李清毅 周旭健 钟 莎 张 健 胡达清

浙江天地环保科技有限公司

管式GGH管道内壁腐蚀特性及防腐技术

李清毅 周旭健 钟 莎 张 健 胡达清

浙江天地环保科技有限公司

针对管式GGH系统管道内壁及介质腐蚀问题，研究了管式GGH管道内壁及管内热媒水腐蚀的特性，分析了引起腐蚀的原因，提出了防止管道内壁及热媒水腐蚀的方案，应用于工程实际，成功解决了因热媒水水质差带来的安全稳定运行问题。

热媒水管式换热器（管式GGH）；内壁；腐蚀；水质

煤燃烧过程中产生的大量烟尘等多种污染物是造成近年来频繁发生重灰霾天气的重要原因之一。燃煤电厂超低排放技术的应用在改善区域大气环境质量、推进煤炭清洁高效利用和加快火电行业转型升级中起了极为重要的作用[1-2]。管式热媒水换热器（简称“管式GGH”）作为部分超低排放技术中的关键设备之一，一方面与电除尘器耦合实现了烟尘和SO3等多污染物的更高效脱除控制，另一方面避免了因高湿烟气排放对电厂设备、周边居民和环境产生的不利影响，达到了烟气污染物控制与余热回收利用的双重目的。有文献对管式热媒水换热器的管外壁腐蚀、材料选料、设备布置和控制模式等进行了研究[3-6]，但是对热媒水管道内壁腐蚀及介质影响问题少有报道。

本文探索了管式GGH系统管道内壁及管内介质腐蚀的机理，分析并选择了解决腐蚀的方法，提出了实现方法的措施，并对应用于工程实际的效果进行了测试。

1 管式GGH管内壁腐蚀机理

图1所示为管式GGH的系统示意图。管式GGH由烟气冷却器、烟气加热器、加药箱、热媒水泵、辅助加热器及其连接管道组成。一般烟气冷却器和烟气加热器分别布置在电除尘器和烟囱入口前，两装置之间热媒水通过单根较大直径的管道连通；在两装置内部，设置多根直径较小的管道与烟气进行换热。系统内热媒水一般使用电厂除盐水，热媒水闭式循环，在正常运行条件下，一般不进行热媒水的置换。

图1 管式GGH系统示意图

系统连接管道用量较大，其考虑经济性因素，连接管道一般采用碳钢材质。管式GGH系统投运后取样发现，热媒水浑浊，pH值较低，c（Fe2+）较高，主要是因为管道内壁与管内热媒水在物理和化学作用下产生一定的腐蚀，给整个系统的安全运行带来了较大的隐患。

热媒水管道及介质的腐蚀状况与管道材质、管道表面特性、热媒水pH值等化学性质、热媒水流速、溶氧和温度等物理特性、施工影响及管道与热媒水的相互作用均有一定的关系。根据腐蚀原理的不同，管式GGH管道内壁和热媒水的腐蚀主要有以下几类。

（1）磨损腐蚀

管道的磨损腐蚀主要是管道内热媒水及携带施工的残渣等与金属表面间发生相对运动，从而引起内壁表面的加速破坏和磨蚀。一方面，热媒水对已经生成的腐蚀产物具有冲刷作用；另一方面，热媒水对冲刷后新裸露的金属表面进行进一步的侵蚀作用，冲刷和腐蚀交替进行，从而使腐蚀不断加剧，热媒水水质逐渐变差。

（2）垢下腐蚀

管道的垢下腐蚀主要是管内壁有水垢或有沉积水渣时，易在水垢或水渣下部对管道产生腐蚀。由于热媒水管道布置弯头较多，每段管道的标高不一致，容易造成结垢和黏泥沉积，从而造成垢下腐蚀。在管道搭接缝、管板环焊缝及表面沉淀物等处极易引起垢下腐蚀。李奇峰等人[7]经调查研究发现在管束与管板环焊缝处出现严重的腐蚀迹象。

（3）电化学腐蚀

电化学腐蚀主要是当管道与具有一定含氧量的水介质接触时，金属表面会形成许多微小电池。金属作为电池的阳极发生氧化反应，释放出电子，自身被氧化成高价态的铁离子，进而造成了金属的腐蚀。其反应方程式为：

金属（阳极）：2Fe→2Fe2++ 4e；

氧气（阴极）：O2+2H2O+4e→4OH-（碱性环境）；O2+4H++4e→2H2O（酸性环境）

总反应：2Fe+O2+2H2O→2Fe（OH）2（碱性环境）；

2Fe+O2+4H+→2H2O+2Fe2+（酸性环境）

胡洋等人[8]发现水中的溶解氧（1.03 mg/L）是造成热媒水侧腐蚀的主要原因。腐蚀产物中含有大量铁的氧化物，说明腐蚀以铁的氧腐蚀为主。邓朝红等人[9]研究发现换热器以除盐水作为热媒水补充水（含氧量为8×10-6-10×10-6，pH值在8.8～9.2），吸氧腐蚀是造成换热器腐蚀的主要原因。此外，热媒水的pH值也会对管道的腐蚀造成一定的影响。童家麟等人[10]认为，确保热媒水pH值＞10，可以有效地防止水质对换热器的换热面造成腐蚀。

（4）酸性腐蚀

管道的酸性腐蚀是指在水或含水介质在露点以下与酸性物质共存时，在压力容器或管道中产生的腐蚀。有文献报道部分酸性环境（如H2S）对碳钢设备的均匀腐蚀随温度的升高而加剧。在80℃时，腐蚀速率最高，在110～120℃时腐蚀速率最低。在换热器运行的初期，腐蚀速率可达10 mm/a以上，随着装置运转时间的增长而迅速下降，到1 500～2 000 h后，腐蚀速率趋于0.3 mm/a[7]。

2 管式GGH管内壁防腐措施

根据管式GGH管内壁腐蚀的机理，结合造成管式GGH管道内壁腐蚀的因素，可采取多种防腐措施。

（1）管道及连接件均采用不锈钢材质

胡洋等人[8]研究发现不同材质换热器的腐蚀程度差异较大。在有氧存在的热媒水环境中，碳钢的平均腐蚀速率为0.298 mm/a，09Cr2AlMo钢的平均腐蚀速率为0.244 mm/a，奥氏体不锈钢材质腐蚀轻微。同时如管板与换热管焊接处材质不一，极易引起电化学腐蚀。基于此原因，可将热媒水管道材质更换为不锈钢。因管道用量大，如热媒水管道全部采用不锈钢，成本高，经济性差。

（2）改变管内热媒水的特性

可主要采取以下措施：在尽量避免氧气进入热媒水系统的同时，采用除氧剂去除系统内的氧，防止引起电化学腐蚀；合理控制闭式循环水的流速防止磨损腐蚀；采用加碱措施合理控制系统的pH值。

（3）将热媒水管道内壁进行清洗。

保证管式GGH管内壁清洁是防止腐蚀发生的关键措施，因此需要对管式GGH内部管道进行清洗和防护。管道清洗可分为物理清洗和化学清洗两类。

物理清洗以机械方法对管道清洗，主要有高压水力冲洗、胶球清洗、刮管器清洗、刷子清洗等几种。因管式GGH管道布置复杂，操作复杂且清洗不彻底。

化学清洗是指采用一定的清洗工艺，通过化学药剂的水溶液与热力设备系统中受热面的腐蚀产物、沉积物和污染物发生化学反应而使设备受热面内表面清洁，并在金属表面形成良好钝化膜的方法。其能够去除金属表面的硬垢和腐蚀产物，清洗全面，用时短，效果好。

综上所述，系统投运前对管式GGH管内壁进行化学清洗，投运后合理控制热媒水的特性，可以避免管式GGH管内壁及介质的腐蚀。

3 工程应用及效果

某电厂2台600 MW燃煤机组应用了超低排放技术，且均采用管式GGH系统提高烟尘的脱除效率并抬升烟囱入口的烟气温度。其中1号机组进行了化学清洗，在运行过程中对热媒水进行除氧和加碱控制；2号机组未进行清洗；且未进行除氧和加碱控制。

在投运前对1号机组进行化学清洗，清洗方法为：在管式GGH系统安装完成后，进行系统上水，待系统满水后一边疏放一边上水直至排水澄清无杂物，并将系统内水完全疏放；配置适量的酸洗溶液，溶液成分及质量分数为：（4～7）%的HCl溶液、0.5%的IS-129缓蚀剂和0.08%的异抗坏血酸钠；利用清洗泵通过临时进液管道和临时回液管道建立酸洗循环；将酸洗循环系统进行升温，升温速度大于25℃/h，直至温度达到（55 ±5）℃并维持此温度不变，循环系统运转6～7h；停运清洗泵，对系统上水并同时通过临时回液管道进行排水，对循环管道进行冲洗，直至排水中铁离子含量不大于50 mg/L，pH不小于4.5为止；然后将系统水完全疏放排净。再配置漂洗钝化溶液，溶液成分及质量分数为：5%的柠檬酸、0.3%的缓蚀剂和适量氨水，pH维持在3.5～4；利用清洗泵将循环系统进行升温，升温速度大于25℃/h，直至温度达到（75±5）℃并维持此温度不变，循环系统运转5 h；再加入氨水调节pH值至9.5～10.0，加入3%联氨，维持温度不变，循环5h，系统内钝化膜形成良好后停运清洗泵，拆除临时进液管道和临时回液管道，对系统上水并排净，完成化学清洗。

在系统运行后，1号机组加入除氧剂进行除氧，同时加入NaOH溶液调节pH稳定在10.0～10.8之间，2号机组加药箱隔离。投运后隔天对热媒水进行取样检测，主要结果如图2所示。

从图2可以看出，1号机组在水质检测时间段内水质稳定，Fe2+浓度维持在80～150 µg/L之间，而2号机组Fe2+浓度在1 200 µg/L以上，并且随着时间的延长有集聚的趋势，取样时发现水质较为浑浊，且本机组pH值在7上下，容易发生电化学腐蚀，极易对系统甚至机组的稳定运行带来安全风险。通过对比证明所发明的防腐方法及加碱控制措施可保证系统内热媒水水质稳定。

图2 pH与Fe2+浓度随时间的变化关系

4 结语

针对管式GGH系统管道常见的内壁及介质腐蚀问题，本文研究了管式GGH管道内壁及管内热媒水腐蚀的特性和机理，对比研究了可行的防腐措施。结合管式GGH的结构和系统布置特点，本文发明了化学清洗管道内壁结合调节热媒水水质的防腐方案，并将该方案在某电厂600 MW机组上进行了应用。对比研究表明，该方案可有效控制热媒水水质，防止循环水管道发生腐蚀，保证管式GGH系统甚至整台机组的稳定安全可靠运行。

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Tube Type GGH Pipeline Inner Wall Corrosion Characteristics and Anticorrosion Technology

Li Qingyi, Zhou Xujian, Zhong Sha, Zhang Jian, Hu Daqing
Zhejiang Province Tiandi Environment Protection Technology Co.,Ltd

∶Focused on tube type GGH system pipeline inner wall and its medium corrosion problems, the author studies tube type GGH pipeline inner wall and warm medium water corrosion characteristics and analyzes causes of corrosion. The author puts forward anticorrosion solution for inner wall by warm medium water which is applied in practical projects. It solves the unstable operation problems due to poor water quality.

∶Warm Medium Water Tube Type Heat Exchanger (Tube Type GGH), Inner Wall, Corrosion, Water Quality

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.006