凝汽器冷却管在蒸汽侧的腐蚀和防止措施

凝汽器冷却管在蒸汽侧的腐蚀和防凝汽器冷却管在蒸汽侧的腐蚀和防 止措施止措施 前言前言 凝汽器冷却管水侧的腐蚀一直为设计 制造和运行人员所 迫切关注和高度防范的焦点问题 然而冷却管汽侧的腐蚀问题 由于种种原因而往往为人们所忽视或遗落 如果对这个问题给 予充分的掌握和解决 就可以在汽轮机组的正常运行中可使凝 汽器冷却管在蒸汽侧的腐蚀减少到最低或不发生 1 凝汽器冷却管蒸汽侧的腐蚀凝汽器冷却管蒸汽侧的腐蚀 冷却管蒸汽侧的腐蚀有别于水侧的腐蚀 通常只要在凝汽 器的结构设计中给予一定的重视就可以得到较好的使用效果 常见的汽侧腐蚀如下所述 1 1 应力腐蚀裂纹 发生在凝汽器水侧的应力腐蚀裂纹也可以发生在汽侧 它 是一种敏感合金在特殊腐蚀介质中因拉伸应力加大而缓慢形成 的裂纹的一种形式 在凝汽器中仅发现过铜合金因产生应力腐蚀裂纹而受到的 损坏 通常在凝汽器的常规运行条件下 不锈钢管和钛管则不 受应力腐蚀裂纹的影响 一般绝大多数的应力腐蚀裂纹损坏是 从冷却管的汽侧开始的 在每种情况下 应力腐蚀裂纹损坏都 仅仅发生在拉伸应力 残余的或施加的应力 高得足以引起应 力腐蚀裂纹的部位 假定在铜合金管上的某些部位已有足够高的应力 那么产 生应力腐蚀裂纹的第二个先决条件便是可引起裂纹的一种介质 如铜基合金在含氨的介质中就容易产生 导致铜合金管汽侧应力腐蚀裂纹的介质条件是很清楚的 在这里绝大多数的应力腐蚀裂纹 虽然不是全部 都是由含有 溶解氧的氨溶液引起的 尤其是空气冷却区内氨的浓度特别高 因此 这里经常产生应力腐蚀裂纹 在冷却管常用的铜合金中 黄铜管在含氨的介质里最容易 产生应力腐蚀裂纹 海军黄铜 经过或未经过缓蚀处理 较多 发生应力腐蚀裂纹 另外 如果在处理过程中避免铁在铜镍合 金中沉淀 那么铜镍合金则根本上不受氨所导致的应力腐蚀裂 纹的影响 如在空气冷却区中经常使用的 bfe30 1 1 无论在冷却管的哪一侧开始产生裂纹 都有一些防止冷却 管产生应力腐蚀裂纹的有效方法 所以在冷却管的安装过程中 应注意避免胀管越出管板的厚度 应规定全部消除应力的冷却 管在最终消除应力后要避免弯曲 碰撞和机械冲击造成的凹痕 使用可耐受应力腐蚀裂纹的合金 是防止汽侧应力腐蚀裂纹的 另一种方法 如采用铜镍合金管 不锈钢管以及钛管 凝汽器的任何泄漏都应当迅速确定位置和即刻解决 因为 严密的凝汽器不仅可大大改进铜合金耐受汽侧应力腐蚀裂纹的 性能 还可大大增加耐受凝结水腐蚀的性能 1 2 凝结水腐蚀 导致铜合金冷却管汽侧产生氨致应力腐蚀裂纹的介质条件 类型 也是导致凝结水腐蚀的介质条件类型 凝结水腐蚀亦即 氨腐蚀 这种腐蚀多局限于空气冷却区 因为这里的氨和氧的 浓度特别高 另外 在同时存在着氧的情况下 这些氨溶液就可以在被 接触的相邻的铜合金管子上产生圆环状的腐蚀深沟 凝结水腐 蚀沟 氧在凝结水腐蚀机理中的作用 并不亚于氨所起的作用 漏入凝汽器的空气不仅提供在凝结水腐蚀中起关键作用的 氧 同时也使 co2 漏入凝汽器 而 co2 在含氨的凝结水明显地 加快了铜合金的腐蚀速度 防止氨致应力腐蚀裂纹的许多方法 也可用来防止凝结水 腐蚀 例如 在空气冷却区采用 bfe30 1 1 的铜合金管 更好的 是采用不锈钢管 钛管 1 3 冲刷腐蚀 冲刷腐蚀亦称汽侧腐蚀 是冷却管主要损坏形式之一 它 主要发生在直接受到汽轮机排汽冲刷和受到其它排入凝汽器的 高能流体的冲刷的外围冷却管上 汽侧的耐腐蚀性能与冷却管的耐腐蚀性能 耐疲劳强度 弹性模数 硬度和极限强度等有关 且不锈钢管 钛管优于铜 合金管 蒸汽速度是影响冲刷腐蚀速度的主要参数 在凝汽器的结 构设计中 如能适当地使汽流分散来降低排汽 疏水和排气口 附近的蒸汽速度 则可以大大减少或消除冲刷腐蚀 对于大量 的汽水快速排放可使用大容量的外置式疏水扩容器 控制冲刷腐蚀的另一常用方法 是安装用耐磨蚀性能更好 的材质制成挡汽板或护套管 1 4 振动损坏 在讨论凝汽器汽侧腐蚀损坏时 往往将冷却管的振动损坏 归并进来一起论述 在凝汽器冷却管发生振动 当振幅很高时 冷却管在一种 或多种机理作用下可能受到损坏 磨损率高也会促使疲劳损坏 或腐蚀疲劳 即使是振幅小的一些冷却管 也会在靠近中间管 板和管板处产生疲劳损坏或微振磨损 流体引起的振动一般局限于凝汽器管束的外围管子或设计 不当造成的窄蒸汽通道两侧的管子 不管是微振磨损 碰撞损 坏 还是疲劳损坏 都可能使大量的冷却管受到影响 使得现 今每台凝汽器的迎风面三排管子采用厚壁管 冷却管振动原因是设计失误使中间管板跨距过大或高能流 体流入口处的导流板不能使流体有效地分散所造成 1 5 汽侧腐蚀与凝汽器负荷 结构的关系 在绝大部分或许多情况下 冷却管蒸汽侧会受到来自汽轮 机低压缸排汽的高速湿蒸汽流的浸蚀 但是总的来看 冷却管 蒸汽侧的腐蚀严重程度是与凝汽器的负荷有关系的 上述事故的发生 在考虑汽轮机低压缸排汽部分尺寸和布 置以及凝汽器的位置时就会遇到这个问题 基本上冷却管和凝 汽器的结构部分的腐蚀与低压缸排出的蒸汽速度和蒸汽中水份 的含量有很大的关系 当然 这也是与所受冲击部分的材质表 面硬度热处理有关 但是 由于凝汽器结构所造成的局部蒸汽 速度过高和局部高速流动的水滴数量则是尤为重要 由于蒸汽速度与绝对压力成反比 所以压力的数值大小是 非常重要的 由此可知 当凝汽器循环冷却水入口温度较低时 就会造成凝汽器蒸汽侧较低的压力和较高的排汽速度 汽轮机低压缸排汽部份与管束上面顶排冷却管之间的凝汽 器喉部最好是尽量做到呈扩散形 在排汽膨胀很急剧的部位 高速汽流不能够有折转并应是很好地充满整个流道的横截面 凝汽器顶排冷却管是蒸汽侧发生腐蚀最为严重的部位 2 近代技术发展趋势近代技术发展趋势 必须研究以提供必要的布置方案和结构来适应和满足大功 率汽轮机组的发展 与低压缸排汽速度变化有关的一些影响因素可以归纳为 凝汽器的合适的渐扩形进汽口 喉部 汽轮机低压缸排 汽口与凝汽器最上面顶排冷却管子之间的距离 低压缸排汽口与凝汽器管束的排列形状和尺寸 凝汽器管 束和汽轮机低压缸的布置和相对位置 以及低压缸的扩压部分 结构等等 为进入凝汽器的高速蒸汽流动分布制造了无法回避 的负面影响 增大了排汽流动的压力损失 也加剧了冷却管蒸 汽侧的浸蚀程度 另外一个值得注意的问题是依据 高能流体排入表面式凝 汽器的推荐设计准则 美国电力研究所 大量的疏水 排 汽涌入凝汽器 使凝汽器必然成为各种水 汽的汇集点 它们 最终影响了低压缸排汽流动形状 速度 增加的水滴数量势必 更加严重地加速了蒸汽侧冷却管的浸蚀 3 附加流体向凝汽器的排放附加流体向凝汽器的排放 为了满足电厂热力循环系统的需要和节约工质 凝汽器除 了接收汽轮机正常排汽外 还要接收各种附加流体 疏水 补 水 再循环水和汽水混合物 在过去相当长的一段时间内 人们由于对附加流体排入凝汽器的严重问题缺乏认识和设计 运行上的疏忽大意 严重地导致了凝汽器冷却管和某些零部件 被冲击浸蚀 造成过量的热变形 甚至冷却管的高速蒸汽流和 水滴致使振动损坏和浸蚀泄漏等一系列事故的发生 在大型凝汽器的设计 运行中 由于附加流体的排入所造 成的一系列典型事故 其主要原因如下所述 凝汽器局限在一 个有限的空间内 而喉部还得布置众多不同尺寸 大小的设备 于是 喉部所剩余的空间一般就难于满足布置附加流体排入装 置和附加流体安全扩散的合理要求 没有使用正确的计算方法或者没有遵照合理的设计原则 又没能确切地掌握或者低估了附加流体的排入参数 当水和蒸汽混合排入时没有给予充分的重视 挟带众多水 滴的高速两相流对冷却管和相关部件的冲击浸蚀危害极大 没有依据附加流体能级的高低正确地选择排入位置 主要 表现为 排入流体的扩散方向正对着冷却管 而又没有或无法装设 有效的挡板 排入流体的扩散距离不够 使其冲在凝汽器内的构件上时 的能量仍过大 附加流体排入系统控制部分失调 处理附加流体排入凝汽器的主要原则应是尽可能减轻乃至 避免附加流体 冷水 饱和水或过热水 闪蒸混合物 饱和蒸 汽或过热蒸汽 特别是高能级附加流体排入凝汽器时对其构件 含冷却管 发生的冲击浸蚀的破坏作用 在某些特定的情况 下 还必须专门设置独立于凝汽器之外或附设在凝汽器壳体壁 上的闪蒸箱 此外 在处理附加流体排入问题时 一定要使排入附加流 体的热负荷尽可能比较均匀地分布于冷却管束上 尤其是核电站汽轮机要求 100 旁路的减温减压器全部蒸 汽排入到凝汽器喉部 并且汽轮机启动 运行和停机过程中全 部疏水也要排入凝汽器 或经疏水扩容器 为了确保附加流体排入凝汽器的安全可靠性 需要对排入 流体的动能加以限制 还应当考虑流体排入的运行方式 其中 最为重要的是要区分附加流体是连续地还是间断地或是短暂地 排入凝汽器 4 凝汽器蒸汽侧腐蚀的预防措施凝汽器蒸汽侧腐蚀的预防措施 为防止低压缸高速排汽流挟带高速水滴冲击浸蚀管束顶排 通常取为三排 冷却管可采用管壁加厚的厚壁管 这也对 顶排冷却管避免引发的激振带来相应的好处 众所周知 凝汽 器冷却管的壁厚是由于冷却管材质的腐蚀寿命确定的 并不是 由强度条件决定的 就蒸汽侧的壳体部份的腐蚀来看 通常可在凝汽器的喉部 设置导流板 以重新安排高速汽流的形状 尤其不可忽视冬季 冷却水温度较低而引起的蒸汽速度较高的问题 对于附加流体向凝汽器排入引起的冲击浸蚀主要是通过布 置的挡板或分流集管 挡板的位置和尺寸大小的正确设计可以 避免附加流体冲出后对冷却管的损坏 应对进入挡板区域的最 大汽流速度做到正确计算 以校核该挡板设计的准确性 正确计算冷却管避免振动的公式可以求得凝汽器中间管板 的最小间距 但是在凝汽器设计中 应高度注重冷却管束的排 列 蒸汽流中水滴的分布情况对冷却管的腐蚀甚是重要 但对 冷却管的受迫振动来说 蒸汽流的汽流