N-309停用保护缓蚀剂的应用

发布时间：2007年01月15日
作者：刘星
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　由于电力负荷变化和热力设备运行状况的影响，机组将不可避免地处于短期、中期或长期停用状态。在机组停用期间，热力设备将与大气充分接触，由于大气中含有水分和21%的氧气，对于95%以上是碳钢和低合金钢的水汽系统十分不利，极易产生腐蚀，在金属表面广泛留下面积较大的腐蚀坑，成为机组正常运行时诱发危害极大的局部腐蚀的点源。停用腐蚀的另一个危害是腐蚀产物会增加排污量、延长启动时间，同时可使炉管结垢率增大，促进和加剧锅炉运行时的腐蚀，直接影响机组运行的安全可靠性。

1 热力设备停用保护方法

　　为了从根本上解决停用腐蚀问题，必须对停用腐蚀采取切实可行的抑制措施。目前，热力设备停用保护方法按作用原理分为以下3种：

　　（1）阻止空气进入热力设备水汽系统内部，包括充氮法、保持蒸汽压力法、锅炉满水保护法等。

　　（2）降低热力设备水汽系统内部的湿度，有烘干法、干燥法、真空法等。

　　（3）加缓蚀剂法，使金属表面生成保护膜，或者除去水中的溶解氧，所加缓蚀剂有联氨、氨液和金相缓蚀剂等。

　　过去，热力设备停用期间，对锅炉常采用热炉放水余热烘干法或热炉放水负压烘干法；对汽轮机则采用热风烘干法；对加热器曾试用过充氮法。但是，这些方法对系统的严密性要求比较高，而阀门经常存在渗漏，所以，保护效果不理想。从1998～2000年之间的几次割管检查情况来看，在省煤器和过热器的立式弯头部位都有较大面积的停用腐蚀现象，而且，机组停用后再次启动时，炉水长时间发黑，含铁量高，充分说明了停用腐蚀严重。上述这些方法还存在以下不足：

　　（1）保护范围小，仅能对锅炉和汽轮机进行保护，对其他设备如除氧器、各种加热器、凝汽器及所有汽水管道(包括疏水管道)无法进行保护；

　　（2）保护效果不理想，这些方法大多是基于将设备内存水放尽为前提，但过热器弯头经常积水无法放尽；

　　（3）很难适应检修机组，由于机组检修时要将设备打开，某些有效的方法如充氮法难以采用；

　　（4）操作不方便。

　　目前，由于设备处于停用状态的时间比较长，为了有效地防止停用腐蚀，在了解国内外停用保护技术的基础上，结合本厂的实际情况，采用N-309停用保护缓蚀剂，分别在2，3号机组停运时使用，达到了预期的目的。

2 N-309停用保护缓蚀剂的应用

2.1 N-309的缓蚀机理及性能

　　N-309主要成分是十　八胺，但它既有十　八胺的优点，又能有效协调十八胺在汽－液相中的分配，同时增加液相成膜组份，而且在使用条件下不会分解产生酸性物质，是一种高效、安全的保护缓蚀剂。有机胺中含有电负性比较大的氮原子，与金属表面接触时，其极性集团可以以化学键吸附在金属表面的腐蚀活性区，非活性基（疏水基）则在远离金属表面作定向排列，中间部分则形成网状结构，这样整个金属表面就形成一层憎水性保护膜，这种膜质结构完全符合三夹层理论，即这层膜对金属离子向外扩散和腐蚀介质或水向金属表面的渗透都成为障碍。这种膜可以渗入到垢层下面，隔绝水和空气对金属的腐蚀。

　　从国外研究结果可以知道该膜还具有以下性能：

　　（1）机组启动时，它可以重新溶入水中，该过程会产生物理作用而使垢部分脱落，所以长期使用，炉管结垢量会下降；

　　（2）它在凝汽器铜管上形成的膜会使凝结水水珠变小，提高热效率；

　　（3）可以减缓金属(如不锈钢)腐蚀裂纹的产生和发展。

2.2 加药前的技术准备

2.2.1 加药量和加药点

　　提高系统中N-309浓度可提高膜的性能及保护效果，一般水中的十八胺质量分数大于2×10-6，就有防腐效果，但实际加药量要提高3～5倍。

　　加药点的选择十分关键，一般原则是要避开前方的排汽点，因为十八胺汽液分配系数很大，在排汽点损失严重。同时也要避开在水流速度较慢的水箱处加药，以防十八胺融化后浮于水面无法进入系统。一般在除　氧器出口管上(给水泵入口)加药，利用机组原有的加氨或加联胺系统，对于大机组可以采用两点加药。本厂的加药系统就采用机组原有的给水联氨加药系统和炉水磷酸盐加药系统进行加药，将N-309加到除氧器下降管和汽包内。采用两点加药主要是考虑药剂可以充分混匀，加药时间比较短，有利于药剂的充分循环，可以提高成膜效果及减少药品用量。

2.2.2 停炉保护加药时间

　　一般采用在机组滑参数停机过程中，主蒸汽温度降至450℃以下时，将准备好的药液一次性打入热力系统内。不超过450℃主要考虑药品的分解，常温下N-309的成膜性能很差。缩短加药时间，提高加药速度，可提高成膜效果及减少药品用量。目前使用较多的是1.5～2.0m3/h加药专用泵，可满足停用保护的需要。加药后，应维持一定时间的热力系统循环，再停机。循环时间太短药液在系统内分布不均，停机时可能在局部位置析出，循环时间太长，药品损失量大。

2.2.3 对凝结水精处理的影响

　　经研究证实，十八胺对凝结水处理用的树脂有影响，阳树脂会大量吸附十八胺，吸附后树脂密度变化，强度降低，而且很难用一般方法将树脂中的十八胺清洗出来，所以对带有凝结水处理的机组进行保护时，应避免十八胺与水处理树脂接触，制定较细致的实施方案和控制标准，并加强监督。

2.2.4 保护后再次启动时的水质情况

　　据资料介绍，实施十八胺保护后的机组启动时，水质合格时间(主要是铁含量变化)可缩短。机组启动时，水中含铁量受两方面因素影响，一方面由于减少了停炉期间的腐蚀，水中锈蚀产物减少；另一方面是启动时金属表面十八胺膜的脱落、溶解、分解，使部分软垢层脱落，水中含铁量增加。这是2个相反的影响因素，应结合具体情况进行具体分析。随着十八胺保护次数的增加，炉管结垢量会下降，机组启动时水质的合格时间会缩短。国内使用此法较早的机组，已显示出这方面的迹象。

2.3 加药操作过程

　　（1）接到机组滑停通知后，将凝结水处理系统撤出运行，旁路全开，关好隔离门，确保不渗漏。

　　（2）在停机前8h，利用现场的加氨系统，维持系统给水、炉水、过热蒸汽、凝结水的pH值在9.5～10.2，为防腐剂成膜创造有利的条件。

　　（3）在机组滑停前4h，关闭联氨溶液箱及磷酸盐溶液箱出口阀，并停加药泵，将药液箱排空并冲洗干净，备用。

　　（4）将计量好的N-309用50℃左右的凝结水按比例稀释，充分搅拌均匀之后，分别加入到联氨和磷酸盐药箱中。

　　（5）当机组滑停到主蒸汽温度在450℃以下时，启动联氨及磷酸盐加药泵，流量调至最大，将N-309加入系统，以保证在最短的时间内加药完毕，再用大量热水冲洗加药泵及加药管道。

　　（6）当机组滑停在温度350～450℃范围(此范围可适当放宽)，稳定3～4h，保证药剂充分循环，并形成保护膜。在此期间，每隔30min记录一次锅炉压力、蒸汽流量、蒸汽温度及负荷。

　　（7）若在加药过程中，出现打闸停机，应开启汽机的高低旁路循环，继续加药循环。

　　（8）从加药前2h开始，每1h分析凝结水、炉水、给水、过热蒸汽的pH和氨含量，保证成膜的最佳条件。

　　（9）当锅炉压力降至0.5～0.8MPa时，严格按照热炉放水余热烘干的方法操作，确保炉水放尽。热炉放水后，打开高低旁路抽真空，进行负压烘干。

3 N-309的使用效果

　　（1）2号炉过热器割管检查，管样表面有一层灰褐色的保护膜，憎水性良好，滴水成球，手摸有明显的滑腻感，选不同部位进行酸性硫酸铜点滴试验，8h硫酸铜酸性腐蚀液未变红。

　　（2）3号机组　检查除氧器和汽包，器壁有一层灰色的保护膜，松散的沉积物下面保护膜完整，都有良好的憎水性。割管检查，管样内壁有一层明显的灰黑色的保护膜，膜层致密、均匀、牢固，滴水成球，手摸有明显的滑腻感，选不同部位进行酸性硫酸铜点滴试验超过12h。

　　（3）各个设备保护膜检查情况如表1。

　　表1 热力设备保护检查情况

检查部位	憎水性	管样在中性水中耐腐蚀性（30~40天）	管样在空气中耐腐蚀性（5个月）	电化学阻抗
除氧器	极好			明显提高
省煤器	好	无锈蚀	无锈蚀
汽包	较好			明显提高
水冷壁	一般	有轻微的铁锈	无锈蚀	明显提高
过热器	较好	无锈蚀	无锈蚀
再热器	好
汽轮机	好
凝汽器	好
加热器	较好

　（4）由于N-309在热力系统内循环并均匀分布，所以在水汽系统内所有设备和管道金属表面均能形成一层保护膜，因而使给水管道、高压加热器、省煤器、水冷壁、过热器、再热器、汽轮机本体、凝汽器、除氧器及所有汽水管道均能得到有效保护。

　　（5）采用热炉放水余热烘干法和N-309防腐保护法，机组再次启动时各水样含铁量情况如表2。

　　表2 水样含铁量分析结果单位：质量分数10^-9

水样名称	热炉放水余热烘干法	N-309防腐保护法
给水	544.5	152.6
凝结水	1694.4	451.6
炉水	1586.3	127.5

　（6）采用N-309防腐后再次启动前的冲洗时间明显缩短，过去冲洗一般在70h左右，而现在不足36h，用水量也减少了一半。

4 结论

　　（1）2，3号机组采用N-309停用保护缓蚀剂后，汽包、水冷壁、省煤器、过热器、再热器、除氧器、汽轮机等热力设备内表面形成了一层均匀的灰黑色保护膜，膜层致密牢固，耐腐蚀性好，能有效防止和减缓停用腐蚀，缩短冲洗时间和节约冲洗用水。

　　（2）采用N-309停用保护缓蚀剂有如下特点：

　　①保护范围广，可保护整个热力系统，这是其他方法无法比拟的；

　　②保护效果好，在常温下，空气中管样耐腐蚀时间大于5个月，在中性水中也可保持30～40天无明显的锈蚀；

　　③操作简便，省时省力，不需对机组停用提出特殊要求，具有很强的适用性。