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一、凝汽器的腐蚀类型及腐蚀原因
目前凝汽器的主要管材为铜合金,并且腐蚀受多种因素影响,腐蚀类型也各种各样,主要有以下几种。
1.选择性腐蚀。主要是铜基中锌的选择性腐蚀。因为凝汽器的铜管多是由铜锌合金组成,因锌的电位较铜低,所以锌易成为腐蚀电池的阳极而使锌选择性地溶解下来,使铜管发生腐蚀。理论及实践证明,铜管的腐蚀过程与铜管表面保护膜的性能关系很大,如果黄铜管投运前后的维护工作不好,没有形成初期致密保护膜则较易发生脱锌腐蚀。若镀膜装置没有同期安装完善,凝汽器铜管没有进行FeSO4的初期镀膜和日常补膜,也是导致局部脱锌腐蚀的重要原因。
2.铜管的点蚀。这种腐蚀易发生在铜管表面保护膜的破裂处。由于冷却水中含C1-与铜氧化产生的Cu+生成不稳定的Cucl,可水解成稳定的Cu2O,并使溶液局部酸化热力设备腐蚀。另外如果水质不稳定,又没有进行综合处理,必然引起凝汽器铜管结垢,若不按期清洗,表面沉积物不均匀促进了腐蚀,而腐蚀又进一步导致沉积物增加,最终导致点状腐蚀穿孔。
3.铜管的冲刷腐蚀。这种腐蚀形式既可发生在水侧,也可发生在汽侧,但以前者为主。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,入口端铜管前段管内壁粗糙,虽无明显腐蚀坑,但表面粗糙,黄铜基体裸露,铜管减薄。冲刷腐蚀的阳极过程是铜的溶解,阴极过程是O2的还原。腐蚀坑内无腐蚀产物,表面呈铜合金的本色。流速过高,会妨碍形成稳定的保护膜,也是产生冲刷腐蚀的原因,一般流速不大于2m/s
4.NH3蚀。给水中过量的NH3随蒸汽进入凝汽器,并在凝汽器内局部富集,若同时有O2存在,便会在这一区域的铜管汽侧产生NH3蚀,其特点是管壁均匀减薄,当水中氨含量达300mg/L时易发生NH3蚀。隔板孔处凝结水过冷,溶解的氨浓度提高也会引起铜管在该处产生环带状氨蚀。
5.电偶腐蚀。当两种不同的金属材料在腐蚀介质中直接接触时,有可能发生电偶腐蚀。在凝汽器中,凝汽器管材料与管板材料不同,用淡水作冷却水的凝汽器,管材通常用黄铜或白铜。由于管材与管板材料在冷却水中的电位不同,二者之间就存在发生电偶腐蚀的可能。凝汽器铜管的电位比管板的电位高,故管板的腐蚀会加速。若用淡水作冷却水,凝汽器用黄铜管与碳钢管板配合时,碳钢管板腐蚀加剧,但由于碳钢管板厚度较大,一般为25~40mm,故在清洁淡水中,电偶腐蚀对使用安全性影响不大,但在含盐浓度较高的环境水中电偶腐蚀较易发生。
6.应力腐蚀破裂。当凝汽器铜管安装固定不当时,运行中会产生振动和交变应力使铜管表面的保护膜破坏而发生腐蚀,最终产生横向裂纹使铜管破裂。这主要是在交变应力作用下铜管内部的晶粒发生相对位移,在腐蚀介质下产生阳极溶解而形成的,大多在铜管中部发生。
7.腐蚀疲劳。凝汽器铜管在运行中频繁启停、机组负荷变化幅度较大时,受汽轮机高速排汽的冲击,管束发生振动,铜管受交变应力的作用,易使铜管表面膜破裂,产生局部腐蚀,形成点蚀坑,使材料疲劳极限降低,且由于应力集中在蚀点处,点蚀坑底部易产生裂纹,在水中N
8.微生物腐蚀。微生物会改变凝汽器管壁局部区域的介质环境,从而造成局部腐蚀。由于微生物的生物活动,会促进金属在冷却水中的电化学腐蚀过程。微生物腐蚀一般发生在凝汽器进水侧的碳钢管板上,冷却水中常含有一种靠Fe2+和O2生存繁殖的细菌,称为铁细菌。它靠Fe2+→Fe3+释放的能量维持生命活动,生成的Fe3+在细菌表面生成Fe(OH)3↓形成棕色黏泥。在黏泥底部形成缺氧条件,为厌氧的硫酸盐还原菌提供了合适的生存环境。铁细菌和硫酸盐还原菌的联合作用又促进了金属腐蚀。
9.沉积物下腐蚀。由于操作温度偏高、缓蚀阻垢剂与水质和操作温度不匹配、加药量不足或浓度波动过大而结垢。这些污垢会造成凝汽器管壁局部区域的介质环境发生改变,垢层形成后,Cl-易穿透垢层,造成基体金属的腐蚀,腐蚀生成的金属离子水解造成介质H+浓度升高,藻类和微生物的活动亦造成介质的酸度升高。由于垢层阻碍了管内壁金属表面介质与环境介质的相互扩散,使垢层下的介质pH值下降,破坏了金属表面的钝化膜,使金属基体进一步发生腐蚀。
10.凝汽器铜管管壁温度的影响。温度对黄铜腐蚀的发展有很大影响,铜管壁温越高,腐蚀越快。
二、凝汽器铜管的防护针对以上凝汽器铜管腐蚀的原因,为延长凝汽器铜管的使用寿命,可采取以下措施。
1.凝汽器换热管应合理选材。针对不同的冷却水成分应选择不同的材料:为防止脱锌腐蚀,应在黄铜合金中添加0.02%~0.03%的砷;采用含硼管材,利用硼在管材表面的富集,填补脱锌后的空穴,堵塞锌原子透过膜的通道,使铜管加硼后表面具有较大的阻力,可以抑制脱锌腐蚀;向铜管中添加1%~2%的锡,或是添加2%的铝可提高其耐蚀性,抑制脱锌倾向;也叮添加镍元素制成白铜,白铜化学稳定性优于黄铜,并无选择性腐蚀倾向,在相同的操作工况下,受腐蚀程度显著低于黄铜所以,建议在较苛刻和水质不稳定的使用环境下,尽可能使用白铜。
2.凝汽器铜管发生垢下腐蚀是火力发电。常见的腐蚀形式,控制循环水质是防止结垢的主要方法。针对冷却水混浊、含有泥沙和悬浮物的情况,要加装合适的过滤网,定期清理,防止泥砂和石子等杂物进入凝汽器,防止管路堵塞和沉积污垢引起的腐蚀,同时水的pH值要控制在8~9之间为宜。
3.利用机组维修期间将水塔水排净,对水塔的配水沟道和池底进行清扫,使循环水系统内无碎石、淤泥等杂物;凝汽器胶球清洗系统每天投入1h,可有效地防止凝汽器铜管内壁被淤泥附着;加强设备维护,保证循环水系统滤网完好,防止异物进入凝汽器划伤、堵塞铜管;运行中应做好防垢工作,保持胶球清洗装置的止常投用、做好铜管的清洗保洁、消除冷却水滞流不动的死区、加杀生剂等对防止沉积物下腐蚀都是有效的方法,必要时应进行化学清洗。
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