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请教关于汽轮机叶片的氯离子腐蚀
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2009/10/24 21:06:27

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dajiangjunwang

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汽轮机动叶片氯腐蚀的分析与对策
汽轮机动叶片因腐蚀而引起的断裂事故时有发生，严重威胁汽轮发电机组的安全经济运行。动叶片的腐蚀是导致汽轮机停机的主要原因之一，而且氯腐蚀又是动叶片腐蚀的重要原因。近年来，许多研究者通过大量的实验指出，在碱性范围内，氯离子对金属叶片的腐蚀裂纹没有特殊的影响。因为在碱性范围内，氯离子的水解受到抑制，形成的盐酸被中和。这一结论与汽轮机低压缸动叶片遭受损坏的统计资料一致。

某发电厂N300-16.7/537/537型汽轮机是引进改进型亚临界中间再热两缸两排汽凝汽式汽轮机，末级动叶片长度851 mm，金属材料为1Cr12。低压反向末级1～11号叶片（1Cr12）因腐蚀而断裂，事故发生后对断叶片以及腐蚀坑口进行了各种分析，结果表明低压缸动叶片损坏的条件是酸性反应，是因为沉积物中的氯化物含量偏高所引起的。本文就此探讨动叶片氯腐蚀的特点与机理，提出预防氯腐蚀的对策。

1氯离子的腐蚀特点与机理

为了保证机组的安全经济运行，采取相应的措施防止氯腐蚀的产生，首先应该了解氯腐蚀的特点与机理。

1.1氯腐蚀的特点

1.1.1典型的斑点腐蚀

在大修期间，发现汽轮机通流部分的所有动、静叶片及围带等部位均有不同程度的腐蚀斑点。对损伤较严重的腐蚀坑放在体视显微镜下观察，点蚀坑分布不均，深度不一，并具有外小内大、洞中洞的深挖特征，见图1和图2。

　

高压釜的实验也表明：氯离子Cl－浓度较高时，蚀点像针孔，小而密，膜很粗糙，不均匀。说明机组各零部件上的腐蚀斑点是由氯离子的腐蚀所引起的［1］。

1.1.2腐蚀坑口氯元素富集

对点蚀坑进行能谱分析（EMD），结果表明：在腐蚀坑口氯离子的含量高达3.76%，远高于叶片未明显腐蚀区域的0.18%，也高于具有硬伤特征的叶片缺口处的1.08%。

其原因主要是由于蚀坑较小，坑底充当腐蚀电池的阳极（小面积），而坑口周围为阴极（大面积），在坑内铁、铬不断失去电子，电子经金属基体向阴极迁移发生还原反应。在电场作用下，铁、铬离子向坑外运动，OH－，Cl－等负离子从溶液中向坑内运动，在坑口相遇发生二次腐蚀反应：

　

加速了腐蚀反应的进行，所以在坑口腐蚀产物多，氯离子含量高。

1.1.3氧化膜疏松

从叶片的外观检查可知，叶片内外背弧面分布有较多的棕褐色锈垢或铁锈样褐色盐垢，并且大量的实验和实践证明，这些盐垢可分为三层，内层较薄，富含氯元素，主要是由金属的氯化物和金属氧化物形成的共晶盐组成；中间层主要由金属氧化物组成，对于铁基合金，主要是由α-Fe2O3和Fe3O4组成；最外一层是较为致密的氧化物并夹杂少量的氯化物。这些腐蚀物使得金属氧化膜疏松多孔，附着性差，极易剥落。

1.2氯腐蚀的机理

表面涂盐膜的腐蚀实验证明：在氧化膜或金属界面上，富氯物质的表面形态各不相同。对于纯铬或纯镍，富氯膜的表面很象干裂的大地；对于铬-铁合金，在氧化膜（或金属界面）上有瘤状物的出现，并且有氯化物向金属基体渗透的现象［2］。

对断裂叶片（1Cr12）可从电镜下观察到在点蚀区域的表层金属发生化学状态、表面完整状态的突变，金属表面状态被侵蚀，突变为龟裂状尖锐裂口（如图3所示），就像干裂的大地。同时观察到在氯化腐蚀中产生的氧化膜非但不致密，反而疏松多孔，附着性差，极易剥落，从而使氧化膜的厚度减小，腐蚀物质向金属表面的扩散阻力也随之降低，金属也就更容易被腐蚀。汽轮机动叶片的氯腐蚀，致使动叶片表面粗糙，并将在叶片表面沉积。当氯化物在动叶片表面沉积时，氯离子优先地、有选择地吸附在钝化膜上，与其中的铬结合成为可溶性氯化物，使金属发生局部活化，并且开裂的表层金属以逐块剥落的方式脱离叶片基材，形成点蚀坑，不断地向金属基体渗透，形成针孔状的斑点腐蚀。

　

2氯腐蚀引起的叶片断裂

2.1断裂叶片的材质分析

对断裂叶片的断口及其附近金属部分进行的化学成分分析、硬度和冲击韧性试验的结果如表1、表2。

结果表明，断裂叶片的材质正常，说明动叶片的断裂并不是叶片的材质失效所引起的。

2.2氯腐蚀引起的叶片断裂过程

汽轮机动叶片的氯腐蚀，致使动叶片表面粗糙，而且氯化物将在叶片表面沉积。当机组启动时，这些沉积会变湿，而在运行时，由于相变区的迁移，这些沉积也会变湿。这些沉积物的最重要特征是吸水力强，且吸入的水分依靠吸附力有效地持留在沉积物中，使得在有沉积的叶片根部和没有沉积的叶片中部之间的交界处，即叶片最经常潮湿的区段产生裂纹。随着裂纹区域的逐步发展扩大，叶片的有效面积逐步减少，剩余截面应力逐步增大，当剩余逐步应力超过叶片的材质允许应力时，叶片断裂。

3对策值

3.1严格监视给水的pH

实验表明，腐蚀裂纹过程中，沉积物的危险程度的重要标志可能是萃取液中的pH值。当pH<6时，有酸致裂纹的危险；pH =7～10时，没有危险；pH >12时，有碱致裂纹的危险［2］。即在运行过程中，必须严格监视给水的pH值，保证动叶片可靠运行的pH值范围在7～10。

3.2对铬合金钢叶片进行表面强化

不同的金属氧化物在氯化盐中的溶解度不同。Cr2O3和Fe3O4在溶融氯化盐中的溶解度也不同。实验表明，Cr2O3的溶解度比Fe3O4的溶解度大，则氧化铬的析出量要比铁的氧化物的析出量多，所以高铬合金钢的腐蚀速度相对而言要大一些［2］。因此，对于使用1Cr12钢的低压叶片必须采取各种强化措施，如镶嵌司太立合金或采用淬火强化等措施。

3.3加强水处理，减少氯离子的浓度

随着Cl-浓度的增加，吸附在叶片表面的Cl-含量亦增加，从而增加了Cl-在表面参与腐蚀的机会。Cl-取代了部分的OH-，与铁形成络合物而溶解，抑制表面膜的形成，加速了铁离子扩散，加速了金属表面的点蚀。因此，必须加强水处理，减少氯离子的浓度。

4结论

a) 在金属表面生成致密的氧化膜，使腐蚀性物质无法向金属内部扩散是防止金属腐蚀的基本原理之一。故汽轮机动叶片必须经过高强度的热处理，且对易腐蚀的部位还宜采用局部强化防腐措施。

b) 汽轮机动叶片的氯腐蚀现象与给水的pH值、腐蚀性离子的浓度、水处理工况及表面状态等多种因素有关。因此，在实际运行中，加强水处理工作、降低氯化盐的浓度、严格监视锅炉给水的pH值是防止汽轮机动叶片氯腐蚀的重要手段。

参考文献

［1］邹群，楼台芳．高温炉水中氯离子对20号碳钢成膜的影响［J］．热力发电，2001（6）：54—56.

［2］吴峰．高温氯腐蚀的特点［J］．电站系统工程，2003，19（1）：13—15.

［3］佚名．汽轮机通流部分的沉积对动叶应力腐蚀裂纹的影响［J］．吴仕宏译．河北电力技术，1994（3）：72—74.

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