i第九章冷却水系统的腐蚀与防护

1、学习内容v 绪论v第一章 电厂用水概述v第二章 水的预处理v第三章 水的预脱盐（超滤、反渗透）v第四章 锅炉补给水深度除盐v第五章 凝结水精处理v第六章 超临界机组热力设备腐蚀概述v第七章 热力设备的氧腐蚀和酸性腐蚀v第八章 超临界机组的水化学工况v第九章 冷却水系统的腐蚀与防护v第十章 热力设备的化学清洗第九章 冷却水系统的腐蚀与防护v第一节 凝汽器不锈钢管的腐蚀与防护v一、不锈钢管凝汽器发展概况 v 1958年7月世界上第一台表面积为5109m2的TP304不锈钢管凝汽器在美国西费吉尼亚河谷电站投运 。v 1989年，河北上安电厂第1台从美国GE公司进口的350MW机组的不锈钢管凝汽器投入

2、运行 ；0.71mm壁厚的TP316L不锈钢管 。v 不锈钢管与铜合金管相比较，不仅具有较高的机械强度和弹性模量，而且具有更好的抗污染水体腐蚀和抗冲刷腐蚀能力；另一方面，就单位长度价格而言，薄壁焊接不锈钢管与黄铜管相近，但比白铜管低得多。二、凝汽器不锈钢管材v 1化学成分v 不锈钢的牌号很多，凝汽器管多数使用奥氏体不锈钢，另外还有铁素体和双相不锈钢。在淡水、微咸水、咸水中使用的奥氏体不锈钢主要是FeCrNi系合金，即美国AISl 300系不锈钢，包括TP304、TP316和TP317系列不锈钢管 (1)增加不锈钢中Mo的含量可以提高，在含Cl-介质中耐缝隙腐蚀和点蚀的能力；(2)降低不锈钢中碳

3、含量或加稳定化元素Ti、Nb、Ta可减小焊接时发生晶间腐蚀的倾向；(3)在不锈钢中添加N元素可以提高强度，以补偿降低碳带来的强度降低，还可以增进其耐点蚀性能和相的稳定性能；(4)增加Ni含量可提高其强度，并改善抗应力腐蚀和高温氧化的性能。 v2物理和力学性能v不锈钢管的强度和弹性模量均比铜管和钛管高，允许应力是海军黄铜的1.6倍，是钛管的1.5倍，所以允许有较大跨距而不振动；不锈钢管热膨胀系数比铜管更接近钢；不锈钢管导热系数与钛管差不多，比铜合金管低得多，但由于其强度高，耐蚀性好，可通过减小管壁厚度来减小管壁的热阻。v三、凝汽器不锈钢管的耐蚀性v 1点蚀和缝隙腐蚀v 影响不锈钢管的点蚀和缝隙腐

4、蚀的材质因素主要是合金元素和表面状态。在合金元素 中，Mo是提高不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀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不锈钢，其耐点蚀和缝隙腐蚀性能可以大大提高；添加0.10.3的N也可使不锈钢耐点蚀性能明显提高。表面状态对不锈钢的点蚀和缝隙腐蚀也有影响，为了减少金属表面的不均匀性，钝化处理是有效的。因此，在对不锈钢管进行酸洗后必须进行钝化处理。另外，钢表面越光洁，异物越难以附着，发生点蚀和缝隙腐蚀的几率越小。 vC1-的含量越高，pH值越低，不锈钢管越容易发生点蚀和缝隙腐蚀。v当溶液中SO42-的浓度为Cl浓度的二倍以上即可抑制点蚀，因此，SO42-量

5、少时，钝化电流密度变增大，结果缝隙腐蚀量增加。v溶液温度提高，增加点蚀倾向，加速缝隙腐蚀。v增加溶液中溶解氧，在未发生腐蚀的情况下，有利于金属表面钝化；但腐蚀发生后，将使缝隙和蚀孔外部腐蚀速度增大。v不能忽视沉积物下腐蚀。v注意凝汽器水侧的停用保护。v2晶间腐蚀v降低奥氏体不锈钢中的碳含量或加入稳定化元素Ti或Nb也可有效地抑制其晶间腐蚀。v3应力腐蚀v可水解产生酸的酸性氯化物，如CaCl、MgCl等，均能引起奥氏体不锈钢的SCC，并且C广含量和温度越高，发生SCC的倾向越大。v四、凝汽器不锈钢管的选材与维护 v 1选材v我国现在不锈钢选材的方法主要有三种：(1)通过选材试验确定；(2)由承建

6、的著名跨国公司根据自己的经验或选材试验确定；(3)根据不锈钢管制造商提供的资料，仅按冷却水中的Cl-浓度确定。v2维护v(1)冷却水长期低流速运行或长期停留在凝汽器内，将使不锈钢管耐点蚀性能下降。v (2)防止结垢。不锈钢管凝汽器应更加重视防止结垢，胶球等清洗装置应正常运行。v(3)注意防止凝汽器管过热。因为温度上升，点蚀电位下降，点蚀和缝隙腐蚀加剧。v (4)不锈钢也存在生物腐蚀，同样应重视对循环冷却水系统中微生物的控制。v (5 )选用对不锈钢耐蚀性能的影响较小的水处理药剂。第二节 凝汽器钛管的腐蚀与防护一、钛管凝汽器在电厂中的应用现状 1972年美国在ArthurKill电站首次使用全焊

7、接钛管凝汽器。 1981年，日本首先在火力发电厂实现了全钛管冷凝器。 1983年8月我国在台州电厂125MW的机组上安装投运无缝钛管全钛凝汽器。二、凝汽器钛管的耐蚀性 凝汽器钛管的耐蚀性，主要是因为钛表面能形成保护性氧化膜。钛表面的氧化膜通常是多层结构的氧化膜，它从氧化膜表面的TiO2逐渐过渡到中间的Ti2O3，在氧化物金属界面则以TiO为主。三、钛管凝汽器设计中的几个重要问题 1防腐蚀设计 在钛管凝汽器的设计中，为了防止海水对凝汽器冷凝管水侧的腐蚀，冷凝管全部选用 钛管；为了防止钛管与管板构成电偶腐蚀电池而导致管板的电偶腐蚀，管板应选用钛板或 碳钢板外侧包覆薄钛板(0.30.5mm)组成的复

8、合管板。这样，就构成了所谓的全钛凝汽器。为了保证全钛凝汽器的严密性，钛管经过胀管、翻边后直接与钛板焊接。另外，为了防止全钛凝汽器碳钢水室的腐蚀，还应采用良好的衬胶工艺，对碳钢水室进行衬胶处理。这样，整个凝汽器将具有良好的耐蚀性和严密性。 2钛管的热传系数 为了提高钛管传热效果，利用钛强度高和耐蚀的特点，尽量减小管壁厚度，增大 冷却水的流速，并进行有效的胶球清洗，钛管的实际传热系数不一定比铜管差。 3钛管的振动 由于使用的钛管壁厚仅为0.5mm，钛的弹性模量约为铜的一半，因此，解决凝汽器钛管的振动问题直接关系到凝汽器的可靠性和使用寿命。v四、钛管凝汽器的维护v 1运行中的维护v (1)钛管的胶球

9、清洗：对钛管进行定期的胶球清洗是恢复钛管清洁度的有效措施。v (2)冷却水的杀生剂处理：水生物在钛管上比在黄铜管上更容易附着和生长。最好选用高效、低毒、可降解的非氧化型杀菌剂。v (3)提高冷却水的流速：可抑制生物在钛管上的附着。凝汽器管内的设计流速一般应为2.3m/s左右。v2定期检修 在机组的检修期间，应对凝汽器彻底清扫和检修。 在检修消缺时，对有泄漏或缺陷的钛管用半硬质的商品专用橡皮塞进行堵管处理。及时对全钛凝汽器的其他防腐部位进行消缺。第三节 发电机空心铜导线的腐蚀 v 一、铜导线的腐蚀特征及危害 水内冷发电机空芯导线一般是用工业纯铜制造的。纯铜在不含氧的水中的腐蚀速度是 很低的，仅有

10、10-4s/(m2h)的数量级。而当水中溶有游离二氧化碳，使水呈微酸性或酸性，并且有氧时，铜的腐蚀速度大大加快。腐蚀后的铜管表面露出基体铜合金的颜色，但无金属光泽，表面基本平整或略有些凹凸不平，管壁明显减薄，呈均匀腐蚀的形貌。在温度较低时，腐蚀产物呈绿色，主要成分是碱式碳酸铜CuCO3Cu(OH)2，以及少量的氧化亚铜；温度较高时，腐蚀产物为黑色，主要是氧化铜以及少量的氧化亚铜和碱式碳酸铜。这可能是由于温度较高时，沉积在管壁上的碱式碳酸铜受热分解而生成氧化铜的缘故。 工业纯铜制的发电机空芯导线在含氧的弱酸性水中腐蚀所生成的腐蚀产物，只有少量 附着在腐蚀部位的管壁表面上，大部分都从管壁上脱落而进

11、入冷却介质中。被带入空芯导线冷却介质中的腐蚀产物，在定子线棒中被发电机磁场阻挡而沉积，可能导致空芯导线逐渐被铜氧化物堵塞或通流截面减小，引起发电机线圈温度上升，甚至烧毁。因此，必须采取措施防止发电机空心铜导线的腐蚀。v二、铜导线腐蚀的影响因素 v(1)溶解氧含量。v溶解氧含量对铜的腐蚀速度的影响。从图上可以看到，随着水中溶解氧的含量增大，开始时铜的腐蚀速度增大；但当腐蚀速度增大到一定程度后，如继续增大溶解氧的含量，则铜的腐蚀速度又趋于降低。v (2)水的pH值。v将水的pH值提高到中性或弱碱性范围，对降低的铜的腐蚀都会有明显的效果。相反，当水的pH值低于中性时，铜的腐蚀就急剧增加。v(3)水中

12、游离二氧化碳含量。v随着二氧化碳含量的增大，铜的腐蚀速度也增大。v(4)水的纯度。试验结果表明，在相同的pH值下，铜在电导率1.0S/cm的水中的溶出速率明显低于电导率介于2.510S/cm的水中的溶出速率。 v三、内冷水水质标准v(1)有足够的绝缘性(即较低的电导率)，以防止发电机绕组对地短路而导致泄漏电流和损耗增加，特别是闪络事故导致的严重后果；v(2)对发电机铜导线和内冷水系统应无侵蚀性，以防止铜导线的腐蚀产物(主要是铜氧化物)颗粒在空心铜导线内沉积，造成导线内部内冷水流通截面积减小，阻力加大，甚至完全堵塞。四、控制内冷水水质和防止铜导线腐蚀的方法四、控制内冷水水质和防止铜导线腐蚀的方法

13、1控制内冷水中溶解氧和二氧化碳农度控制内冷水中溶解氧和二氧化碳农度 采用控制O2和CO2含量的方法以减缓或抑制铜的腐蚀。 国外大型发电机已采用全密闭式水冷系统，在内部充以惰性气体维持正压，防止氧和二氧化碳进入水冷系统，并且调节内冷水水质无氧并在碱性范围。或在内冷水中增设有除氧功能的除氧树脂交换器，以除去水中的溶解氧，减缓和防止空芯铜导线的腐蚀。国内大型水冷发电机组的水冷系统虽然也设计有充氮或充氢密封系统。2控制内冷水电导率控制内冷水电导率 一般情况下单纯采用换水法控制内冷水水质是不可取的，此法只能作为系统投运期间或水质不良时的一个临时性措施。 旁路小混床离子交换法是控制内冷水电导率的一种比较有

14、效的方法。采用此方法处理时，当水箱密封不严，水中溶有较多二氧化碳和溶解氧时，内冷水的pH值可能偏低，使空芯铜导线腐蚀严重。为了提高内冷水的pH值，可向水中添加适量的NaOH。 3控制内冷水的控制内冷水的pH值值 在“旁路小混床离子交换+适量NaOH碱化”的基础上改进的“微碱化”离子交换方法是一种对内冷水水质(电导率、pH和铜离子含量)进行综合控制的可行方法。与上述旁路小混床离子交换法不同的是，这种方法是将Na型阳离子交换树脂(RNa)和OH型阴离子交换树脂(ROH)混合填装在旁路混床中。通过这种旁路混床对部分内冷水进行连续的离子交换处理，将内冷水中因铜导线腐蚀产生的微量Cu(HCO3)2转化为

15、NaOH，并使处理出水返回内冷水箱。这样，不仅可控制pH值，而且可同时控制电导率和铜离子的含量。 4缓蚀剂法缓蚀剂法 一直以来，苯并三氮唑(BTA)是电厂中应用情况比较好的缓蚀剂，除了单纯BTA法，还有BTA+EA法、BTA+NH3法和BTA+NaOH法。 BTA的分子式为C6H4N2HN，分子式量119，有特殊的气味，微溶于水，可溶于乙醇，抗氧化性较强。BTA产品为白色针状晶体，可加工成片状、颗粒状或粉状。 BTA能与铜原子作用，在铜管表面生成一层聚合直线结构的CuBTA膜。这种表面膜具有保护性，从而防止了铜的进一步腐蚀。 一般在内冷水添加13mg/LBTA就可有效地抑制空芯铜导线的腐蚀。

16、二十五项反措中11.3.1.5条中规定：水内冷发电机水质应严格控制在规定范围内。水中铜离子含量超标时，为了减缓铜导线的腐蚀，125MW及以下机组允许运行时在水中加缓蚀剂，但必须控制pH值大于7.0，并建议125MW以上机组最好不采用加缓蚀剂法处理内冷却水。v五、典型定子冷却水控制系统的特点v 1定子冷却水控制系统工作原理v 采用闭式循环方式，使连续的高纯水流通过定子线圈空心导线，带走线圈损耗。定子冷却水是从化学车间直接引来的合格二级除盐水。补入水箱的化学除盐水通过电磁阀、过滤器，最后进入水箱。开机前管道、阀门、集装所有元件和设备要多次冲洗排污，直至水质取样化验合格后方可向发电机定子线圈充水。水

17、箱内的水通过耐酸水泵升压后送入管式冷却器、过滤器，然后再进入发电机定子线圈的汇流管，将发电机定子线圈的热量带出来再回到水箱，完成一个闭式循环。为了改善进入发电机定子线圈的水质，将进入发电机总水量的510的水不断经过本装置内的离子交换器进行处理，然后回到水箱。v 2定子冷却水系统设计参数v (1)水量：定子冷却水(即二级除盐水)：903T/h；二次冷却水(普通水)：400T/h。v (2)水压：定子冷却水：0.250.35MPa；二次冷却水：小于0.3MPa。v (3)进水温度：定子冷却水：4550；二次冷却水：33。v (4)出水温度：定子冷却水90。v3离子交换器v 离子交换器为不锈钢制造，

18、直径325，高度1735mm，运行周期约1200小时，定子冷却水循环处理比例为510，处理后水电导率值0/10/5S/cm。交换器中，阳树脂为0017，重24kg；阴树脂为2017，重20kg；阳阴树脂体积比为1:1。当监测离子交换器出口水质的电导率计显示其电导率值高于0.5S/cm时，表明离子交换器中的树脂已失效，此时应从系统中切除离子交换器，更新树脂，再投入系统运行。 v4水箱的运行v 水系统在运行时，建议水箱充氮运行，如果水箱不充氮，在常压下，大气中的氧气和二氧化碳进入水箱，空芯导线的腐蚀将加快。使用氮气给水箱加压，水箱上设有减压器，能自动调节氮气压力，维持氮气压力在0.014MPa，当水箱内氮气压力超过0.035MPa时，安全阀将自动打开，释放压力。v 5定子水系统发生异常现象的分析v (1)经