火力发电厂冷却设备防腐蚀措施研究

2022-09-11

1 凝汽器的腐蚀控制措施

1.1 凝汽器防腐蚀现状

在冷却水循环系统中, 换热器的更换费用比其他设备高, 腐蚀损失更大, 因此, 冷却水系统的腐蚀控制主要集中在对凝汽器的腐蚀控制上。

凝汽器的腐蚀主要发生在铜管内外壁, 铜管管径20mm, 壁厚0.5mm~1.0mm, 其外壁接触的蒸汽和凝结水中含有氨和氧, 内壁接触的冷却水更含有各种杂质成分。目前国内外常用的对换热器铜管防腐蚀措施有以下几点。

(1) 合理选择耐腐蚀的铜管和管板材料。

(2) 从设计上改进凝汽器的结构, 如不设置分离隔板, 尽可能降低氨在该处的富集等。

(3) 对凝汽器铜管内壁进行钝化、造膜等表面处理, 氧化膜能有效隔离管材与介质的接触, 对均匀腐蚀和局部腐蚀均有良好的防护作用。

(4) 对管板进行涂料涂覆, 这种方法由于涂料本身的附着性能差和施工工艺不完善, 在涂层表面常常出现局部微孔, 形成局部腐蚀微电池, 产生严重的局部腐蚀问题, 从而加剧管板的腐蚀破坏

(5) 调整水质, 包括去除水中杂质、调节pH值在适当范围内、添加缓蚀剂等。这种方法是目前应用最普遍的方法之一。

(6) 保持适当的水流速度。铜管中的水流速度不宜过大或过小, 过大易造成冲击腐蚀, 过小会使杂物沉积, 并促进脱锌腐蚀。

(7) 消除残余应力。铜管在制造时常存在有残余应力, 应进行退火消除。

(8) 对凝汽器两端的水室、管板和管端采取阴极保护。这种方法能有效、经济、方便地控制和减缓凝汽器腐蚀。

(9) 加装套管。为了防止在凝汽器的冷却水入口端发生冲击腐蚀, 在铜管上加装一段套管, 把铜管表面覆盖起来。套管紧贴管壁, 防止松动。套管可用橡胶或塑料等有机材料制作。

1.2 凝汽器防腐蚀措施改进

近年来, 为了更加有效地防止换热器的腐蚀, 人们在致力于点蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀等基础研究的同时, 还从其他角度对换热器采取多种防腐蚀措施。

经过对多种防腐蚀方法的分析比较, 确定除对冷却水进行水质调整外, 采用以下措施对凝汽器进行防护。

(1) 对凝汽器铜管进行表面造膜处理:有关文献指出, 铜管在投入使用初期形成良好的保护膜, 可以显著地延缓铜管的腐蚀, 避免凝汽器铜管发生点蚀, 提高铜管使用年限30%~100%。在新机组投入运行前, 对铜管进行FeSO4一次造膜处理, 这是该种新设备不可缺少的防腐蚀程序。

(2) 冷却水中氨含量超过10mg/L时, 将导致铜管的汽侧表面产生络合溶解:

凝汽器中空冷区采用B30铜管, 可以阻止这种腐蚀的发生。另外, 所选铜管材质中添加了砷, 可预防铜管的脱锌腐蚀。

(3) 因凝汽管内的设计流速<2.3m/s, 在悬浮物和含砂量<300mg/L时, 凝汽器铜管不会产生冲击腐蚀。

(4) 在以上情况下, 注意汽轮机和凝汽器的密封性, 防止漏入空气, 有效避免铜管的应力腐蚀。

(5) 运行一段时间后, 观察凝汽器管板和端板的腐蚀情况, 如腐蚀速度超过标准规定指标 (0.005mm/a) , 则增设外加电源的阴极保护。

2 辅助设备的腐蚀控制

在循环冷却水系统中, 各种给水泵、阀门和管件是与冷却水密切接触的设备和部件, 它们大多由碳钢制造, 在长期的运行过程中不断受到水中悬浮物、污泥、硬垢、H+和各种盐类的影响和侵蚀, 是容易产生金属腐蚀的部位。控制这些设备的腐蚀, 是控制水质恶化和凝汽器正常工作的前提条件, 也是保证机组长期安全经济运行的一个重要方面。

泵阀和管道设备的腐蚀, 常采用调节冷却水pH值、添加缓蚀剂和杀菌剂、清除污垢等方法进行控制, 而调节冷却水pH值, 对水质和设备都将产生全面影响, 也是每个热力发电厂无法回避的选择。

2.1 pH值对循环系统的影响

pH值是影响设备腐蚀的主要因素, 由金属腐蚀理论可知, 随着水pH值的增加, 水中H+去极化的阴极反内受到抑制, 碳钢表面生成氧化性保护膜的倾向增大, 故碳钢在冷却水中的腐蚀速度随水pH值的升高而降低。当冷却水的pH值升高到8.0~9.5时, 碳钢的腐蚀速度降低到 (0.125~0.200) mm/a, 接近于循环冷却水腐蚀控制的指标:腐蚀速度<0.125mm/a。试验研究也表明, 将水的pH值控制在适当的范围内, 可明显地降低钢铁和铜合金的腐蚀速率, 降低缓蚀剂用量, 延长系统运行时间。但是pH值升高同时也会带来许多不可忽视的负面影响。《设计规范》 (GB/T50050-1995) 中规定, 循环冷却水应在pH7.0~9.2之间运行, 在此范围内, 提高pH值对系统产生的不利方面主要有以下几点。

(1) 冷却水的Langelier指数增大, Ryznar指数减小, 冷却水中CaCO3的沉积倾向大大增加, 易引起结垢, 不利于浓缩倍率的提高。

(2) 冷却水pH值在7.0~9.2范围内, 适宜于细菌和藻类的滋生和繁殖, 产生过多的枯泥污垢。

(3) PH值的升高使聚磷酸盐水解生成磷酸钙垢的数量增加, 也使各种水稳定剂如锌盐、Cl2、氯酚等多种缓蚀剂、杀生剂的作用效果降低, 增加了药剂的消耗量。

(4) pH值提高后, 虽然设备的腐蚀速度有所下降, 但不一定达到《设计规范》的要求, 因此, 运行中除了进行防垢和杀菌外, 还要向水中添加缓蚀剂。

(5) pH值的提高虽然可以减缓凝汽器黄铜管的层状脱锌腐蚀, 但却助长了其塞状脱锌腐蚀, 故还须向冷却水中投加铜缓蚀剂以减轻对凝汽器的腐蚀。

2.2 pH值的控制

鉴于pH值的升高所带来的种种不利因素, 必须综合考虑结垢、腐蚀、药剂效果、浓缩倍率等各方面限制, 谨慎确定冷却水的pH值范围, 不能过高或过低。

研究表明, 当循环水pH>9时, 水的结垢倾向剧增, 容易引起凝汽器的结垢和引起垢下腐蚀, 同时也增大了凝汽器铜管的均匀腐蚀和局部腐蚀速度, 所以, 循环冷却水的pH值不宜大于9.5。

根据相关资料和经验, 冷却水在冷却塔喷淋曝气过程中, 放出其中游离的CO2, 使水的pH值逐步提高:

当水中CO2不再逸入大气, 达到其自然平衡pH值时, pH值能可靠地保持在8.0~9.5之间。这个自然提高pH值的过程, 不需要添加药剂和增加设备, 不需要人员控制, 因此, 可以节省人力和投资, 节约运行费用。所以, 初步确定冷却水pH在自然平衡值8.0~9 5条件下运行。为了进一步了解pH=8.0~9.5时, 所用设备各种材料的实际腐蚀状况, 必须在运行时或通过专门试验检验设备材质的腐蚀速度和腐蚀形态。

摘要：冷却设备的腐蚀是危害火力发电厂正常运行重要因素, 作为火力发电大国, 做好火力发电厂冷却设备放腐蚀措施, 对我国经济发展具有重要意义。本文探讨了火力发电厂凝汽器和其他辅助设备的防腐蚀措施。

关键词：火力发电厂,冷却设备,凝汽器,防腐蚀