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海勃湾发电厂#4 机组凝汽器化学保护

发布时间：2011/3/27 阅读次数：1190 字体大小: 【小】【中】【大】

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海勃湾发电厂#4 机组凝汽器化学保护
乔伟华郭春潘俊贵辛曙光
北方联合电力公司海勃湾发电厂（内蒙古乌海 016034）
[摘要] 本文论述了在凝汽器水室中涂装耐蚀防冲刷涂层。有力防止了管板的腐蚀，防腐涂层对铜管端部也
形成保护，对防止铜管的冲刷腐蚀等均有一定效果。经过两年多的运行，保护效果显著，两次小修检查管板保护良好，铜管管口光滑，未发现明显腐蚀结垢现象，未发生凝汽器泄漏，凝结水合格率为100%。
[关键词] 凝汽器腐蚀耐蚀防冲刷涂层化学保护
1 前言
随着机组参数和容量的不断提高，对热力系统中的水汽品质提出了更高的要求，而凝汽器的腐蚀泄漏是严重影响高参数大容量机组安全运行的重要因素。凝汽器腐蚀损坏除直接危害凝汽器管材之外，更重要的是由于大型锅炉的给水水质要求高，水质缓冲性小，冷却水漏入凝结水后迅速恶化凝结水水质，引起机组炉前系统、锅炉以及汽轮机的腐蚀与结垢。因凝汽器的损坏泄漏，常迫使机组降负荷运行，甚至停机，威胁着发电机组的安全运行，也直接影响发电厂的经济效益，因此凝汽器的腐蚀防护工作至关重要。
2 现状调查
海勃湾发电厂总装机容量1260MW，共安装六台超高压机组(2×100MW 和2×200MW 和2×330MW)，凝汽器采用闭式循环冷却方式，凝汽器管材采用HSn70-1B 黄铜管、BFe30-1-1白铜管、316L 不锈钢管，循环冷却水水源采用黄河岸边深井水。2 台100MW 机组的凝汽器采用加水质稳定剂处理；2 台200MW 机组的凝汽器采用弱酸水处理加水质稳定剂处理，但是由于由于本地黄河水含砂量大，在设计弱酸水处理的时候又没有加装前置预处理系统，使得弱酸水处理长期不能正常的投入，实际上还是以加水质稳定剂的处理方法进行处理；2 台330MW 机组的凝汽器采用循环水加硫酸处理辅以加水质稳定剂的处理方法进行处理。
对于我厂，凝汽器内流动的冷却水的水质好坏直接影响铜管及管板腐蚀的程度。一方面由于水质污染日益严重，另一方面由于冷却水的循环使用，含盐量相对较高，所以腐蚀倾向及腐蚀程度就相对大得多。目前采用的凝汽器防腐蚀的措施，除了在冷却水介质方面进行适当和必要的防垢、防蚀措施外，还有采用电化学保护技术及涂料涂装的方法等。
我厂4 号机组凝汽器为单进单出双流程结构，分左右两个独立部分。根据以往记录的数据以及打开凝汽器进行金属表面检查发现，凝汽器管板局部腐蚀严重，管板局部最大腐蚀深度达到5mm。管板及铜管内壁涂料在不到一个使用周期即出现了红锈。
3 分析凝汽器的腐蚀特征
3.1 管板腐蚀
由于黄铜和钢两种金属的电极电位相差较大，在凝汽器检修检查中发现管板有明显的电偶腐蚀，尤其在胀口附近管板三角区腐蚀较严重，管板凹凸不平，有棘突状棕褐色腐蚀瘤，除去腐蚀瘤可见黑色腐蚀产物，一般腐蚀坑深度1～2mm，严重的可达4～5mm。
3.2 铜管的冲刷腐蚀
循环冷却水中的悬浮物、泥砂等固体颗粒状硬物对凝汽器入口端铜管冲击、摩擦，长时间运行后，入口端铜管前150mm 管段内壁粗糙，虽无明显腐蚀坑，但表面粗糙，黄铜基体裸露，铜管减薄。
3.3 铜管的氨蚀
常温下氨水溶液氨的气液相分配比大约在7～10，即汽侧氨浓度是凝结水的7～10 倍，加上空抽区局部富集以及隔板处凝结水过冷的影响，空抽区的氨含量比主凝结水高数十或数百倍，个别情况下可达上千倍。当凝结水PH 为9.3 时，由NH₄OH→NH⁴⁺+OH^-的电离平衡可推算出凝结水中氨含量为0.37mg/Ｌ，如果PH 控制不当，凝结水PH 达9.5 时，凝结水中氨含量为0.92mg/Ｌ，空抽区按浓缩1000 倍计算氨含量分别为370mg/Ｌ和920mg/Ｌ。在如此高浓度的氨环境下，就容易产生氨蚀。有研究表明，氨含量小于100mg/Ｌ，少量的氨提高了溶液的PH，黄铜表面被覆盖的氧化物或氢氧化物所保护，腐蚀受到阻滞，而当氨浓度
增大到能与铜离子形成可溶性铜氨络离子时(对HSn70 -1A 铜管，氨浓度约300mg/Ｌ以上)，铜管的腐蚀速度剧增。氨腐蚀常表现为铜管外壁的均匀减薄，但隔板孔处由于凝结水过冷，溶解的氨浓度大大增加，引起铜管环带状的氨蚀而产生切痕，甚至导致凝汽器铜管的切断。
3.4 沉积物下腐蚀
沉积物下腐蚀是凝汽器铜管腐蚀的主要形态。循环冷却水中泥砂的沉积、微生物粘泥的附着、水垢的生成都能在铜管内壁形成沉积物。沉积物造成铜管表面不同部位上的供氧差异和介质浓度差异会导致局部腐蚀。铜被氧化生成的Cu2+及Cu+离子倾向于水解生成氧化亚铜，并使溶液局部酸化，加剧了腐蚀的发展。循环冷却水水质、杀菌处理、阻垢处理、循环水流速、清洗情况以及凝汽器的停用等都是影响沉积物形成的因素，其中铜管清洗情况(胶球清洗、高压水冲洗等)的影响较为显著。
3.5 应力腐蚀
黄铜管本身对应力腐蚀破裂敏感，当同时存在足够大的拉应力和含氨的腐蚀介质时，会导致应力腐蚀破裂。由于操作不当而产生凝汽器鼓端盖，使部分铜管中存在较大的拉应力，加之空抽区氨含量较高，经过一段时间运行，应力腐蚀不断加剧，最终可能导致铜管断裂。
近年对凝汽器铜管涡流探伤中也发现部分铜管汽侧有裂纹，其中大多是位于空抽区的黄铜管，裂纹以横向为主，也有少量纵向裂纹，有的裂纹相当微小，在查漏中很难被发现，造成汽水品质超标，有很大危害。
淡水中凝汽器铜管的腐蚀多发生在管端，如能防止端部腐蚀将阻止大部分腐蚀的发生。
碳钢在淡水冷却水中的平均腐蚀速率并不大，但常见的是局部性的孔蚀或溃疡状的腐蚀，这对金属结构是最危险的腐蚀形态，在凝汽器中因碳钢管板与铜管的直接胀接形成的电偶作用将加剧碳钢管板的局部腐蚀发展。
4 采取的化学保护措施
我厂#4 机组容量为200MW 凝汽式火力发电机组，凝汽器为单背压、双壳体、双流程、表面式凝汽器，所用铜管牌号为HSn-70-1B 型，铜管数量为13582 根，冷却面积为11440ｍ2，空冷区管束和管板材料为BFe30-1-1，为了保障和增强管板及铜管管束端部及胀口处的保护，在#4 机组凝汽器中设计了在水室内涂装耐蚀防冲刷涂层。使用防腐涂层，有力地防止了管板的腐蚀，防腐涂层对铜管端部也形成保护，对防止铜管的脱锌腐蚀、应力腐蚀、冲刷腐蚀等均有一定效果。
我们在凝汽器管板表面涂装耐蚀防冲刷涂层同时还应采取一些其他措施：
4.1 循环冷却水加药处理
通常，提高凝汽器耐腐蚀能力有两种直接有效的途径：(1)更换凝汽器管材，选用耐蚀能力强的材料，(2)加强管理维护，改善循环冷却水水质，为凝汽器设备创造较为温和的环境。循环冷却水的杀菌处理、阻垢处理、加缓蚀剂处理等维护工作。
4.2 保持铜管清洁
铜管内壁各类污物的沉积而产生的沉积物下腐蚀是凝汽器腐蚀泄漏的主要原因，因此保持铜管内表面的清洁至关重要。要保证胶球清洗的效果，对收球率低的胶球清洗装置及时进行检查、检修和改进，提高胶球收球率，并定期对铜管进行高压水冲洗，使少数胶球未能清洗到及管口被杂物堵塞的铜管得以彻底清洗，上述现象即得以缓解。
5 采取保护后的效果
4#机组凝汽器化学保护系统于2005 年4 月20 日投入运行。
5.1 管板及铜管端部的腐蚀被抑制
在该系统投运后的停机检查中可以看到原先管板上，尤其是铜管区存在的较严重的局部腐蚀的发展被抑制，原先的蚀坑中及管板上已无明显的黄褐色的腐蚀产物堆积。铜管端部内壁无点蚀等腐蚀发展，表面无碱式碳酸铜等腐蚀产物痕迹。
5.2 降低了铜合金的平均腐蚀速率
通过安装的监测试片的表面状况和重量的检查也可以有说服力的说明化学保护系统投运后防止凝汽器腐蚀的效果。
在#3 凝汽器中330 天但未受到保护的黄铜试片的表面状况可以看到，试片表面有黄褐色的碱式碳酸铜等腐蚀产物附着，表明在未受到化学保护时，铜合金材料在机组冷却水中存在明显的腐蚀。由试片的失重量可测出平均腐蚀速率达到0.022mm/ａ。在#4 凝汽器中330天但受到了保护的黄铜试片的表面状况。可以看出，黄铜试片表面光洁，基本无腐蚀产物的沉积。表面有一层牢固的红黑色氧化亚铜和氧化铜层。由试片失重量测得，在受到保护的作用下，黄铜材料的平均腐蚀速率降到了0.015mm/ａ。
4#机组凝汽器在化学保护工况下对黄铜平均腐蚀速率的减少达到43%以上。
5.3 抑制了碳钢的局部腐蚀倾向，降低了碳钢的平均腐蚀速率
在凝汽器中330 天未受化学保护的碳钢试片的表面状况可看出，碳钢试片的表面腐蚀严重，呈明显的局部腐蚀———溃疡性坑蚀形态，蚀坑表面有黄褐色水合氧化铁类的铁锈堆积。
将表面附着的腐蚀产物除去后，可见其下有较深的蚀坑，并已大于1mm。此外。还可见试片边缘已腐蚀缺损。由试片的失重量可算出在该工况下，碳钢的平均腐蚀速率达0.057mm/a。
受到化学保护的碳钢试片的表面状况：试片表面无溃疡状局部腐蚀，附着一层疏松的黄褐色沉积物。除去表面附着物后，试片表面平整无坑。此外，试片边缘无缺损。从测定知碳钢的平均腐蚀速率减小到0.0144mm/ａ。4#机组凝汽器在化学保护状态工况下，对碳钢平均腐蚀速率的减少达到74.8%。
从对4#机组凝汽器管板的腐蚀检查和试片表面状况的评价说明化学保护对防止管板腐蚀已取得明显的效果。因此，4#机组凝汽器采用化学保护技术防蚀是很有效的，化学保护系统的控制也是适宜的。
在4#机组凝汽器实施了化学保护防蚀措施不长的时间里，就已抑制了管板胀口附近及铜管端部的点蚀、脱锌和电偶腐蚀，这将推迟铜管发生泄漏，延长机组因凝汽器铜管堵漏而损失的发电量和增加的劳务量，同时也因凝汽器减少或不泄漏冷却水而改善或提高了凝结水品质，保证了给水品质，使锅炉结垢率降低，提高蒸汽品质，从而改善了机组运行的安全经济性和可靠性，延长了大修周期，减少了临修次数。经过两年多的运行，保护效果显著，两次小修检查管板保护良好，铜管管口光滑，未发现明显腐蚀结垢现象，未发生凝汽器泄漏，凝结水合格率为100%。
6．准备采取的其它化学保护措施
6.1 硫酸亚铁镀膜
硫酸亚铁镀膜是一种传统的铜管保护方法，对硫酸亚铁镀膜工作从临时系统的设计安装、成膜前的预处理、成膜中工艺条件的控制、成膜质量的评价、成膜设备的维护管理、成膜药品的质量检验等影响成膜质量的各个环节实行全面工序管理，有效地提高成膜质量。
6.2 外加电流式阴极保护
阴极保护原理是基于金属腐蚀的电化学理论，由外部向被保护的金属结构提供直流阴极电流的方法使金属电位降低(阴极极化)，这样大大降低金属的腐蚀倾向和腐蚀速率，达到防止和减轻金属腐蚀的效果。外加电流式阴极保护可输出的电流大且可调，电位可自动控制，使用寿命可长达15～20 年。可在大型凝汽器上使用阴极保护系统。

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