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成膜胺应用中若干问题的探讨

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[赵凤娟]成膜胺应用中若干问题的探讨

发布时间： 2007-1-12 10:01:24 浏览次数： 348

彭　伟, 赵凤娟

(华东电力试验研究院, 上海　200437)

关键词: 成膜胺; 热力设备; 停用保护

摘　要: 针对成膜胺用于热力系统停用保护时所出现的一些问题, 通过小型模拟试验和工业性试验研究了防腐剂XF-1 用于热力系统停用保护时的加药工艺, 提出了最小理论加药量的计算公式以及实际系统的建议加药量, 并提出利用接触角作为判断该类药剂保护效果的定量评价方法。

采用成膜胺进行热力设备停用保护, 最早起源于前苏联。莫斯科动力学院曾在20 世纪80 年代中后期推出“阿明”防腐剂用于热力设备的停用保护。据有关资料介绍, 其主要成份是十八胺。目前国内不少电厂, 已应用此项技术进行机组停用保护, 并取得一定效果。但由于应用中影响保护效果的因素较多, 且受监测分析技术的限制, 许多问题如药品毒性、药品的热分解特性、加药量的确定、使用效果的评估等方面一直未进行研究或研究得不够。导致实践中往往带有很大的盲目性, 使保护效果难以得到有效控制。据了解, 一些电厂在使用过程中由于药剂选用不合理、药量控制不当等原因, 已经出现设备腐蚀、保护范围不足或药剂在热力系统内部表面析出等问题。

结合华东公司重点科研项目(F1997014) , 华东电力试验研究院对成膜胺在热力系统中的应用进行了较深入的基础研究, 并在望亭电厂进行了工业性研究, 取得了一些有价值的结论。

1　药品类型

目前用于热力设备停用保护的液态成膜胺主要有以下三类: 纯十八胺乳浊液, 脂肪型胺类混合物(如前苏联“阿明”防腐剂) 乳浊液及含有其它化学助剂(最典型的是乳化剂) 的十八胺溶液。实际应用时, 应尽可能选用前两类药品。对于第三类药品, 其配方中添加化学助剂是为了将水和十八胺乳化, 这类物质在实际热力系统的高温高压作用下, 会分解出酸性物质, 造成系统pH 下降, 应尽量避免使用。

华东电力试验研究院开发的新型防腐剂XF-1 是一种脂肪型胺类混合物, 其主要成分是十八胺, 还添加了一定比例的其它胺类物质(碳链长度在15～ 20 之间) , 并用物理方法制备成工作母液。该药品已于2000 年申请了国家专利。以下结论均由XF-1 的试验得出。

2　加药工艺条件

成膜胺的防蚀机理主要是在金属表面形成一层吸附膜, 即胺基中氮原子的孤对电子与铁原子的空隙d 轨道相结合。根据吸附作用原理可知, 这是一种化学吸附。在低温时, 也可能是通过物理吸附产生作用。实际应用中, 确定合适的加药工艺至关重要。加药浓度、时间、方式及机组参数等情况都对保护效果产生直接影响。

(1) 加药浓度(加药量)。模拟现场实际情况,利用高压釜进行静态成膜试验。对成膜试片进行憎水性和耐蚀性测试后, 表明当XF-1 的加入浓度为10 m g?L 时, 试片表面就能形成良好的憎水膜。

对于某一实际系统, 可根据被保护金属的表面积计算最小理论加药量, 具体计算公式为:

M = (S 总×M 质)/(S 单×A )

式中　M ——最小理论加药量;

S 总——被保护金属面积;

S 单——单分子面积;

A ——阿佛加得罗常数;

M 质——药品的摩尔质量。

考虑到药品在实际系统中的热分解以及各种损失, 建议电厂参照以下剂量实施: 单机容量300MW 以下每次加药80 kg (药品浓度为10% ) , 单机容量300MW 左右每次加药100 kg, 单机容量600MW 左右每次加药150 kg。对于母管制机组加入量根据实际情况适当增加。

特别强调的是, 若实际加药量过小, 不足以在金属表面形成完整的吸附性保护膜, 则金属表面极有可能形成大阴极小阳极状态, 非但不能起到保护作用, 反而造成严重的局部腐蚀。若实际加药量过大, 则带来以下两种负面作用: 一是药品在热力系统内部(主要有汽机中压缸、小机静叶片、下部联箱等处) 金属表面析出, 造成药品浪费; 二是造成水汽指标(主要是氢导) 严重超标。

(2) 加药时间。为了使整个热力系统都能够得到保护, 应该保证含有XF21 的水汽在系统中充分循环, 使XF21 与金属表面充分接触。因此,利用正常停炉阶段所持续的时间加药, 并维持2～ 3 h 以保证汽水在热力系统中循环3～ 4 次(以300MW 发电机组为例) , 以确保成膜效果。

(3) 加药点及加药方式。采用连续加药方式。可选择多个加药点进行加药, 一般以除氧器出口作为主加药点, 以减少药剂在除氧器中的损失。另外可选择主凝水管道作为辅助加药点, 以保护凝结水系统。

(4) 加药时机组的运行参数图1 是十八胺(XF-1 防腐剂的主要成分) 在不同温度下的分解情况。

该结论由高压釜试验得出, 从图1 可以看出十八胺在较低温度已开始分解, 而非有关资料介绍的最终分解温度为450 ℃。因此, 在实际应用中, 只要保证加入足够的药剂, 仍会有部分未分解的药剂在金属表面成膜。用户在机组开始停运时(此时热力系统中工作介质温度接近正常运行温度) 即可进行加药, 无需通过滑参数操作降低主蒸汽温度。这样可以简化现场操作, 又拓宽了成膜胺的使用条件。通过外高桥电厂、望亭电厂、常熟电厂等实际应用, 得知加药时主蒸汽温度在500 ℃以上, 仍可取得较好的保护效果。

3　生物毒性

药品的安全性直接影响其使用的推广, 通过XF-1 的生物毒性试验, 得到小鼠半数致死剂量(LD50) 为8187 g/k g (8129～ 9148)。按急性毒性分级标准判断, 该药剂属实际无毒类。

4　成膜胺保护的评价方法

利用成膜胺进行热力设备的停用保护, 目前采用较多的方法是滴水检查, 并结合大气暴露或腐蚀浸泡试验。滴水检查虽然直观, 但只是一种定性判断方法。成膜胺保护的作用机理是在金属表面形成憎水性吸附膜。因此, 可以利用接触角H的大小定量判断金属表面是否形成憎水膜以及憎水性的强弱。

据有关资料介绍, 通常钢与水之间的接触角H= 70°～ 90°。若H> 90°, 则认为该固体表面不受该种液体所润湿, 即该固体表面为憎水性。对经XF-1 防腐剂保护的机组管样进行憎水性测试, 发现接触角基本大于110°, 管壁上形成了较强的憎水性保护膜。同时发现, 憎水性与耐蚀性之间具有较好的相关性, 即表面憎水性较强的管样, 其耐蚀性亦较好。

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