17 超高壓機組汽輪機葉片的腐蝕與防治.doc

全國火電100-200mw級機組技術(shù)協(xié)作會2008年年會論文集 汽輪機超高壓機組汽輪機中壓缸葉片的腐蝕與預防吳春安（武鋼自備電廠）摘 要：描述了超高壓汽輪發(fā)電機組中壓缸葉片的腐蝕特征，分析了葉片上產(chǎn)生積鹽和沉積物下腐蝕的化學和電化學原因，提出了有針對性的減緩腐蝕的有效措施。關(guān)鍵詞：汽輪機中壓缸 ；葉片； 腐蝕1概述汽輪機是火力發(fā)電廠的三大主機之一，它擔負著把熱能轉(zhuǎn)化為機械能的主要任務(wù)，它的運行情況直接影響著熱機的效率和機組的安全。隨著機組參數(shù)的提高，由于水汽品質(zhì)的不良而導致汽輪機葉片的腐蝕和積鹽越來越成為影響機組安全和效率的主要因素。武鋼自備電廠現(xiàn)有兩臺裝機容量為200mw的超高壓汽輪發(fā)電機組，該機由東方汽輪機廠制造，型號是n200-12.7/535/535-5型，為中間再熱、三缸兩排汽布置；鍋爐是由武漢鍋爐廠生產(chǎn)，型號是wgz670/13.7-8自然循環(huán)汽包爐。一號機組于1996年11月投入使用，1999年4月進行了第一次大修。大修期間的熱機腐蝕查定工作我們是委托青山熱電廠來進行的，當時中壓缸動、靜葉片上的積鹽微量、腐蝕基本無；2003年4月又對一號機組進行了擴大性小修，在對機組進行腐蝕情況檢查時，發(fā)現(xiàn)一號機中壓缸葉片出現(xiàn)了較為嚴重的腐蝕，兩次腐蝕檢查結(jié)果對比見表1。表1 兩次檢修時腐蝕查定中壓缸葉片腐蝕特征對比部位1999年5月2003年4月1-3級動、靜葉片鐵青色、無附著物鐵青色、無附著物4-6級動、靜葉片鐵青色、動葉片根部帶一點鐵銹色、無附著物有明顯的鐵銹色、其中第五級葉片有積鹽和沖刷坑點7-10級動、靜葉片鐵青色、無附著物、帶一點金屬光澤紅色的鐵銹、有明顯的腐蝕鼓包并連成片兩次檢修期間一號機組在化學水汽工況未發(fā)生變化的情況下，而中壓缸的動、靜葉片卻發(fā)生了較為嚴重的腐蝕，這種腐蝕如若任其發(fā)展，輕則會導致機組水汽品質(zhì)惡化、機組熱效率下降；重則導致汽輪機葉片斷裂而發(fā)生重大設(shè)備、人身事故。因此，我們有必要認真分析中壓缸動、靜葉片產(chǎn)生腐蝕的各種原因，并對照原因而采取有效的防腐蝕措施，以保證機組在安全的條件下經(jīng)濟運行。2中壓缸葉片腐蝕原因分析2.1中壓缸葉片腐蝕產(chǎn)物的特征及理化檢驗2003年4月，我們在檢查中壓缸時，中壓缸葉片從第六級至第十級的動靜葉片及隔板存在嚴重的腐蝕，腐蝕形態(tài)為非均勻腐蝕，腐蝕產(chǎn)物呈褐紅色的鼓泡狀，結(jié)構(gòu)疏松、易被刮除，腐蝕產(chǎn)物被刮除后，在金屬基體上留下大小不一的腐蝕坑點，坑深最大達2mm。對葉片腐蝕形態(tài)和刮除腐蝕產(chǎn)物后的形態(tài)進行數(shù)碼拍照的圖片如下：圖1中壓缸末級葉片腐蝕狀況圖片。 圖2沖洗干凈后中壓缸末級葉片狀況圖片 對動、靜葉片上的腐蝕產(chǎn)物取樣用能譜儀進行半定量分析，分析結(jié)果見表2、表3。表2 中壓缸第九級動葉片上的腐蝕產(chǎn)物樣：元素元素組份（%）原子組份（%）化合物化合物組份（%）mg0.300.41mgo0.49al0.200.24al2o30.37si1.682.00sio23.58p0.480.52p2o51.11s0.300.32so30.75k0.230.20k2o0.28ca1.651.38cao2.31cr8.245.31cr2o312.05fe57.6134.53feo74.11cu2.361.24cuo2.95zn1.600.82zno1.99o25.3553.04total100.00100.00100.00表3 中壓缸第九級靜葉片（上）的腐蝕產(chǎn)物樣：元素元素組份（%）原子組份（%）化合物化合物組份（%）mg0.250.35mgo0.42al0.480.60al2o30.91si1.651.97sio23.53p0.340.37p2o50.77s0.170.18so30.43k0.160.14k2o0.19ca1.100.92cao1.54cr7.144.61cr2o310.43fe61.4537.00feo79.05cu1.230.65cuo1.54zn0.950.49zno1.19o25.0852.71total100.00100.00100.00(表2、表3中的數(shù)據(jù)是自備電廠委托武鋼技術(shù)中心用能譜儀對腐蝕產(chǎn)物掃描定性、定量測定的)2007年4月，1#機組大修時對機組葉片進行檢查，腐蝕依然嚴重，在清洗干凈后，發(fā)現(xiàn)腐蝕物下面有穿孔，葉片的穿孔直接導致機組限負荷運行。2.2中壓缸葉片上沉積物產(chǎn)生的原因汽輪發(fā)電機組運行時，帶有各種雜質(zhì)的過熱蒸汽進入汽輪機后，由于溫度和壓力的降低，鈉化合物和硅酸鹽在蒸汽中的溶解度隨壓力的下降而減小，當其中某種物質(zhì)的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量時，該物質(zhì)就會以固態(tài)形式析出，并沉積在汽輪機的通流部分。此外，蒸汽中的微小的氫氧化鈉濃縮液滴以及一些固態(tài)微粒也可能粒附在汽輪機的蒸汽通流部分。因此，沉積物主要產(chǎn)生于機組運行中。蒸汽雜質(zhì)的主要來源于汽包內(nèi)水汽分離時，飽和蒸汽的溶解攜帶和飽和蒸汽的機械攜帶，還有由于過熱蒸汽、再熱蒸汽超溫時，用混合減溫水對蒸汽減溫時會帶入雜質(zhì)等等。蒸汽的溶解攜帶是蒸汽本身所具有的特點，它與爐水的品質(zhì)有直接的關(guān)系，爐水中的雜質(zhì)含量低，則溶解攜帶的雜質(zhì)量少；反之則高。蒸汽的機械攜帶則與鍋爐的運行工況有關(guān)，鍋爐負荷波動大，則汽包中的水位波動劇烈，液滴飛濺，會加大蒸汽的機械攜帶；另外如果爐水中含有有機物，則易在汽包爐水的水位界面上形成泡沫，泡沫破滅、產(chǎn)生液滴飛濺，也會增大蒸汽的液滴攜帶；還有蒸汽超溫越嚴重，噴水混合減溫的水量也越大，由減溫水帶入的雜質(zhì)量也相應(yīng)增大。2.3沉積物下腐蝕的原因分析汽輪機葉片的材質(zhì)牌號是2cr13(美國標準：420)系馬氏體合金鋼，從表1、表2知，腐蝕產(chǎn)物中的鐵的氧化物占70%以上，鉻的氧化物占第二位，除有一部分產(chǎn)物是由于蒸汽攜帶的微小沉積顆粒外，大部分是由于金屬基體的腐蝕而來的腐蝕產(chǎn)物。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是因為金屬發(fā)生了沉積物下腐蝕。這種腐蝕主要發(fā)生于機組啟停時和停備用的過程中。我們知道金屬的腐蝕有化學腐蝕和電化學腐蝕，發(fā)生電化學腐蝕時必須具備三個條件：一是失去電子的陽極，二是得到電子的陰極，再就是有能導電的電解質(zhì)存在。機組在啟停過程中或機組停備用時，由于機組的熱力系統(tǒng)內(nèi)有疏水積存在死角或有疏水未及時排凈，致使機組內(nèi)濕度增大，在機組的金屬表面形成一層水膜。原來在運行中積存在金屬表面的沉積物主要是鹽類物質(zhì)，在水膜發(fā)生作用下形成導電的電解質(zhì)，另外機組在停備用時由于熱力系統(tǒng)的密封面結(jié)合不嚴還會有空氣漏入系統(tǒng)中，空氣中的氧氣會加速金屬的腐蝕，在葉片的表面會發(fā)生下列電化學反應(yīng)：陽極反應(yīng)：fefe2+2e （1） crcr2+2e （2）陰極反應(yīng)：2h2o+o2+4e4oh- （3）電化學反應(yīng)的產(chǎn)物之間還會發(fā)生化學反應(yīng)：fe2+oh-+o2fe2o3+h2o （4）3防止中壓缸葉片產(chǎn)生腐蝕的措施由以上對腐蝕的原因分析知，要防止葉片腐蝕，機組在運行中要防止葉片上積鹽和產(chǎn)生沉積物；機組在啟停過程中或停備用時就要防止金屬表面產(chǎn)生水膜、防止氧氣進入熱力系統(tǒng)。3.1加強化學監(jiān)督，保證鍋爐補給水、爐水和蒸汽品質(zhì)鍋爐的補給水來自于化學除鹽水，我廠對補給水處理的系統(tǒng)是一級復床除鹽加混床，水質(zhì)可達到國家標準gb/12145-1999火力發(fā)電機級及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量對鍋爐補給水水質(zhì)的要求。對鍋爐爐水的處理是給水采用聯(lián)氨和氨處理，其中聯(lián)氨用于化學除氧、氨用于調(diào)節(jié)給水ph值，以防止爐前給水系統(tǒng)發(fā)生酸性腐蝕。爐水則是采用磷酸鹽處理，由于單獨采用磷酸鹽處理時易發(fā)生磷酸鹽“隱藏”現(xiàn)象，導致爐水水質(zhì)失調(diào)，我們已在采用協(xié)調(diào)磷酸鹽處理，同時加強對爐水水質(zhì)監(jiān)督，根據(jù)爐水水質(zhì)進行定排和調(diào)整鍋爐連排開度，從而保證了爐水水質(zhì)。在保證爐水水質(zhì)的條件下才能保證蒸汽含雜質(zhì)量少。3.2穩(wěn)定運行負荷，防止過熱器、再熱器超溫由于武鋼自備電廠是屬于調(diào)峰電廠，負荷是按電網(wǎng)的要求來波動的，常常是白天高、晚上低，由于負荷的波動尤其是負荷的突然波動會引起汽包水位的大幅波動、導致液滴飛濺，增加了蒸汽的機械攜帶含鹽量的機會。由于我廠的鍋爐還摻燒高爐煤氣，它極易導致對流傳熱的過熱汽、再熱汽超溫，對超溫的蒸汽通常是采用噴水與蒸汽混合的減溫方式來調(diào)節(jié)器節(jié)蒸汽溫度，這樣又對減溫水水質(zhì)提出了更高的要求。3.3改進疏水裝置并及時疏水機組在啟動和停機的過程中，由于蒸汽的凝結(jié)而產(chǎn)生了疏水，這部分疏水必須及時疏掉，否則它會增加機組內(nèi)的濕度，加大金屬腐蝕的機會。在本次機組檢修揭開中壓缸時，發(fā)現(xiàn)第五抽汽管內(nèi)有積水。一方面我們在疏水管上加裝了疏水管，另一方面要求運行人員在機組運行時及時疏水、在機組停運時要確保把疏水疏完。3.4消除凝汽器漏泄，搞好循環(huán)冷卻水處理凝汽器是機組的重要輔機，一旦它發(fā)生泄漏，工業(yè)水就會進入到凝結(jié)水系統(tǒng)，而凝結(jié)水是給水的重要組成部分，這樣勢必會造成水汽系統(tǒng)的嚴重污染。我廠的機組的輔機是按國產(chǎn)200mw火力發(fā)電機組的典型，故沒有凝結(jié)水精處理裝置。只有采取措施確保凝汽器安全運行。目前我廠對循環(huán)水的是進行加藥處理，主要是彩復配的水穩(wěn)劑來減少工業(yè)循環(huán)冷卻水對凝汽器的銅管和碳鋼材料的腐蝕；彩氯錠或季銨鹽來消除循環(huán)水中的細菌和藻類物質(zhì)。這樣既保護了凝汽器，又提高了循環(huán)水的利用率，節(jié)約了工業(yè)用水。并且在運行中加強對凝結(jié)水監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)凝汽器漏泄及時進行堵漏并調(diào)整鍋爐爐水加藥量，必要時則停機處理。3.5加強機組停備作期間的保養(yǎng)機組的腐蝕主要發(fā)生在機組的停備用期間，由于機組的調(diào)峰功能，我廠的機組按年日歷時間計算，單機停機時間基本超過半年以上。停機期間的保養(yǎng)顯得更為重要。以前我廠利用武鋼的充裕的氮氣，實現(xiàn)了對鍋爐的充氮保養(yǎng)，但這種保養(yǎng)僅限于鍋爐，有其局限性，目前我們正在實施成膜胺技術(shù)。由于成膜胺中的主要成份為十八烷基胺的大分子結(jié)構(gòu)，其分子的憎水基團能在金屬的表面形成一層致密的分子膜，把金屬與水汽隔開，從而把整個熱力系統(tǒng)都保護起來，減小系統(tǒng)的腐蝕。3.6加強運行管理、搞好專業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)電是一個多專業(yè)相互協(xié)調(diào)的生產(chǎn)過程，一方面機組啟停時值長要及時通知化學分場投入或退出用于鍋內(nèi)水質(zhì)調(diào)節(jié)的加藥系統(tǒng)；另一方面是凝結(jié)水的必須是合格后方能進行回收。另一方面要根據(jù)化學監(jiān)督的爐水水質(zhì)來決定是否定排和調(diào)整連排的開度。只有勤調(diào)整、勤檢查才不至于使爐水水質(zhì)惡化，才能保證后面的蒸汽品質(zhì)。4結(jié)語腐蝕是絕對的，防止腐蝕是相對的。采取一切防腐措施只能減緩腐蝕的速度。從近期對熱力系統(tǒng)的水汽品質(zhì)的日常監(jiān)督和定期抽查結(jié)果看，熱力系統(tǒng)中水汽的的鐵含量變化不大，但是機組啟動時