凝汽器铜管硫酸亚铁镀膜系统设置及运行工艺

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凝汽器铜管硫酸亚铁镀膜系统设置及运行工艺
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凝汽器铜管硫酸亚铁镀膜系统设置及运行工艺

凝汽器铜管硫酸亚铁镀膜系统设置及运行工艺

[align=center]

[/align] 合肥发电厂吴功庭刘芹

摘要

近年来，电厂化学监督界围绕凝汽器防腐开展了大量工作。其中凝汽器铜管硫酸亚铁镀膜理论已基本成熟，但由于种种原因应用到实践中有很大困难。我厂通过一种设置新颖的一次性镀膜系统，实施一次性镀膜和运行中补膜运行工艺，取得了良好的镀膜效果。

关键词

凝汽器
铜管
硫酸亚铁
一次性镀膜
运行中补膜

Abstract

In recent years, much work has been done around the antisepsis of the condenser in the chemical superintendence of power plant . The film theory plated by FeSO4 is manual basieally, but the application faces many difficulties because of all kind, of reason

，

In our plant, we set up a new one-off plating film system, which gets a good effect through one-off plating film mending in operation .

Keyword

condenser
copper pipe
FeSO4

one-off plating film
mending
film in operation

一、概述

随着电力事业的发展，高参数、大容量的汽轮发电机组越来越多，机组对水汽品质的要求随之越来越高。然而，目前超高压及以上汽轮发电机组因冷却水质恶化、凝汽器铜管产品质量和安装质量不高等诸多因素引起的凝汽器泄漏问题却日益严重。而凝汽器泄漏是降低机组水汽品质的主要原因之一，轻者能够影响机组的水汽合格率，重者可能引发锅炉爆管乃至造成巨大的经济损失。为此，很多电厂不得不投巨资更换未到服役期限的凝汽器铜管。

我厂情况也是如此，#4机组（1994年6月投产）投产不到半年，凝汽器铜管就发生了严重的腐蚀泄漏，1996年4月我厂在#4机组扩大性小修中不得不更换了腐蚀严重的凝汽器乙侧6038根铜管。

96年5～6月在#3机组大修中更换了全部12076根铜管。

在这两次更换铜管的过程中，我厂除进行了全过程严格的质量监督（包括金相测试、氨熏试验等）以外，还认真地制定了系统设置新颖、符合镀膜条件的一次性镀膜方案并予以实施。

一次性镀膜方案实施后，通过对监视管的检查，我们认为镀膜效果良好。

为保持凝汽器铜管的镀膜效果，我们又制定了运行中补膜方案并实施。

通过3年多运行，我们在1999年5月份#4机组大修时对#4机凝汽器进行了彻底认真的检查，认为铜管表面所形成的膜确实达到了目标并起到了防腐作用。

二、凝汽器铜管硫酸亚铁镀膜防腐理论

1、

铜的自然保护膜

铜的自然保护膜由Cu2O和CuO-CuO二层组成，前者在铜管表面渗向管壁，后者则是在其外层形成的，随所处条件不同，二者厚度也各不相同。外层一般为单晶构成，在氧化膜上由于有微细孔隙及良好的导电性，离子就可能在介质中扩散到膜上起阴极去极化作用，从而使铜管表面构成一些密集的微电池而引起腐蚀。

2、亚铁异体膜的形成

在循环水中加硫酸亚铁或因某种原因使水中含Fe2+，因以下化学反应就会在铜管的自然保护膜Cu2O上形成一层异体膜，这是一层由Υ-FeOOH构成的保护膜：

4 Fe2++O2+8HCO3-→4FeOOH+8CO2+2H2O

生成的FeOOH膜又可吸收水中Fe2+并放出等量的H+：

FeOOH+Fe2+→FeO(OFe)++H+

被吸收的Fe2+则可由溶解氧氧化并水解又生成新的Υ-FeOOH：

FeO(OFe)++1/4O2+3/2H2O→2FeOOH+H+

这一过程是接触氧化和接触催化的综合结果,是一种自催化氧化结果。

3、异体膜的保护作用

铜的自然保护膜与异体膜均是氧化膜，二层氧化膜彼此吸附在一起，有的二层膜之间还有一层很薄的中间膜，将二层膜紧紧联接在一起。表面上这层均匀的异体膜通常呈褐色，厚度约75微米，当用胶球按期清洗时，可使异体膜变得十分致密均匀，表面光亮，厚度可降至几微米，这层均匀致密的异体膜，具有较大的离子和电子阻力，从而使铜管受到保护以达到防腐目的。

4、一次性镀膜工艺

新铜管在投运前可以使用FeSO4一次性镀膜方法镀膜且由于其表面有Cu2O膜易形成亚铁异体膜。

新建的大型机组在投动之前可以使用FeSO4循环一次成膜。在成膜前应对铜管内壁进行碱性处理。用PH＝10的NaOH溶液通过铜管以除去污垢及油腻，利于铜表面吸收Fe2+ ，由铜的pourbaix图可知，当PH＝10，氧化还原电位在0.0056处，铜表面生成Cu2O膜，循环2小时后用水冲净后即可进行涂膜。硫酸亚铁成膜可在常温下进行，并使循环液中有充足的O2，控制PH在5～6.5，氧化还原电位为0.8～0.7伏（在铜的钝化区内涂膜），通常以Na2CO3调节PH，Fe2+ 的余量控制在50～20p.p.m，流速约0.03～0.01m/sec左右，有缓慢流动即可。成膜循环100小时中，检查铜管内壁生成褐色氧化膜为效果良好，以后机组投运后应投入胶球清洗并每天加半小时硫酸亚铁护膜Fe2+，浓度为0.25p.p.m即可。

2．运行中成膜

当循环水水质为软的淡化水并且无污染时，对凝器铜管可采用运行中成膜的方法，新铜管投入运行一个月，使铜管表面生成Cu2O自然膜，在凝器的循环水进口加硫酸亚铁，加药点距凝器不超过60 m，使循环水中FeSO4含量为1 p.p.m，连续加100小时，此为成膜阶段，然后转入保养阶段，此后每24小时向冷却水中加FeSO4 1小时，浓度1 p.p.m，此为保养阶段，六个月后改为每24小时在循环水中加FeSO4 15～30分钟，浓度为0.5～0.25 p.p.m，此为护膜维持量，常年加入循环水使铜管保护膜完好，成膜时配以胶球清洗效果更佳，100小时成膜过程中，每天胶球清洗铜管一次，每根铜管通球4～5个，100小时以后的保养阶段和以后的常年维持量扩膜阶段，仍按正常情况进行凝器的胶球清洗,大小修时，抽铜管样检查，内壁生成深褐色膜为效果良好。

三、参数选定与系统设置

1、

参数选定

小型试验由于条件的限制只能用静态浸泡的方法。试验中镀膜选用的参数为PH值5.0，5.5，6.0，6.5，7.0；Fe2+浓度50，100，200μmol/l。采用1%Na2CO3和PH值10.6两种溶液对新铜管进行碱洗后，经以上各参数(两两交叉)的溶液静态浸泡96小时后，确定了镀膜的最佳条件为碱洗PH=10～11、镀膜PH=5.0～5.5、 Fe2+=5.0～100PPM(小试结果见表1)。

[align=center]Fe2+\PH [/align]	[align=center]5.0 [/align]	[align=center]5.5 [/align]	[align=center]6.0 [/align]	[align=center]6.5 [/align]	[align=center]7.0 [/align]
[align=center]50 [/align]	[align=center]较好 [/align]	[align=center]好 [/align]	[align=center]一般 [/align]	[align=center]一般 [/align]	[align=center]较差 [/align]
[align=center]100 [/align]	[align=center]好 [/align]	[align=center]很好 [/align]	[align=center]一般 [/align]	[align=center]较差 [/align]	[align=center]较差 [/align]
[align=center]200 [/align]	[align=center]一般 [/align]	[align=center]一般 [/align]	[align=center]一般 [/align]	[align=center]较差 [/align]	[align=center]差 [/align]

[align=center]表一、 FeSO4镀膜小型试验结果(表内为镀膜效果评价)

[/align]2、

系统设置

虽然硫酸亚铁一次性镀膜的理论已成熟多年，但由于镀膜条件（包括镀膜铜管内的流速、镀膜时Fe2+、PH调节)的限制造成了系统设置的困难，并因此而成为各电厂凝汽铜管镀膜的一大难题。因而许多电厂便因此而放弃了一次性镀膜仅选择运行中镀膜，效果当然不是很理想。

我厂经过现场考察与论证，提出了一种新颖的系统设置方法，即利用机组大修中闲置的射水泵、射水箱并铺设临时管道而构成一次性镀膜系统。因#4机组扩大性小修中只更换乙侧铜管，为了不增加甲铡铜管(大部分已有腐蚀现象)的负担，只对新换的乙侧铜管进行了一次性镀膜(单边解列方式)，而#3机组则对全部铜管进行了一次性镀膜，因#3机凝汽器甲乙两侧正好有连通阀(我厂#4机组没有)使系统更为简单。

运行中补膜FeSO4加药系统设置起来比较方便，主要是要求加药点离凝汽器不超过60m。

四、运行工艺

1、碱洗

碱洗步骤在镀膜系统试运行之后进行。试运行中先开启工业水泵向射水箱补水，待回水管回水后，关闭工业水补水阀，用消防水龙控制水位于射水箱三分之一处，停运工业水泵。系统正常后，开射水泵，开启甲、乙射水泵进水阀至全开，用回水阀控制压力，用声波流量计测量流量并控制在设计流量范围内，调节监视管流量与实际流量基本相等。

系统试运行正常后，缓慢投加固体NaOH，分析进、出水PH并控制在10～11之间。循环2小时后，打开凝器底排水阀、空气阀，开启排污泵，射水箱低水位时停运射水泵。待凝器底排不出水后关闭，打开凝器进、出水旁路阀及射水箱排污阀，直至排除余水后关闭。此后打开射水箱排污阀，工业水补水箱，开启工业水泵，冲洗系统，直至凝器出水酚酞不显红色，关闭射水箱排污阀，开启凝汽空气阀，开启射水泵进水阀至全开，开启射水泵，控制流量为试运行流量，循环，直至运行正常。

2、FeSO4一次性镀膜

运行正常后,投加FeSO4.7H2O,跟综分析Fe2+、PH,边补工业水，边排污,控制Fe2+,PH在一定的范围内。做好跟踪化学分析,以分析指标指导FeSO4.7H2O投加量，工业水补水阀及空气阀开启度，排污泵在此阶段一直运行。

维持参数循环96小时以上,控制射水箱水位于三分之一至二分之一之间。循环完成后排放系统内废液，并多次冲洗系统，直至凝器出水基本呈中性，放空系统内溶液。

3、运行中FeSO4补膜

机组大小修完成、点火成功并网发电后，组织人员实施运行中补膜，维持循环水中Fe2+在1

—

10ppm，每天运行补膜系统一至三小时，每天早班投胶球清洗，如此补膜六个月以上停止补膜工作。

五．

镀膜效果评价与经验总结

1、

一次性镀膜运行完成后，取监视管检查，管内壁形成一层深棕色膜。运行3年来，我厂#3机组凝水硬度一直为零，#4机组虽然只换了凝汽器乙侧铜管但凝水硬度合格率为100%，说明镀膜后凝汽器基本无泄露。1999年5月份#4机组大修中，经检查铜管内壁深棕色膜均匀致密。综上所述，镀膜效果良好。

2、

镀膜方案首先要把好FeSO4.7H2O质量关，我厂#4机组镀膜初期由于药品（部分变黄）高价铁含量高，而使系统中沉淀物多影响了镀膜效果，紧接着更换了纯度高的新鲜FeSO4.7H2O（蓝绿色），才避免发生镀膜失败。

3、

由于要控制Fe2+浓度在50～100ppm范围内,PH值的控制变得很困难,从图3、图4可以看出我们也未能很好地解决这一问题。在实际运行中若只靠加强碱NaOH或弱碱Na2CO3来提高OH-浓度，会因局部OH-浓度过高产生Fe(OH)2沉淀而降低Fe2+浓度；仅靠补入PH=7～8的工业水又难以控制PH值在5.0 到6.5 之间。根据FeSO4→Fe2++2OH- 和Na2CO3 的二级水解即Na2CO3→2Na++HCO3-+OH- 、HCO3-→CO32-+OH-，用理论计算认为补入PH=9.2～9.6的Na2CO3溶液可以有效控制PH值，但如此一来需增设Na2CO3溶液箱且体积较大,有一定困难。因此,这一问题仍有待探讨。

4、

在一次性镀膜时不断补入工业水，有两个目的，一则调节PH值，二则携入新鲜的O2，有利于镀膜反应的进行。

5、

一次性镀膜后接着进行运行中补膜，铜管镀膜的效果显然要比单纯的一次性镀膜或运行中镀膜更好，且实施起来不是很困难。

六、参考文献

武汉水利电力大学
龚洵洁
主编
《热力设备的腐蚀与防护》
中国电力出版社
1996年

本文刊于《安徽电力职工大学学报》2000年第3卷

大将军王与你同行869024055

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