由Brad Buecker，Che万搏manbext手机版mtreat和Ken Kuruc，Hach

随着燃煤发电的下降和可再生能源的上升，两者之间的大型桥梁已经并继续是简单的，特别是综合循环发电，具有自然气体是主要燃料。

对于现有和计划的组合循环发电厂的常见是最小的工作人员的操作。对于这些植物的燃气轮机部分，“瘦和平均”操作可能是令人满意的。但经常被忽视的是，热回收蒸汽发生器（HRSG）需要重大关注这些单元中的腐蚀和沉积，否则可能会在某些情况下影响单位可用性并可能甚至可能威胁员工安全。本文侧重于植物人员优化HRSG性能和可靠性所必需的临界在线水/蒸汽化学分析。

采样点和监控参数

在整个蒸汽发电网络中最重要的例子有:

• 化妆处理系统
• 冷凝水泵放电
• 给水或省煤器进口
• 锅炉水
• 饱和蒸汽
• 主蒸汽和再热蒸汽

化妆处理系统

即使在最紧固的蒸汽发生器中，少量的工艺用水/蒸汽不断逃脱。这些损失必须用高纯度水组成。由于化妆系统的核心过程是反渗透（RO），然后是混合床离子交换（MBIX）或电热化（EDI），以“抛光”RO流出物。RO单元通常包括许多用于监测系统性能的仪器，包括压力，温度，流量和特定导电性，这是单独讨论的主题。下面的列表概述了构成系统流出物的三个推荐采样参数的推荐的上限。

• 比电导率(S.C.):≤0.1µS/cm
• 二氧化硅：≤10百百左右（PPB）
• 钠:≤2磅

这些测量确保高纯水被分配到蒸汽发生器。任何值的上升都表明MBIX树脂已经耗尽，或者EDI单元中出现了问题。及时的纠正措施是必要的。

(注意:在这部分和下面的部分中，包含了每个参数的正常上限或范围。这些数据和许多其他细节可以在电力研究所(EPRI)出版的文件中找到。然而，这些文件通常只提供给EPRI成员。国际水和蒸汽特性协会(IAPWS)提供了一些技术文件，其中包含类似的信息，但内容更精简。这些文件可以从他们的网站下载。www.iapws.org。)

冷凝水泵排放(CPD)

在蒸汽发电机组中，潜在污染物进入的主要位置是冷凝器，特别是水冷式冷凝器，在那里有一个管道泄漏，允许冷却水渗入高纯度凝结水。冷却水渗漏会给蒸汽发生器带来各种杂质，在锅炉(HRSGs的通称是蒸发器)的恶劣环境下，会造成严重的问题。

建议的持续持续专业发展分析如下:

• 阳离子电导率(CACE):≤0.2µS/cm
• 符合pH值
• 钠:≤2磅
• 溶解氧:≤20ppb
• pH值:9.6 - 10.0(这是最常见的余热锅炉设计的pH值范围，三压前馈低压型。对于其他的余热锅炉设计，这个范围可能会有所不同。)

钠监测对于检测冷凝器管泄漏非常有效。通过紧密的冷凝器，冷凝物中的钠水平通常非常低（<2 ppb），并且在许多情况下小于1 ppb。钠的升高提供了冷凝器管泄漏的最早指示。

Cation conductivity has been re-designated by some research organizations as “conductivity after cation exchange (CACE)” to represent the fact that the sample is routed through a cation exchange column to replace the cations, e.g., ammonium, sodium, calcium, etc. with hydrogen ions. This creates a very dilute acid solution of primarily trace amounts of chloride and sulfate ions, whose conductivity is then measured. As with sodium, a rise in CACE indicates impurity in-leakage. CACE can be influenced by carbon dioxide ingression, often from increased air in-leakage at the condenser. Thus, becoming increasingly popular is degasified CACE, which utilizes either a re-boiler or nitrogen sparging compartment to remove up to 90% or so of the CO₂。

溶解的氧气分析对于监测冷凝器空气漏气非常重要。溶解氧突然增加可以表示冷凝器处或附近的机械故障，这允许过量空气进入系统。

关于特定的电导率和pH，氨（或有时胺或氨/胺共混物）是用于冷凝水/注射水的pH调节剂。然而，高纯度水的直接pH测量可以是棘手的，并且已经开发出算法以基于S.C计算pH。和COCE测量以提供更准确的结果。S.C.在高纯度水中与氨浓度直接相关，因此S.C.测量结果提供比pH值更好地控制氨饲料。

总有机碳(TOC)是一个通常不会持续监测的参数，但它可能有些重要。对于公用事业蒸汽发生器，CPD中的建议TOC限值为100 ppb。

LP Econalizer入口/锅炉供给泵放电

关于余热锅炉给水系统的化学控制的主要问题是最小化流动加速腐蚀，这是作者在前面讨论过的电力工程篇文章。[1]

建议使用以下参数供给水化学：

• CACE:≤0.2µS /厘米
• 符合pH值
• 钠:≤2磅
• 溶解氧（范围）：5至10 ppb（除非给水系统含有铜合金，除非HRSG冷凝水/给水系统几乎不存在）
• pH值:9.6 - 10.0(这是最常见的余热锅炉设计的pH值范围，三压前馈低压型。对于其他的余热锅炉设计，这个范围可能会有所不同。)
• 铁：≤2ppb

讨论了冷凝泵排放的CACE、S.C、pH和钠。测量可以提供有价值的冗余，以确定潜在的不安是由于实际问题或仪器错误。

注意这个列表中包含了铁。铁监测提供了FAC(或希望没有FAC)的直接测量，以及给水化学程序的相应有效性。通常情况下，FAC产生的铁腐蚀产物中90%以上是颗粒状的。碳钢腐蚀的监测方法有以下几种:

• 连续微粒监测
• 腐蚀产品抽样
• 抓取样品分析

对于后者，可以采用改进的抓斗取样技术，通过适当的样品处理，可以测量到1ppb以下的铁。这种方法可以提供接近实时的腐蚀速率数据，尽管是在快照的基础上。

图1所示。铁消解装置/分光光度计抓取样品。照片由Hach提供。

简单的比色全铁实验室分析与灵敏的激光浊度分析仪的结合也可以提供一种成本效益高、定量、实时腐蚀监测的方法。

图2所示。安装在水/蒸汽样品面板上的浊度计。照片由哈希提供。

经适当校正后，仪器提供的浊度测量单位可与总铁浓度值相关联。给水的铁浓度是钢腐蚀的直接指标。然而，几种物种中的任何一种都可能存在，这取决于过程中使用的给水化学成分。这些包括铁_3.O₄（磁铁矿，灰色黑色），α-铁（III）氧化物（赤铁矿，红颜色）和通常少量溶解铁浓度。这些物种中的每一个产生对可见光的不同浊音响应。黑磁铁矿吸收更多，并比红赤铁矿更少的光线。溶解铁不会产生任何肾小序反应。另外，腐蚀产物的尺寸范围从亚微米直径到10μm，平均直径为1μm。[2]这种尺寸范围对粒子监测带来了另一个挑战，因为肾小球计对不同的粒度响应不同。

这些变量使得不可能创造通用尼触线校准以定量腐蚀产品。适用于特定样本位置的校准，具有特定腐蚀特性，对于具有不同参数的不同应用，不准确。因此，必须通过特定于点校准来完成通过Nephelometry的总铁的定量。

蒸发器(锅炉)水

蒸发器水采样对于几种原因至关重要。首先，化学控制和/或监测不良的差可以允许过量杂质对蒸汽进行不可接受的携带。其次，大多数HRSG是多压力单元，其中每个电路中的化学与其他电路不同。综合监测是在整个蒸汽发生器中确保适当化学的必要监控。第三，最高的热量在蒸发器内发生，特别是HP蒸发器的HRSG。杂质进入或差化学的影响通过这些电路中的高温和压力而放大。考虑氢气损伤的经典问题，几十年来的高压装置。

在这一机制中，最严重的腐蚀剂氯化物，在冷却泄漏期间进入，可以集中在水壁管下沉积并产生酸。下面的公式概括了一个常见的机制:

酸的生成本身就有问题，但非常小的氢原子会穿透钢基体，然后与钢中的碳发生反应。

大量甲烷分子的形成会导致裂化，从而导致失效，金属损失很小。

图3所示。氢损伤。注意厚唇失效，显示很少金属损失。

作者Brad Buecker曾直接观察到1250psig常规蒸汽发生器发生严重氢损伤后的后果，严重腐蚀需要完全更换水壁管。在现代蒸汽发生器中，氢破坏仍然是主要的腐蚀机制之一，正如下面的列表所示，这就是为什么如果锅炉水的pH值降至8.0以下，需要立即关闭机组的原因。

推荐的锅炉水分析包括:

• pH值(<8.0，立即关闭锅炉)
• CACE.
• 特定的电导率
• 氯化物
• 二氧化硅
• 磷酸盐（对于那些磷酸盐处理单位）
• 铁:< 5磅

读者会注意到大多数参数的直接限制，除了pH的“下拉”下限。这是由于限制或控制范围基于锅炉压力变化。EPRI和IAPWS指南提供了有关如何计算任何系统的适当范围的详细信息，其中可能基于操作数据所需的某些调整。

关于磷酸盐的评论是必要的。几十年来，磷酸三钠(Na_3.宝₄）在许多滚筒单元中一直是核心锅炉水处理化学品。然而，由于化合物的逆转溶解度，AKA“藏着”高于300°F，因此难以控制磷酸盐浓度。一些植物人员，特别是在电力行业，已切换到烧穗（NaOH）饲料以消除磷酸盐藏品，但这些程序需要很好的小心，以防止水壁管的腐蚀性刨丝。为避免此类问题，将冷凝水抛光器夹住在单位设计中提供了消除锅炉水处理计划的磷酸盐或腐蚀性的机会。

蒸汽

蒸汽纯度的测量是极其重要的，在很大程度上是因为汽轮机是整个系统中加工最精细、最昂贵的设备。污染物沉积在涡轮叶片上可能会导致叶片腐蚀和失效，这对于转速达几千转的涡轮来说是一种潜在的灾难性情况。核心监控参数包括:

• CACE:≤0.2µS /厘米
• 钠:≤2磅
• 硅:≤10磅

钠直接表示盐或氢氧化钠随蒸汽而产生。盐会在低压涡轮的最后几排沉淀，导致涡轮叶片和转子的点蚀、应力腐蚀开裂(SCC)和腐蚀疲劳(CF)。氢氧化钠残留是一个非常严重的问题，因为苛性物质会迅速引起涡轮部件的SCC。

CACE提供间接测量氯化物和硫酸盐携带，≤0.2μs/ cm值是涡轮机制造商的长期准则。然而，CACE的准确性是氯化物和硫酸盐的怀疑。现在可用的是可靠的仪器，以监测这两个杂质的跟踪水平。[4]氯化物和硫酸盐的当前推荐限值是2 ppb，但在操作良好的单元中，它们可以且应低得多。

众所周知，蒸汽中的二氧化硅将在涡轮叶片上沉淀。虽然化合物不腐蚀，但它可以影响涡轮机空气动力学并降低效率。因此，上述10-PPB推荐的极限。

发电单元提供了几个蒸汽采样点。这些包括饱和的，主要和再热蒸汽样本。主要和再热的蒸汽是最重要的，因为它们提供直接进入涡轮机的杂质数据，这也可以来自受污染的稳定水。饱和蒸汽的分析不断持续较小，但可以定期有价值地检查来自蒸汽鼓的机械携带问题，常见的原因损坏或滚筒中的水分分离器失效。钠监测最适合这种评估。

免责声明：这个讨论代表了多年的研究和实践经验形成的良好的工程实践。然而，电站业主有责任在咨询行业专家的基础上开发可靠的监测系统。水/蒸汽化学取样系统的设计和后续操作还涉及许多其他细节。

参考

1. Buecker，B.，Kuruc，K.和L. Johnson，“蒸汽发电化学控制的铁监测的积分效益”;电力工程, 2019年1月。
2. Kuruc, K.和L. Johnson，“监测流动加速腐蚀的新发现”;第35条法律程序^th2015年6月2-4日，年度电力化学研讨会，伊利诺斯州香槟市。
3. B. Buecker，“凝汽器化学和性能监测:蒸汽装置可靠运行的关键必要性”;60项法律程序^th年度国际水会议，1999年10月18日至20日，宾夕法尼亚州匹兹堡。
4. B. Buecker，“汽轮机化学监测的进展”;电力工程，2018年3月。

关于作者：Brad Buecker是ChemTreat的高级技术公关人员。万搏manbext手机版他在电力行业或相关行业有35年的经验，其中大部分是蒸汽产生化学、水处理、空气质量控制，以及City water, Light & power(斯普林菲尔德，伊利诺伊州)和Kansas City power & Light Company的La Cygne, Kansas station的结果工程职位。他还在一家化工厂担任了两年的代理水/废水主管。Buecker拥有爱荷华州立大学(Iowa State University)化学学士学位，其他课程包括流体力学、能量和材料平衡以及高级无机化学。他是美国化学学会、美国化学工程师协会、美国机械工程师协会、钢铁技术协会、冷却技术协会(通过公司会员资格)、全国腐蚀工程师协会、电力公用事业化学车间计划委员会、epri主办的电厂与环境化学委员会和国际发电计划委员会。Buecker撰写了多篇关于发电厂的文章和三本书水/蒸汽化学主题。可以联系到他bradley.buecker@万搏manbext手机版chemtreat.com。

肯Kuruc是哈希公司化石能源行业客户经理。他在电力行业有25年的工作经验，主要围绕蒸汽循环。他早年的研究重点是用于腐蚀监测的溶解气体，这是Orbisphere的一部分，后来被集成到哈希。Kuruc拥有约翰卡罗尔大学(University Heights, OH)的化学学士学位，并曾在美国各地的电力会议上发表过有关这一主题的演讲kkuruc@hach.com。

本文最初发表于此电力工程杂志并已通过许可重新发布。点击这里阅读它电力工程的网站。

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