熱力機(jī)組凝汽器陰極保護(hù)的防蝕技術(shù)應(yīng)用

1、安全技術(shù)熱力機(jī)組凝汽器陰極保護(hù)的防蝕技術(shù)應(yīng)用 1凝汽器防蝕的陰極愛護(hù)技術(shù) 火力發(fā)電廠凝汽器若由于腐蝕造成銅管及管板泄漏,將導(dǎo)致嚴(yán)峻的后果,威逼著發(fā)電機(jī)組的平安運(yùn)行,也直接影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此對凝汽器采納防腐蝕措施是非常必要的。 目前采納的凝汽器防腐蝕措施,除了在冷卻介質(zhì)方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆拦浮⒎栏幚硗?還有的采納陰極愛護(hù),即電化學(xué)愛護(hù)技術(shù),和涂料涂裝愛護(hù)方法等。 陰極愛護(hù)技術(shù)能有效、經(jīng)濟(jì)、便利地掌握和減緩凝汽器腐蝕。陰極愛護(hù)原理1、2是基于金屬腐蝕的電化學(xué)理論,由外部向介質(zhì)中被愛護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)供應(yīng)直流陰極電流,使金屬電位降低(陰極極化),這樣從根本上降低了金屬的腐蝕傾向和腐蝕速率,達(dá)到防止和

2、減輕金屬腐蝕的效果。 依據(jù)外部供應(yīng)陰極電流方式的不同,陰極愛護(hù)方法可分為犧牲陽極法和外加電流法兩種。犧牲陽極法是用一種更活潑的金屬或合金與被愛護(hù)金屬連接在一起,依靠該合金不斷地腐蝕溶解產(chǎn)生電流來愛護(hù)被愛護(hù)金屬。對于電導(dǎo)率較低的淡水,由于犧牲陽極驅(qū)動(dòng)電壓較小,輸出電流有限且不能調(diào)整,愛護(hù)范圍有限3,安裝時(shí)必需在水室內(nèi)壁焊接數(shù)量較多的固定犧牲陽極塊的安裝架,并且犧牲陽極塊的設(shè)計(jì)壽命一般不超過3a,需定期更換。因此犧牲陽極愛護(hù)法一般只用于小型凝汽器,或用于如海水,苦咸水等含鹽量高、電阻率低的介質(zhì)設(shè)備上。外加電流陰極愛護(hù)是依靠外部的直流恒電位電源供應(yīng)陰極愛護(hù)電流,電源正極與安裝于凝汽器內(nèi)的幫助陽極相連

3、,負(fù)極接被愛護(hù)凝汽器外殼。這種方法輸出電流大,且可調(diào),電位可自動(dòng)掌握,使用壽命長達(dá)1520a。一般在大型凝汽器上需要使用這種陰極愛護(hù)系統(tǒng)。 另一種目前使用的采納涂料涂裝來防止管板腐蝕的方法,由于涂料本身的性能及施工工藝的緣由,采納涂料防止凝汽器管板腐蝕往往會(huì)消失嚴(yán)峻的局部腐蝕問題。從腐蝕電化學(xué)的角度來考察,在涂層表面存在局部微孔的地方,由于微孔處金屬的腐蝕電位較其四周有涂層的金屬腐蝕電位負(fù),這樣便形成了局部腐蝕微電池,這種腐蝕微電池是由大陰微小陽極組成的。這種大陰微小陽極的腐蝕形態(tài)是各種腐蝕形態(tài)中最危急的,能使金屬在很短的時(shí)間內(nèi)腐蝕形成深坑,從而使凝汽器管板腐蝕損壞更嚴(yán)峻。 2凝汽器陰極愛護(hù)技

4、術(shù)應(yīng)用 2.1凝汽器概況 安陽發(fā)電廠7號(hào)機(jī)為100MW凝汽式火力發(fā)電機(jī)組,凝汽器為對分雙流表面式,所用的銅管牌號(hào)為HSn-70-1A型,銅管數(shù)量為10336根,冷卻面積為6815m2。冷卻水補(bǔ)充水源污染日益嚴(yán)峻,導(dǎo)致凝汽器銅管腐蝕。1992年該機(jī)組凝汽器更換全部銅管后使用僅兩年即開頭發(fā)生點(diǎn)蝕穿孔泄漏,至1997年就因銅管泄露停機(jī)9次。同時(shí)7號(hào)機(jī)組凝汽器的管板曾于1997年涂刷了涂料,然而僅一年后,管板表面就消失了明顯的局部腐蝕(見圖1)。7號(hào)機(jī)組的銅管腐蝕泄漏及管板的腐蝕使得機(jī)組難以平安連續(xù)經(jīng)濟(jì)滿發(fā),成為完成發(fā)電方案的重大障礙。為防止腐蝕連續(xù)擴(kuò)展,打算對7號(hào)機(jī)組凝汽器采納外加電流陰極愛護(hù)技術(shù)與

5、耐蝕涂料涂裝的聯(lián)合防蝕愛護(hù)措施。 2.2凝汽器陰極愛護(hù)防蝕系統(tǒng) 凝汽器外加電流陰極愛護(hù)系統(tǒng)4主要由自動(dòng)掌握的恒電位儀、幫助陽極及參比電極等組成。陰極愛護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀采納了武漢高校(武漢水利電力高校)與中國科學(xué)院共同研制開發(fā)的CPS型自動(dòng)掌握的恒電位儀。 幫助陽極選用武漢高校與中國科學(xué)院共同研制開發(fā)的新型貴金屬鉑鈮陽極,這種陽極屬于不溶性陽極,可保證長期使用,具有排流量大,電流放射勻稱、掩蓋面積大、消耗量低、牢靠性高、重量輕、安裝便利、機(jī)械性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。 參比電極采納了在淡水中電極電位穩(wěn)定、電位波動(dòng)小的高純鋅材料。電極設(shè)計(jì)成有特別密封結(jié)構(gòu)的直棒型。 依據(jù)凝汽器的結(jié)構(gòu)、冷卻水質(zhì)和水室中水動(dòng)力工

6、況等因素,陰極愛護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為多點(diǎn)分散掌握式。 為了保障和增加管板、銅管管束端部及脹口的愛護(hù),也為了削減陰極愛護(hù)裝置的功率,在凝汽器中設(shè)計(jì)了在水室內(nèi)涂裝耐蝕防沖刷涂層。因此實(shí)際上凝汽器的防蝕愛護(hù)工程是陰極愛護(hù)技術(shù)與涂層涂裝愛護(hù)的聯(lián)合防蝕方法。 2.3凝汽器陰極愛護(hù)防蝕系統(tǒng)的愛護(hù)效果 7號(hào)機(jī)組凝汽器陰極愛護(hù)防蝕系統(tǒng)于1998年11月15日投入運(yùn)行。 2.3.1管板及銅管端部的腐蝕被抑制 在該系統(tǒng)投運(yùn)后停機(jī)檢查,可看到原先在管板上,尤其是在銅管區(qū)存在的較嚴(yán)峻的局部腐蝕坑的進(jìn)展已被抑制,原先蝕坑中及管板上已無明顯的黃褐色鐵銹蝕產(chǎn)物積累。銅管端部內(nèi)壁無點(diǎn)蝕等腐蝕進(jìn)展,表面無堿式碳酸銅等腐蝕產(chǎn)物痕跡。 2

7、.3.2降低了銅合金的平均腐蝕速率 通過監(jiān)測試片表面狀況和重量的檢查也可說明陰極愛護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后有防止凝汽器腐蝕的效果。 從圖2所示的凝汽器中330d未受愛護(hù)的黃銅試片的表面狀況可以看到,試片表面有黃褐色的堿式碳酸銅及白色的氫氧化鋅等腐蝕產(chǎn)物附著,表明在未受到外加電流陰極愛護(hù)時(shí),銅合金材料在機(jī)組冷卻水中有明顯的腐蝕。由試片的失重量可測出平均腐蝕速率達(dá)到0.022mm/a。 圖3為在凝汽器中330d受到了外加電流陰極愛護(hù)的黃銅試片的表面狀況。從照片可以看到,黃銅試片表面光滑,基本無腐蝕產(chǎn)物積累。表面有一層薄而堅(jiān)固的紅黑色氧化亞銅和氧化銅層。由試片失重量測得,在受陰極愛護(hù)的作用下,黃銅材料的平均腐蝕

8、速率降到了0.0015mm/a。7號(hào)機(jī)組凝汽器在陰極愛護(hù)工況下對黃銅的平均腐蝕速率削減達(dá)93%以上。 2.3.3抑制了碳鋼的局部腐蝕,降低了碳鋼的平均腐蝕速率 從圖4所示的在凝汽器中330d未受外加電流陰極愛護(hù)的碳鋼試片表面狀況可以清晰地看到,碳鋼試片表面腐蝕嚴(yán)峻,呈明顯的局部腐蝕潰瘍性坑蝕形態(tài)。蝕坑表面有黃褐色水合氧化鐵類的鐵銹積累。將表面附著的腐蝕產(chǎn)物除去后,可見其下有較深的蝕坑,坑深已大于1mm。此外,還可見試片邊緣已腐蝕缺損。由試片的失重量可算出在該工況下碳鋼的平均腐蝕速率達(dá)0.057mm/a。 圖5為受到陰極愛護(hù)的碳鋼試片的表面狀況。從照片可見,試片表面無潰瘍狀局部腐蝕,附著一層疏松

9、的黃褐色沉積物。去除表面附著物后,試片表面平整無坑。此外,試片邊緣無缺損。從試片失重量測定,在受陰極愛護(hù)的工況下,碳鋼的平均腐蝕速率減小到0.0144mm/a。 7號(hào)機(jī)組凝汽器在陰極愛護(hù)工況下,對碳鋼平均腐蝕速率削減達(dá)74.8%。 碳鋼在淡水冷卻水中的平均腐蝕速率并不大,但常是局部性孔蝕或潰瘍狀腐蝕,這對金屬結(jié)構(gòu)物來說是最危急的腐蝕形態(tài)。在凝汽器中因碳鋼管板與銅管直接脹接形成的電偶作用將加劇碳鋼管板局部腐蝕的進(jìn)展。由試片所得的平均腐蝕速率是不能準(zhǔn)確反映這種局部孔蝕或潰瘍性腐蝕的危害程度的。而在實(shí)際工程中,假如實(shí)行愛護(hù)措施可以減輕或防止金屬發(fā)生這種危急的局部腐蝕形態(tài),使金屬僅以不大的、可以接受的

10、腐蝕速率勻稱腐蝕,則表明這種防蝕措施是科學(xué)合理的。 7號(hào)機(jī)組凝汽器管板的腐蝕檢查和試片表面狀況的評價(jià)說明陰極愛護(hù)對防止管板局部腐蝕已取得了明顯的效果。因此7號(hào)機(jī)組凝汽器采納陰極愛護(hù)技術(shù)防蝕是很有效的,陰極愛護(hù)系統(tǒng)的掌握是相宜的。 3凝汽器實(shí)施陰極愛護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益分析 陰極愛護(hù)技術(shù)不是一種表面處理的方法,它是一種從根本上穩(wěn)定金屬,降低金屬腐蝕的技術(shù)。 在7號(hào)機(jī)組凝汽器實(shí)施了陰極愛護(hù)防蝕措施不長的時(shí)間里就已經(jīng)抑制了管板脹口四周及銅管端部的點(diǎn)蝕、脫鋅和電偶腐蝕,這將會(huì)推遲銅管發(fā)生泄露,延長銅管使用壽命。因此可以節(jié)約銅合金管材,削減機(jī)組由于凝汽器銅管堵漏而損失的發(fā)電量及由此增加的勞務(wù)量,同時(shí)也因凝汽器削減或不泄露冷卻水而改善或提高了凝聚水品質(zhì),使鍋爐結(jié)垢率降低,提高蒸汽品質(zhì),因而可以改善機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、牢靠性,以及延長大修周期,削減臨修次數(shù)。 目前,1臺(tái)100MW機(jī)組整臺(tái)凝汽器的銅管市場價(jià)值及換銅管等費(fèi)用已達(dá)240萬元左右。若銅管使用壽命延長1a,相當(dāng)于獲得年經(jīng)濟(jì)效益12萬元左右。若削減凝汽器銅管泄露檢測和堵漏次數(shù),都將帶來較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。由于1臺(tái)100MW機(jī)組1d的發(fā)電量近300萬kWh,停機(jī)1d將會(huì)給電廠帶來直接經(jīng)濟(jì)損失40萬元左右,間接損失則更大。假如是由于腐蝕而使銅管損壞至無法修補(bǔ),其損失更大。 提高機(jī)組運(yùn)行平安牢靠性或削