鄧育紅
石景山發電總廠 北京100041
石景山熱電廠（下稱石熱）是向北京市西區供熱的主要熱源，熱網加熱器能否長期安全運行直接關係到北京市的穩定供熱。石熱熱網加熱系統為4台基本負荷加熱器和4台尖峰加熱器相串聯的加熱系統，1、2號機各裝兩台，為基本加熱器（下稱基加），3、4號機各裝兩台，為尖峰加熱器（下稱尖加）。主要設計參數見表1。
原加熱器製造廠要求的熱網循環水水質（與更換后的加熱器製造廠對水質的要求基本相同）標準為：
pH
8．5～10．0
酸性電導率（25℃）＜1 000μS／cm
溶解固形物＜600 mg／L
鹼度 氫氧根鹼度＝0
總鹼度＜2．7 mmol／L
硬度＜0．25 mmol／L
氯離子＜30 mg／L
溶氧＜50μg／L
自1992年冬季供熱以來，8台加熱器先後投入運行，運行基本正常，未發現明顯泄漏。在1996年冬季發現3號機2號尖加泄漏，在較短的時間內，泄漏量急劇增大，年底被迫退出運行。隨後，西安熱工研究所，華北電力科學研究院，石熱化學、金屬專業人員等，對加熱器的損壞原因進行了大量的分析研究，大多數認為造成尖加損壞報廢的主要原因是不鏽鋼的應力腐蝕破裂。后在華北電力集團公司的組織下，向鋼鐵研究院進行了諮詢。確認尖加損壞報廢原因是不鏽鋼的應力腐蝕破裂。而水質不合格即氯離子超標是不鏽鋼材質發生應力腐蝕的首要條件。
1 石熱熱網加熱器損壞原因
應力腐蝕是由拉應力和特定的腐蝕介質共同引起的金屬破裂，開始只是一些微小的裂紋，然後發展為宏觀裂紋。它是特定的材料在特定介質中才會發生的腐蝕破裂，如奧氏體不鏽鋼在氯化物溶液和高溫高壓蒸餾水中，銅和銅合金在氨蒸汽中等，其影響因素主要為應力、材料和環境。
有關應力腐蝕的機理，其解釋很多，一般認為應力腐蝕是機械拉力和電化學腐蝕共同作用的結果。結合石熱的具體情況，加熱器的管段都為U型管，其加工的殘餘應力是不可避免的。對於奧氏體不鏽鋼，在含有氯離子水中，在運行中溫度較高情況下，極易發生點蝕（基加在70～120℃，尖加在120～150℃）。以點蝕區為起點，即點蝕區為陽極，金屬表面鈍化膜為陰極，形成小陽極、大陰極的電化學腐蝕，在拉應力的作用下，腐蝕破裂。
2 熱網循環水的水質情況
2．1 循環水的氯離子濃度較大，第一、二供熱期嚴重超標
石熱熱網加熱器材質在更換前1、2、3機均為奧氏體不鏽鋼，在1992、1993年兩個供熱期，由於設計補給水處理時，未考慮氯離子對不鏽鋼的敏感性，熱網補水選擇了澄清—過濾—軟化方式，澄清過程的聚鋁處理及軟化過程的食鹽再生，氯離子不僅不會減少，反而高於原水10～15 mg／L，達到60～70 mg／L。在1994年石熱化水改造增容時，將原計劃的二期軟化處理變更為一級除鹽，從1994年冬季熱網補水開始改為一級除鹽水。但在供熱期中，由於熱網系統加熱站的二次水往一次水漏時有發生，造成熱網循環水硬度超標；在冬季開始供熱時，二熱（北京第二熱電廠）部分負荷切給石熱熱網，由於二熱水質為軟化及蒸發器排水，也造成氯離子超標。
2．2 熱網循環水溶氧超標
石熱為間斷供熱，對於循環水中的氧無處理手段。在供熱結束后，熱力公司安排檢修工作，熱網管道需要放水，在供熱前，均需灌水，在1998年前每次灌水約2萬t，此水含氧量為飽和狀態，在熱網運行后，氧逐漸被消耗。對於應力腐蝕來說，水中的氧起陰極去極化作用，在熱網投入初期，水中的溶氧對奧氏體不鏽鋼應力腐蝕起到促進作用。
針對石熱熱網的運行方式及由此形成的水質條件，通過對基加全面金相檢查，發現基加同樣也存在程度不等的裂紋缺陷，且逐年呈上升趨勢。為保證北京市供熱，在集團公司的大力支持下，我廠決定將加熱器全部更換為雙相不鏽鋼材質，並先後對更換下的2號機基加進行外觀檢查，多處可見裂紋，證明奧氏體不鏽鋼應力腐蝕的嚴重性。但是我們認為，新的加熱器材質，雖然對水質的要求標準有所放寬，而在一定條件下，因介質濃縮后的濃度是無法估計的，故此處的腐蝕仍不可避免。另外，在熱網管線中有不鏽鋼伸縮節，加強水質的監督和管理不僅關係著石熱加熱器的安全運行，同時對整個熱網系統都有著重要意義。
3 石熱熱網水質的監督
對於熱網水質的監督，制定監督制度，建立總工程師為領導的熱網監督網路，從補水、熱網循環水的日常監督，到熱網停用期的熱網加熱器的保護，均有詳細的要求及落實措施。
3．1 熱網補水水質
從1994年冬季開始補充一級除鹽水，在正常水質條件下，氯離子約為零，（滴加硝酸銀無沉澱出現）。在除鹽設備運行時，控制再生的條件，使陽床先失效，避免酸性水進入加熱器。
補水應進入低壓除氧器，要保證除氧效果。
3．2 供熱期的循環水水質的監督
在熱網循環水補水正常情況下，導致水質劣化原因主要是熱網換熱站泄漏造成二次水向一次水漏流；石熱熱網與二熱熱網切換，由於二者運行的水質不同，造成石熱熱網水質劣化。為此我們做了如下工作盡量減緩循環水的污染程度。
從1997～1998年供熱期，我廠和市熱力公司建立了水質通報制度，熱力公司在熱網管線具有一定代表性的加熱站，如高層建築集中的區域，設置水質監測點，我廠每周將熱網循環水水質情況通報給熱力公司，熱力公司同時將其監測站的水質通報給我廠。發現問題及時會同熱力公司進行水質查定。曾發現京西賓館加熱站嚴重泄露導致熱網水質劣化（對換熱站設備進行檢修，消除缺陷）。
石熱熱網冬季供熱，在夏季時將部分負荷切給二熱，在冬季時，此負荷再切回石熱，而這部分
水質此時的氯離子含量在80～90 mg／L，雖然在供熱上水時仍需補充50％的除鹽水，但供熱初期氯離子的含量仍然在30 mg／L左右，為避免此問題，在1998年夏季，石熱試運行夏季供熱，但由於夏季熱負荷小，且石熱運行管線長，對機組運行的經濟性、安全性不利。1999年夏季未供熱。為減少冬季二熱切負荷時的水量，熱力公司採取在冬季供暖結束時，增加石熱補給水量，並且，減少熱網管線由於檢修的排水量，即石熱熱網水在夏季盡量不排。
3．3 熱網停用時的加熱器的保護
在非供暖期，加熱器均採用充氮保護。在供熱結束后，對加熱器的水側，用一級除鹽水進行沖洗，至氯離子濃度小於1 mg／L。對加熱器內的管逐根進行空氣吹掃，同時汽側灌水、查漏。渦流探傷檢查加熱器管的損傷情況。然後加熱器本體汽、水側門前加堵，進行充氮保護。當氮氣含量大於98％時，關閉排氣門，繼續充氮至表壓為0．03～0．05 MPa。要求充氮的氮氣純度大於99．5％。在整個保護期，定期測定氮氣純度，保證氮氣壓力在0．03 MPa，否則補充氮氣。通過檢查保護期內的設備表面狀況，以及在汽、水側懸挂腐蝕指示片，未發現鏽蝕痕迹，保護效果良好。
4 建議
（1）通過近幾年我廠和熱力公司共同努力，熱網循環水的水質有所好轉，但在供熱後期仍出現循環水硬度超標情況。由供熱初期至結束，1997～1998年水質硬度從150μmol／L到300μmol／L，氯離子濃度從36 mg／L到6 mg／L；1997～1999年水質的硬度從140μmol／L到270μmol／L，氯離子濃度從38 mg／L到6 mg／L。我們認為出現這種情況的原因是熱網換熱站存在著泄漏問題。因為在整個供熱期補充的大量除鹽水（約20餘萬t），相當於熱網整個水容積的4倍左右。隨著整個熱網運行時間的增長，較高的含鹽量更易於加熱器及熱網管繫結垢，進而產生垢下介質濃縮，即使是雙相不鏽鋼，也有氯脆危險。所以，加強夏季熱網系統的換熱站檢修，避免冬季較大的水質污染，是保證熱網安全運行的首要因素。
（2）石熱熱網和二熱熱網的切換方式上存在著污染石熱熱網循環水的條件，造成供熱前期氯離子含量較高。需要研究新的供熱方式。
（3）在熱網加熱器運行中，目前對疏水水質的監督沒有較好的手段，從而難以判斷加熱器的狀況。我廠暫定為疏水的酸性電導率不大於0．3μS／cm，但從基加疏水監督情況看，即使已產生了極微小的裂紋，從酸性電導率上反映也不明顯。
（4）在供暖期結束后，熱網外網的管道內水不放，此水水質一般硬度為300μmol／L，氯離子濃度在10 mg／L以下，酸性電導率為200μS／cm左右（25℃），pH為9．5～9．8。對於碳鋼管，應該不會造成腐蝕，但對於不鏽鋼材質，在這段時間由於水中雜質的沉積，氧量較低，有可能造成沉積物下的點蝕，對外網管系產生威脅。對熱網管系（包括各個換熱站）在非供暖期的防鏽蝕保護應引起重視。
參考文獻
［1］鄭文龍，於青．鋼的環境敏感斷裂．北京：化學工業出版社，1998．
