i第九章冷卻水系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)

1、學(xué)習(xí)內(nèi)容v 緒論v第一章 電廠用水概述v第二章 水的預(yù)處理v第三章 水的預(yù)脫鹽（超濾、反滲透）v第四章 鍋爐補(bǔ)給水深度除鹽v第五章 凝結(jié)水精處理v第六章 超臨界機(jī)組熱力設(shè)備腐蝕概述v第七章 熱力設(shè)備的氧腐蝕和酸性腐蝕v第八章 超臨界機(jī)組的水化學(xué)工況v第九章 冷卻水系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)v第十章 熱力設(shè)備的化學(xué)清洗第九章 冷卻水系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)v第一節(jié) 凝汽器不銹鋼管的腐蝕與防護(hù)v一、不銹鋼管凝汽器發(fā)展概況 v 1958年7月世界上第一臺(tái)表面積為5109m2的TP304不銹鋼管凝汽器在美國(guó)西費(fèi)吉尼亞河谷電站投運(yùn) 。v 1989年，河北上安電廠第1臺(tái)從美國(guó)GE公司進(jìn)口的350MW機(jī)組的不銹鋼管凝汽器投入

2、運(yùn)行 ；0.71mm壁厚的TP316L不銹鋼管 。v 不銹鋼管與銅合金管相比較，不僅具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和彈性模量，而且具有更好的抗污染水體腐蝕和抗沖刷腐蝕能力；另一方面，就單位長(zhǎng)度價(jià)格而言，薄壁焊接不銹鋼管與黃銅管相近，但比白銅管低得多。二、凝汽器不銹鋼管材v 1化學(xué)成分v 不銹鋼的牌號(hào)很多，凝汽器管多數(shù)使用奧氏體不銹鋼，另外還有鐵素體和雙相不銹鋼。在淡水、微咸水、咸水中使用的奧氏體不銹鋼主要是FeCrNi系合金，即美國(guó)AISl 300系不銹鋼，包括TP304、TP316和TP317系列不銹鋼管 (1)增加不銹鋼中Mo的含量可以提高，在含Cl-介質(zhì)中耐縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕的能力；(2)降低不銹鋼中碳

3、含量或加穩(wěn)定化元素Ti、Nb、Ta可減小焊接時(shí)發(fā)生晶間腐蝕的傾向；(3)在不銹鋼中添加N元素可以提高強(qiáng)度，以補(bǔ)償降低碳帶來(lái)的強(qiáng)度降低，還可以增進(jìn)其耐點(diǎn)蝕性能和相的穩(wěn)定性能；(4)增加Ni含量可提高其強(qiáng)度，并改善抗應(yīng)力腐蝕和高溫氧化的性能。 v2物理和力學(xué)性能v不銹鋼管的強(qiáng)度和彈性模量均比銅管和鈦管高，允許應(yīng)力是海軍黃銅的1.6倍，是鈦管的1.5倍，所以允許有較大跨距而不振動(dòng)；不銹鋼管熱膨脹系數(shù)比銅管更接近鋼；不銹鋼管導(dǎo)熱系數(shù)與鈦管差不多，比銅合金管低得多，但由于其強(qiáng)度高，耐蝕性好，可通過(guò)減小管壁厚度來(lái)減小管壁的熱阻。v三、凝汽器不銹鋼管的耐蝕性v 1點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕v 影響不銹鋼管的點(diǎn)蝕和縫隙腐

4、蝕的材質(zhì)因素主要是合金元素和表面狀態(tài)。在合金元素 中，Mo是提高不銹鋼耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能的最主要的合金元素。例如，在TP304中加入2的Mo制成的TP316不銹鋼，其耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能可以大大提高；添加0.10.3的N也可使不銹鋼耐點(diǎn)蝕性能明顯提高。表面狀態(tài)對(duì)不銹鋼的點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕也有影響，為了減少金屬表面的不均勻性，鈍化處理是有效的。因此，在對(duì)不銹鋼管進(jìn)行酸洗后必須進(jìn)行鈍化處理。另外，鋼表面越光潔，異物越難以附著，發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的幾率越小。 vC1-的含量越高，pH值越低，不銹鋼管越容易發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。v當(dāng)溶液中SO42-的濃度為Cl濃度的二倍以上即可抑制點(diǎn)蝕，因此，SO42-量

5、少時(shí)，鈍化電流密度變?cè)龃螅Y(jié)果縫隙腐蝕量增加。v溶液溫度提高，增加點(diǎn)蝕傾向，加速縫隙腐蝕。v增加溶液中溶解氧，在未發(fā)生腐蝕的情況下，有利于金屬表面鈍化；但腐蝕發(fā)生后，將使縫隙和蝕孔外部腐蝕速度增大。v不能忽視沉積物下腐蝕。v注意凝汽器水側(cè)的停用保護(hù)。v2晶間腐蝕v降低奧氏體不銹鋼中的碳含量或加入穩(wěn)定化元素Ti或Nb也可有效地抑制其晶間腐蝕。v3應(yīng)力腐蝕v可水解產(chǎn)生酸的酸性氯化物，如CaCl、MgCl等，均能引起奧氏體不銹鋼的SCC，并且C廣含量和溫度越高，發(fā)生SCC的傾向越大。v四、凝汽器不銹鋼管的選材與維護(hù) v 1選材v我國(guó)現(xiàn)在不銹鋼選材的方法主要有三種：(1)通過(guò)選材試驗(yàn)確定；(2)由承建

6、的著名跨國(guó)公司根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或選材試驗(yàn)確定；(3)根據(jù)不銹鋼管制造商提供的資料，僅按冷卻水中的Cl-濃度確定。v2維護(hù)v(1)冷卻水長(zhǎng)期低流速運(yùn)行或長(zhǎng)期停留在凝汽器內(nèi)，將使不銹鋼管耐點(diǎn)蝕性能下降。v (2)防止結(jié)垢。不銹鋼管凝汽器應(yīng)更加重視防止結(jié)垢，膠球等清洗裝置應(yīng)正常運(yùn)行。v(3)注意防止凝汽器管過(guò)熱。因?yàn)闇囟壬仙?，點(diǎn)蝕電位下降，點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕加劇。v (4)不銹鋼也存在生物腐蝕，同樣應(yīng)重視對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物的控制。v (5 )選用對(duì)不銹鋼耐蝕性能的影響較小的水處理藥劑。第二節(jié) 凝汽器鈦管的腐蝕與防護(hù)一、鈦管凝汽器在電廠中的應(yīng)用現(xiàn)狀 1972年美國(guó)在ArthurKill電站首次使用全焊

7、接鈦管凝汽器。 1981年，日本首先在火力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)了全鈦管冷凝器。 1983年8月我國(guó)在臺(tái)州電廠125MW的機(jī)組上安裝投運(yùn)無(wú)縫鈦管全鈦凝汽器。二、凝汽器鈦管的耐蝕性 凝汽器鈦管的耐蝕性，主要是因?yàn)殁伇砻婺苄纬杀Ｗo(hù)性氧化膜。鈦表面的氧化膜通常是多層結(jié)構(gòu)的氧化膜，它從氧化膜表面的TiO2逐漸過(guò)渡到中間的Ti2O3，在氧化物金屬界面則以TiO為主。三、鈦管凝汽器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)重要問(wèn)題 1防腐蝕設(shè)計(jì) 在鈦管凝汽器的設(shè)計(jì)中，為了防止海水對(duì)凝汽器冷凝管水側(cè)的腐蝕，冷凝管全部選用 鈦管；為了防止鈦管與管板構(gòu)成電偶腐蝕電池而導(dǎo)致管板的電偶腐蝕，管板應(yīng)選用鈦板或 碳鋼板外側(cè)包覆薄鈦板(0.30.5mm)組成的復(fù)

8、合管板。這樣，就構(gòu)成了所謂的全鈦凝汽器。為了保證全鈦凝汽器的嚴(yán)密性，鈦管經(jīng)過(guò)脹管、翻邊后直接與鈦板焊接。另外，為了防止全鈦凝汽器碳鋼水室的腐蝕，還應(yīng)采用良好的襯膠工藝，對(duì)碳鋼水室進(jìn)行襯膠處理。這樣，整個(gè)凝汽器將具有良好的耐蝕性和嚴(yán)密性。 2鈦管的熱傳系數(shù) 為了提高鈦管傳熱效果，利用鈦強(qiáng)度高和耐蝕的特點(diǎn)，盡量減小管壁厚度，增大 冷卻水的流速，并進(jìn)行有效的膠球清洗，鈦管的實(shí)際傳熱系數(shù)不一定比銅管差。 3鈦管的振動(dòng) 由于使用的鈦管壁厚僅為0.5mm，鈦的彈性模量約為銅的一半，因此，解決凝汽器鈦管的振動(dòng)問(wèn)題直接關(guān)系到凝汽器的可靠性和使用壽命。v四、鈦管凝汽器的維護(hù)v 1運(yùn)行中的維護(hù)v (1)鈦管的膠球

9、清洗：對(duì)鈦管進(jìn)行定期的膠球清洗是恢復(fù)鈦管清潔度的有效措施。v (2)冷卻水的殺生劑處理：水生物在鈦管上比在黃銅管上更容易附著和生長(zhǎng)。最好選用高效、低毒、可降解的非氧化型殺菌劑。v (3)提高冷卻水的流速：可抑制生物在鈦管上的附著。凝汽器管內(nèi)的設(shè)計(jì)流速一般應(yīng)為2.3m/s左右。v2定期檢修 在機(jī)組的檢修期間，應(yīng)對(duì)凝汽器徹底清掃和檢修。 在檢修消缺時(shí)，對(duì)有泄漏或缺陷的鈦管用半硬質(zhì)的商品專用橡皮塞進(jìn)行堵管處理。及時(shí)對(duì)全鈦凝汽器的其他防腐部位進(jìn)行消缺。第三節(jié) 發(fā)電機(jī)空心銅導(dǎo)線的腐蝕 v 一、銅導(dǎo)線的腐蝕特征及危害 水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)空芯導(dǎo)線一般是用工業(yè)純銅制造的。純銅在不含氧的水中的腐蝕速度是 很低的，僅有

10、10-4s/(m2h)的數(shù)量級(jí)。而當(dāng)水中溶有游離二氧化碳，使水呈微酸性或酸性，并且有氧時(shí)，銅的腐蝕速度大大加快。腐蝕后的銅管表面露出基體銅合金的顏色，但無(wú)金屬光澤，表面基本平整或略有些凹凸不平，管壁明顯減薄，呈均勻腐蝕的形貌。在溫度較低時(shí)，腐蝕產(chǎn)物呈綠色，主要成分是堿式碳酸銅CuCO3Cu(OH)2，以及少量的氧化亞銅；溫度較高時(shí)，腐蝕產(chǎn)物為黑色，主要是氧化銅以及少量的氧化亞銅和堿式碳酸銅。這可能是由于溫度較高時(shí)，沉積在管壁上的堿式碳酸銅受熱分解而生成氧化銅的緣故。 工業(yè)純銅制的發(fā)電機(jī)空芯導(dǎo)線在含氧的弱酸性水中腐蝕所生成的腐蝕產(chǎn)物，只有少量 附著在腐蝕部位的管壁表面上，大部分都從管壁上脫落而進(jìn)

11、入冷卻介質(zhì)中。被帶入空芯導(dǎo)線冷卻介質(zhì)中的腐蝕產(chǎn)物，在定子線棒中被發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)阻擋而沉積，可能導(dǎo)致空芯導(dǎo)線逐漸被銅氧化物堵塞或通流截面減小，引起發(fā)電機(jī)線圈溫度上升，甚至燒毀。因此，必須采取措施防止發(fā)電機(jī)空心銅導(dǎo)線的腐蝕。v二、銅導(dǎo)線腐蝕的影響因素 v(1)溶解氧含量。v溶解氧含量對(duì)銅的腐蝕速度的影響。從圖上可以看到，隨著水中溶解氧的含量增大，開(kāi)始時(shí)銅的腐蝕速度增大；但當(dāng)腐蝕速度增大到一定程度后，如繼續(xù)增大溶解氧的含量，則銅的腐蝕速度又趨于降低。v (2)水的pH值。v將水的pH值提高到中性或弱堿性范圍，對(duì)降低的銅的腐蝕都會(huì)有明顯的效果。相反，當(dāng)水的pH值低于中性時(shí)，銅的腐蝕就急劇增加。v(3)水中

12、游離二氧化碳含量。v隨著二氧化碳含量的增大，銅的腐蝕速度也增大。v(4)水的純度。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的pH值下，銅在電導(dǎo)率1.0S/cm的水中的溶出速率明顯低于電導(dǎo)率介于2.510S/cm的水中的溶出速率。 v三、內(nèi)冷水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)v(1)有足夠的絕緣性(即較低的電導(dǎo)率)，以防止發(fā)電機(jī)繞組對(duì)地短路而導(dǎo)致泄漏電流和損耗增加，特別是閃絡(luò)事故導(dǎo)致的嚴(yán)重后果；v(2)對(duì)發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線和內(nèi)冷水系統(tǒng)應(yīng)無(wú)侵蝕性，以防止銅導(dǎo)線的腐蝕產(chǎn)物(主要是銅氧化物)顆粒在空心銅導(dǎo)線內(nèi)沉積，造成導(dǎo)線內(nèi)部?jī)?nèi)冷水流通截面積減小，阻力加大，甚至完全堵塞。四、控制內(nèi)冷水水質(zhì)和防止銅導(dǎo)線腐蝕的方法四、控制內(nèi)冷水水質(zhì)和防止銅導(dǎo)線腐蝕的方法

13、1控制內(nèi)冷水中溶解氧和二氧化碳農(nóng)度控制內(nèi)冷水中溶解氧和二氧化碳農(nóng)度 采用控制O2和CO2含量的方法以減緩或抑制銅的腐蝕。 國(guó)外大型發(fā)電機(jī)已采用全密閉式水冷系統(tǒng)，在內(nèi)部充以惰性氣體維持正壓，防止氧和二氧化碳進(jìn)入水冷系統(tǒng)，并且調(diào)節(jié)內(nèi)冷水水質(zhì)無(wú)氧并在堿性范圍。或在內(nèi)冷水中增設(shè)有除氧功能的除氧樹(shù)脂交換器，以除去水中的溶解氧，減緩和防止空芯銅導(dǎo)線的腐蝕。國(guó)內(nèi)大型水冷發(fā)電機(jī)組的水冷系統(tǒng)雖然也設(shè)計(jì)有充氮或充氫密封系統(tǒng)。2控制內(nèi)冷水電導(dǎo)率控制內(nèi)冷水電導(dǎo)率 一般情況下單純采用換水法控制內(nèi)冷水水質(zhì)是不可取的，此法只能作為系統(tǒng)投運(yùn)期間或水質(zhì)不良時(shí)的一個(gè)臨時(shí)性措施。 旁路小混床離子交換法是控制內(nèi)冷水電導(dǎo)率的一種比較有

14、效的方法。采用此方法處理時(shí)，當(dāng)水箱密封不嚴(yán)，水中溶有較多二氧化碳和溶解氧時(shí)，內(nèi)冷水的pH值可能偏低，使空芯銅導(dǎo)線腐蝕嚴(yán)重。為了提高內(nèi)冷水的pH值，可向水中添加適量的NaOH。 3控制內(nèi)冷水的控制內(nèi)冷水的pH值值 在“旁路小混床離子交換+適量NaOH堿化”的基礎(chǔ)上改進(jìn)的“微堿化”離子交換方法是一種對(duì)內(nèi)冷水水質(zhì)(電導(dǎo)率、pH和銅離子含量)進(jìn)行綜合控制的可行方法。與上述旁路小混床離子交換法不同的是，這種方法是將Na型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(RNa)和OH型陰離子交換樹(shù)脂(ROH)混合填裝在旁路混床中。通過(guò)這種旁路混床對(duì)部分內(nèi)冷水進(jìn)行連續(xù)的離子交換處理，將內(nèi)冷水中因銅導(dǎo)線腐蝕產(chǎn)生的微量Cu(HCO3)2轉(zhuǎn)化為

15、NaOH，并使處理出水返回內(nèi)冷水箱。這樣，不僅可控制pH值，而且可同時(shí)控制電導(dǎo)率和銅離子的含量。 4緩蝕劑法緩蝕劑法 一直以來(lái)，苯并三氮唑(BTA)是電廠中應(yīng)用情況比較好的緩蝕劑，除了單純BTA法，還有BTA+EA法、BTA+NH3法和BTA+NaOH法。 BTA的分子式為C6H4N2HN，分子式量119，有特殊的氣味，微溶于水，可溶于乙醇，抗氧化性較強(qiáng)。BTA產(chǎn)品為白色針狀晶體，可加工成片狀、顆粒狀或粉狀。 BTA能與銅原子作用，在銅管表面生成一層聚合直線結(jié)構(gòu)的CuBTA膜。這種表面膜具有保護(hù)性，從而防止了銅的進(jìn)一步腐蝕。 一般在內(nèi)冷水添加13mg/LBTA就可有效地抑制空芯銅導(dǎo)線的腐蝕。

16、二十五項(xiàng)反措中11.3.1.5條中規(guī)定：水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)水質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。水中銅離子含量超標(biāo)時(shí)，為了減緩銅導(dǎo)線的腐蝕，125MW及以下機(jī)組允許運(yùn)行時(shí)在水中加緩蝕劑，但必須控制pH值大于7.0，并建議125MW以上機(jī)組最好不采用加緩蝕劑法處理內(nèi)冷卻水。v五、典型定子冷卻水控制系統(tǒng)的特點(diǎn)v 1定子冷卻水控制系統(tǒng)工作原理v 采用閉式循環(huán)方式，使連續(xù)的高純水流通過(guò)定子線圈空心導(dǎo)線，帶走線圈損耗。定子冷卻水是從化學(xué)車間直接引來(lái)的合格二級(jí)除鹽水。補(bǔ)入水箱的化學(xué)除鹽水通過(guò)電磁閥、過(guò)濾器，最后進(jìn)入水箱。開(kāi)機(jī)前管道、閥門(mén)、集裝所有元件和設(shè)備要多次沖洗排污，直至水質(zhì)取樣化驗(yàn)合格后方可向發(fā)電機(jī)定子線圈充水。水

17、箱內(nèi)的水通過(guò)耐酸水泵升壓后送入管式冷卻器、過(guò)濾器，然后再進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子線圈的匯流管，將發(fā)電機(jī)定子線圈的熱量帶出來(lái)再回到水箱，完成一個(gè)閉式循環(huán)。為了改善進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子線圈的水質(zhì)，將進(jìn)入發(fā)電機(jī)總水量的510的水不斷經(jīng)過(guò)本裝置內(nèi)的離子交換器進(jìn)行處理，然后回到水箱。v 2定子冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)v (1)水量：定子冷卻水(即二級(jí)除鹽水)：903T/h；二次冷卻水(普通水)：400T/h。v (2)水壓：定子冷卻水：0.250.35MPa；二次冷卻水：小于0.3MPa。v (3)進(jìn)水溫度：定子冷卻水：4550；二次冷卻水：33。v (4)出水溫度：定子冷卻水90。v3離子交換器v 離子交換器為不銹鋼制造，

18、直徑325，高度1735mm，運(yùn)行周期約1200小時(shí)，定子冷卻水循環(huán)處理比例為510，處理后水電導(dǎo)率值0/10/5S/cm。交換器中，陽(yáng)樹(shù)脂為0017，重24kg；陰樹(shù)脂為2017，重20kg；陽(yáng)陰樹(shù)脂體積比為1:1。當(dāng)監(jiān)測(cè)離子交換器出口水質(zhì)的電導(dǎo)率計(jì)顯示其電導(dǎo)率值高于0.5S/cm時(shí)，表明離子交換器中的樹(shù)脂已失效，此時(shí)應(yīng)從系統(tǒng)中切除離子交換器，更新樹(shù)脂，再投入系統(tǒng)運(yùn)行。 v4水箱的運(yùn)行v 水系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，建議水箱充氮運(yùn)行，如果水箱不充氮，在常壓下，大氣中的氧氣和二氧化碳進(jìn)入水箱，空芯導(dǎo)線的腐蝕將加快。使用氮?dú)饨o水箱加壓，水箱上設(shè)有減壓器，能自動(dòng)調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫ΓS持氮?dú)鈮毫υ?.014MPa，當(dāng)水箱內(nèi)氮?dú)鈮毫Τ^(guò)0.035MPa時(shí)，安全閥將自動(dòng)打開(kāi)，釋放壓力。v 5定子水系統(tǒng)發(fā)生異常現(xiàn)象的分析v (1)經(jīng)