1, октадециламином (ОДА) и др. Перечисленные технологии обеспечивают достаточно надежную консервацию оборудования на длительный период, но они основаны на использовании различных химических реагентов, не всегда безопасных в применении.
Кроме того, для вывода оборудования из законсервированного состояния по такой технологии требуется длительное время для того, чтобы вывести из тракта консервирующий реагент и стабилизировать показатели водно-химического режима на величинах, нормируемых в ПТЭ.
Поэтому следует уделить особое внимание тем технологиям консервации, которые не требуют использования химических реагентов для защиты оборудования электростанций при выводе его в резерв. В качестве такой экологически чистой, не содержащей в своей основе реагентов, можно рассмотреть разработанную в ВТИ технологию паро- водокислородной очистки и пассивации оборудования.
Пароводокислородная очистка и пассивация (ПВКО и П) разработана в ВТИ в 1979 г. и нашла достаточно широкое применение на электростанциях с прямоточными и барабанными котлами для очистки и пассивации внутренних поверхностей нагрева. Впервые эта технология была внедрена на ТЭЦ-25 Мосэнерго в 1980 г.
В настоящее время пароводокислородная очистка и пассивация внедрена на многих электростанциях с барабанными котлами как среднего, так и высокого давления. Технология внедрена на Липецкой ТЭЦ, Владимирской ТЭЦ, Череповецкой ГРЭС, ТЭЦ-7 Ленэнерго, Данковской ТЭЦ, Смоленской ТЭЦ и на ряде других ТЭЦ.
На всех перечисленных станциях технология пароводокислородной обработки была применена для очистки и пассивации внутренних поверхностей нагрева оборудования во время его эксплуатации.
Перед ПВКО и П проводился анализ состояния внутренних поверхностей нагрева на определение количества и состава отложений для разработки технологии с учетом свойств накипи и ее количества.
Исследование отложений на внутренних поверхностях нагрева котлоагрегата проводится с целью корректировки регламента проведения пароводокислородной обработки, что обеспечивает достаточную эффективность очистки до 50 - 70% и глубокую пассивацию металла.
Для того, чтобы проверить качество проведенной обработки, на каждом объекте проводился контроль за показателями водно-химического режима энергоблока (котла) до и после проведения ПВКО и П, а также были сделаны вырезки образцов внутренних поверхностей нагрева. На вырезанных образцах определялось остаточное количество отложений для оценки эффективности очистки, а также исследовалась стойкость защитной кислородной пленки, полученной в результате воздействия больших концентраций кислорода (1,5-5 г/кг в паре) на поверхности нагрева.
Опыт проведения эксплуатационной пароводокислородной очистки и пассивации показывает, что на электростанциях с барабанными котлами отпадает необходимость проведения кислотных промывок, которые негативно сказываются на состоянии металла экранных труб.
Показателен опыт проведения ПВКО и П на Смоленской ТЭЦ-2, где при значительной исходной загрязненности было принято решение не проводить предварительное кислотное травление.
После совместного обсуждения проблемы со Смоленскэнерго и Смоленской ТЭЦ-2 в ВТИ была разработана технология для проведения данной обработки на котле ст. № 1.
При разработке технологии было учтено, что загрязненность внутренних поверхностей экранных труб, по данным ТЭЦ-2, и по данным ВТИ, загрязненность труб, вырезанных в июле 1998 г., составила от 418 до 908 г/м2.
Исследование состава отложений по данным ТЭЦ-2 показало, что отложения состоят из оксидов железа (примерно 50%), фосфата кальция (примерно 40%) и металлической меди (до 6%).
Перед началом обработки котел был отмыт обессоленной водой до значения электропроводимости в промывочной воде 3,5 мкСм/см и затем введен в работу с параметрами: Pб = 85 -95 кгс/см2, tпп = 400°С, tпв = 220°С, D = 80 -пв90 т/ч со сбросом среды через продувку пароперегревателя. Непрерывная продувка была открыта на максимальную производительность при данном режиме работы на котле.
В процессе пароводокислородной обработки проводился отбор проб для контроля за содержанием железа, меди, кремниевой кислоты и жесткости в питательной воде, в котловой воде (соленого и чистого отсеков), в насыщенном и перегретом паре.
Одновременно определялась концентрация кислорода в питательной воде, насыщенном и перегретом паре, концентрация кислорода во время проведения ПВКО и П находилась в пределах до 2,3 г/кг.
Максимальные значения контролируемых показателей качества котловой воды во время обработки составляли:
в соленом отсеке барабана: 30 560 мкг/кг железа, 670 мкг/кг меди, 3320 мкг/кг кремниевой кислоты и жесткость 5000 мкг-экв/кг;
в чистом отсеке барабана: 3440 мкг/кг железа, 436 мкг/кг меди, 2080 мкг/кг кремниевой кислоты и жесткость 6900 мкг-экв/кг.
В целом по результатам химконтроля во время проведения пароводокислородной обработки котла можно сделать вывод, что эффективно проведенный водообмен котловой воды и присутствие достаточного количества кислорода предотвратили повторное осаждение продуктов коррозии на внутренних поверхностях нагрева. Это было подтверждено проведенным анализом остаточного содержания отложений на образцах, вырезанных после ПВКО.
Определение остаточного количества отложений было выполнено в ВТИ и Смоленскэнерго. Остаточное количество отложений на трубах чистого отсека составляет 240 - 270 г/м2; на трубах соленого отсека 124 - 179 г/м2; на трубах пароперегревателя 97- 180 г/м2; на трубах водяного экономайзера первой ступени 91 - 281 г/м2; на трубах водяного экономайзера второй ступени 124 — 141 г/м2.
Таким образом, при обработке было удалено 50 - 60% отложений, что является хорошим показателем эффективности обработки и позволяет осуществлять дальнейшую эксплуатацию котла без проведения химической очистки.
В ВТИ был проведен анализ коррозионной стойкости защитных оксидных пленок на внутренних поверхностях нагрева после проведения пароводокислородной обработки. Коррозионная стойкость защитной пленки превышает 30 мин наблюдения, что соответствует высшей коррозионной стойкости.
Интересен опыт проведения пароводокислородной обработки котла среднего давления БКЗ-50-39Ф Данковской ТЭЦ, где очистка проводилась по комбинированной схеме путем внедрения парокислородной технологии при погашенной топке для обработки водяного экономайзера и с последующей растопкой котла для проведения пароводокислородной очистки и пассивации экранных поверхностей и пароперегревателя.
Начальная загрязненность труб составляла для водяного экономайзера максимально 1176 г/м2, для экранных труб максимально 557 г/м2. На внутренней поверхности труб водяного экономайзера имелись язвины глубиной 2-3 мм. Отложения состояли в основном из оксидов железа: на трубах водяного экономайзера до 98%, а на экранных трубах 68 - 79%. На экранных трубах имелось до 22% фосфата кальция.
Учитывая значительную загрязненность труб водяного экономайзера и изъязвленность их внутренней поверхности, сотрудниками ВТИ было предложено проведение парокислородной очистки и пассивации водяного экономайзера. С этой целью персонал Данковской ТЭЦ произвел подвод стороннего пара к водяному экономайзеру с двух сторон трубами диаметром 32/26 мм, давлением до 23 кгс/см2, температурой на входе 400°С с расходом 6 - 12 т. Исходя из ранее перечисленных условий: высокая загрязненность, изъязвленность внутренней поверхности и низкая, не более 20 м/с, скорость пара, было принято решение считать эту обработку экспериментальной.
Водокислородная обработка экранной системы проводилась при давлении на котле 36 кгс/см2, температуре 243°С с расходом питательной воды на котел 13 - 17 т. Пароперегреватель обрабатывался собственным паром с кислородом.
В течение всей парокислородной и пароводокислородной очистки и пассивации внутренних поверхностей нагрева котла БКЗ-50-39Ф концентрация кислорода в паре поддерживалась в пределах до 2,4 г/кг. Во время обработки для контроля процесса очистки и пассивации поверхностей внутренних поверхностей нагрева производился контроль качества рабочей среды.
На выходе из экономайзера жесткость максимально достигла 0,3 мг-экв/кг, а в основном составляла 0,005 мг-экв/кг, содержание железа максимально составило 9000 мкг/кг. В чистом отсеке содержание железа достигало значения 5100 мкг/кг, меди 252 мкг/кг, а жесткость была на уровне 0,3 г 0,4 мг-экв/кг.
Рис. 1. Поляризационные кривые для образцов труб котла БКЗ-50-39Ф ст. № 1 Данковской ТЭЦ:
1,2,3- соответственно водяной экономайзер, образец трубы чистого отсека, образец трубы соленого отсека до проведения пароводокислородной очистки; 4 - чистый отсек после проведения ПВКО и П
В соленом отсеке содержание железа было максимально 6040 мкг/кг, меди 202 мкг/кг, а жесткость 0,3 - 0,4 мг-экв/кг. В насыщенном паре содержание железа достигало значения 315 мкг/кг, а в перегретом - до 765 мкг/кг.
После проведения пароводокислородной очистки и пассивации сделаны вырезки образцов труб. Коррозионная стойкость образцов составляла более 10 мин, до полного высыхания капли агрессивного раствора. Таким образом, на внутренней поверхности труб образована коррозионностойкая оксидная пленка высшей коррозионной стойкости, согласно существующей шкале. Язвины, имевшиеся на внутренней поверхности труб водяного экономайзера, также были запассивированы.
В результате проведения пароводокислородной обработки котла среднего давления Данковской ТЭЦ максимальное количество отложений на внутренней поверхности нагрева экранной системы составило 391 мкг/кг.
По результатам проведения обработки можно сделать выводы, что для увеличения эффективности следует предусмотреть в дальнейшем необходимость увеличения как расхода стороннего пара, так и увеличить расход питательной воды до 50% номинального.
Помимо капельного метода коррозионная стойкость внутренней поверхности труб была проверена снятием поляризационных кривых. Поляризационные кривые для входного и выходного участков труб экономайзера показаны на рис. 1, из которого видно, что коррозионные токи для образцов труб, вырезанных с внутренних поверхностей нагрева котла, до проведения пароводокислородной обработки достигают 10 мА, а после проведения обработки коррозионный ток составил 0,5 мА, при наложении потенциала 1000 мВ.
Таким образом, в результате проведения обработки на внутренних поверхностях нагрева была создана надежная защитная пленка под оставшимися отложениями и одновременно произошла частичная очистка внутренних поверхностей нагрева котлоагрегата.
В соответствии с технологией, разработанной ВТИ и рабочей программой, утвержденной главным инженером Ефремовской ТЭЦ, в период с 7 по 9 июня 2000 г. были проведены эксплуатационная пароводокислородная очистка, пассивация и консервация (ПВКО, П и К) внутренних поверхностей нагрева барабанного котла БКЗ-160-100 ст. № 9. При разработке технологии было учтено, что загрязненность внутренних поверхностей нагрева экранных труб по данным ТЭЦ (май 2000 г.) составляла 150 - 290 г/м2.
Перед началом обработки котел был отмыт обессоленной водой и затем введен в работу с параметрами: Р6 = 80 -100 кгс/см2; tnn = 430 т 460°С; tnв = 215°С; Dпв = 75 т 85 т/ч. Сброс пара осуществлялся через продувку пароперегревателя. Непрерывная продувка была открыта на максимальную производительность при данном режиме работы на котле.
В процессе ПВКО, П и К производился отбор проб для контроля за содержанием железа, меди, кремниевой кислоты и жесткости в питательной воде, в котловой воде (соленого и чистого отсеков), в насыщенном и перегретом паре. Одновременно в течение всей обработки производился контроль за концентрацией кислорода в питательной воде при обработке водяного экономайзера, в насыщенном и перегретом паре во время проведения каждого этапа ПВКО, П и К.
Концентрация кислорода на всех этапах обработки находилась в пределах 1,6 - 8,5 г/кг. Наиболее объективным показателем концентрации кислорода является его содержание в перегретом паре. Содержание кислорода в перегретом паре составляло 5,0-9,5 г/кг в зависимости от места ввода кислорода.
Во время проведения пароводокислородной обработки внутренних поверхностей нагрева (водяного экономайзера) периодически наблюдалось увеличение содержания оксидов железа в котловой воде до 3300 мкг/кг в чистом отсеке и до 9100 мкг/кг в соленом отсеке, что свидетельствует об удалении продуктов коррозии с внутренней поверхности труб. Помимо увеличения концентрации продуктов коррозии наблюдалось увеличение содержания и других примесей.
Содержание кремниевой кислоты в котловой воде находилось в пределах: 2250 - 550 мкг/кг в чистом отсеке; 3600 - 1100 мкг/кг в соленом отсеке.
Содержание меди в котловой воде составляло 37 - 2,5 мкг/кг в чистом отсеке и 200 - 2,5 мкг/кг в соленом отсеке. Содержание солей жесткости в котловой воде находилось в пределах 400 - 8,0 мкг-экв/кг в чистом отсеке и в пределах 10 000 - 90,0 мкг-экв/кг в соленом отсеке.
Отдельно следует отметить тот факт, что перед проведением пароводокислородной очистки, пассивации и консервации котел длительное время находился в резерве и это могло привести к резкому увеличению концентрации примесей при воздействии значительных концентраций кислорода на отложения во время проведения технологии. Поэтому в рабочую программу при составлении были внесены необходимые мероприятия, которые учитывали возможность столь значительных выбросов по содержанию примесей в рабочей среде котлоагрегата.
С целью предотвращения возможности повторного осаждения и прикипания отслоившихся продуктов коррозии производился интенсивный водообмен в котле с помощью учащенной периодической продувки, а также был задействован аварийный слив из барабана котла.
В целом по результатам химического контроля во время проведения пароводокислородной очистки, пассивации и консервации котла можно сделать вывод, что эффективно проведенный водообмен котловой воды с помощью периодической продувки и аварийного слива из барабана котла позволил удалить основную часть смытых с внутренней поверхности труб загрязнений.
После проведения ПВКО, П и К были вырезаны образцы из следующих поверхностей нагрева: из фронтового, заднего и боковых экранов, водяного экономайзера и пароперегревателя, на которых проводилось исследование остаточного количества отложений на внутренних поверхностях труб после проведения обработки. Количество рыхлого налета, состоящего из окисленных продуктов коррозии в виде маггемита, составило примерно 15 - 50 г/м2, т.е. незначительную величину.
Остаточное общее количество отложений на экранных поверхностях составляет 160- 190 г/м2; в водяном экономайзере второй ступени - 160 г/м2; в пароперегревателе (холодный пакет) 240 - 270 г/м2.
Рис. 2. Поляризационные кривые образцов экранных труб котла ст. № 9 Ефремовской ТЭЦ после проведения ПВКО, П и К:
1 - для образца экранной трубы 16, фронтовой экран, правый блок; 2 - для образца экранной трубы 25, правый боковой экран, задний блок
Выполнен анализ коррозионной стойкости защитной пленки на присланных образцах труб после пароводокислородной очистки, пассивации и консервации и установлено, что образованная защитная пленка обладает высшей коррозионной
стойкостью (более 30 мин выдержки капли агрессивного индикатора на внутренней поверхности трубы после снятия коричневого рыхлого налета). Высшая коррозионная стойкость соответствует выдержке раствора индикатора без изменения окраски в течение 5 мин.
Результаты проведенных исследований коррозионной стойкости защитной пленки, созданной в результате проведения ПВКО, П и К, показаны на рис. 2, из которого видно, что коррозионные токи при наложении потенциала практически отсутствуют; так, коррозионный ток составляет при наложении потенциала ± 1500 мВ от 0,1 до 1,8 мА для образца экранной трубы 16 фронтового экрана правого блока и трубы 25 правого бокового экрана заднего блока соответственно.
Кроме этого, поляризационные кривые в начальной области наложения потенциала практически не отклоняются от оси. Коррозионный ток для обоих образцов практически равен нулю.
Исходя из полученных результатов можно сделать вывод о том, что созданная защитная пленка под оставшимися отложениями обеспечивает необходимую защиту металла от коррозионных процессов.
Опыт проведения пароводокислородных очисток, пассивации и консервации внутренних поверхностей нагрева барабанных котлов показывает, что даже при значительной (до 700 г/м2) загрязненности поверхностей нагрева можно обеспечить как частичную очистку, так и надежную защиту поверхностей нагрева котлов во время эксплуатации, резерва и в условиях частых пусков и остановов.
Помимо сказанного в результате проведения ПВКО, П, и К на внутренних поверхностях нагрева создается надежная защитная пленка, которая позволяет выводить котел в резерв без проведения дополнительных технологий консервации.
Для того, чтобы обеспечить надежную сохранность оборудования при выводе его в резерв, необходимо осуществлять периодический контроль качества защитных пленок на поверхностях нагрева. Для этого желательно производить периодические вырезки образцов для проведения исследований защитных свойств образованных оксидных пленок.
Выводы
- В результате ПВКО, П и К на всех внутренних поверхностях нагрева котла образуется коррозионно-устойчивая защитная пленка высшей коррозионной стойкости.
- Проведение ПВКО, П и К на всех внутренних поверхностях нагрева котла обеспечивает частичную очистку поверхностей нагрева.
- В результате проведения пароводокислородной очистки, пассивации и консервации обеспечивается надежная пассивация поверхностей нагрева котла путем создания защитной пленки, которая обеспечивает надежный водный режим и надежную эксплуатацию котла в различных режимах работы.
