鋁合金直接空冷凝汽器腐蝕試驗(yàn)研究

郝樹宏 ,尚玉珍

(山西電力科學(xué)研究院,山西太原 030001)

鋁合金直接空冷凝汽器腐蝕試驗(yàn)研究

郝樹宏 ,尚玉珍

(山西電力科學(xué)研究院,山西太原 030001)

利用專用試驗(yàn)裝置模擬直接空冷機(jī)組空冷島運(yùn)行工況,考察了高鐵含量和長期運(yùn)行水質(zhì)波動對鋁合金凝汽器腐蝕的影響以及鋁鋼結(jié)合部位的耐腐蝕性能。結(jié)果表明,鋁合金用于直接空冷機(jī)組凝汽器,具有較好的耐腐蝕性能,能經(jīng)受機(jī)組啟動期間水汽系統(tǒng)高鐵含量的運(yùn)行,也能滿足機(jī)組長時間運(yùn)行和水質(zhì)波動的要求,鋼鋁結(jié)合處沒有明顯破壞。

直接空冷機(jī)組;凝汽器;鋁合金;腐蝕

0 引言

直接空冷機(jī)組凝結(jié)水的溫度比較高,一般在50℃以上,最高可達(dá)80℃以上。直接空冷機(jī)組凝汽器的管材都采用普通碳鋼,鋼材的傳熱系數(shù)較小,而鋁的傳熱系數(shù)是鋼的4倍[1]。如果用鋁材替代鋼材制作凝汽器管材,換熱效率將明顯提高,對于降低機(jī)組背壓、減小空冷島體積、提高機(jī)組效率和降低制造成本有重要意義。

純鋁作為凝汽器管在海勒式間接空冷機(jī)組應(yīng)用已有20多年,采用中性加氧工況,運(yùn)行良好。但純鋁因強(qiáng)度較低等原因不能用于直接空冷機(jī)組凝汽器,在其中加入銅、鐵、錳、硅、鋅等一些微量元素所制成的鋁合金,機(jī)械強(qiáng)度等性能得到改善,能夠滿足直接空冷機(jī)組空冷凝汽器的要求。純鋁和鋁合金是兩種不同性能的材料,作者曾利用專用試驗(yàn)裝置模擬直接空冷機(jī)組空冷島運(yùn)行工況,考察了鋁合金和鋼共存條件下不同水質(zhì)鋁合金的腐蝕情況[2],結(jié)果表明,鋁合金在中性純水中有較好的耐腐蝕性能,應(yīng)用在直接空冷機(jī)組作為空冷凝汽器管材,給水采用中性加氧工況,在腐蝕方面能夠滿足要求。本文進(jìn)一步研究了機(jī)組啟動和特殊情況下運(yùn)行水汽系統(tǒng)鐵含量較大對鋁合金空冷凝汽器腐蝕的影響,并對鋁合金試片和鋼鋁結(jié)合試片在專用模擬試驗(yàn)裝置中進(jìn)行不同水質(zhì)長時間運(yùn)行腐蝕試驗(yàn),為該類系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖1 模擬試驗(yàn)裝置示意圖

1 模擬試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)裝置示意圖見圖1,反應(yīng)釜和管路全部由1Cr18Ni9Ti不銹鋼制成,每個釜內(nèi)裝有聚四氟乙烯掛片裝置,試驗(yàn)前首先對裝置進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn),然后在反應(yīng)釜中安裝所需材質(zhì)試片,加入不同Cl-含量、Fe含量、pH、電導(dǎo)率的試驗(yàn)用水,通過真空和氮?dú)庀到y(tǒng)調(diào)節(jié)水中含氧量,進(jìn)行不同時間的恒溫腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)中定時測定試驗(yàn)用水的電導(dǎo)率和含氧量,通過真空和氮?dú)庀到y(tǒng)調(diào)節(jié),使水中溶解氧保持在試驗(yàn)要求范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)束后記錄試片外觀,測定試片重量變化,利用離子色譜、原子吸收、酸度計(jì)、分光光度計(jì)等測定水質(zhì),計(jì)算腐蝕速率。

2 模擬試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 高Fe含量中性純水中鋁合金的腐蝕

機(jī)組啟動時,凝結(jié)水中Fe含量比正常運(yùn)行大得多,通常在100μg/L以上,Fe含量較高將對鋁的腐蝕性能產(chǎn)生影響。試驗(yàn)考察了當(dāng)純水中Fe含量150μg/L時鋁合金的腐蝕 (試驗(yàn)時間168 h),試驗(yàn)前后試片外觀見圖2。結(jié)果顯示,Fe含量在150μg/L、溶氧150μg/L和250μg/L左右的中性純水中,即使在75℃的較高的水溫下,鋁合金仍表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能:試驗(yàn)后試片增重,表明試片氧化膜增厚,試片表面沒有明顯局部腐蝕,呈鋁氧化狀態(tài),平均腐蝕速率0.003mm/a,腐蝕情況同F(xiàn)e含量小于20μg/L中性純水中接近[2]。試驗(yàn)表明,鋁合金在機(jī)組啟動初期Fe含量較大的情況下不會明顯加劇腐蝕。

圖2 高Fe含量中性純水中試驗(yàn)前后鋁合金試片外觀

2.2 鋁合金長時間腐蝕試驗(yàn)

為進(jìn)一步考察試驗(yàn)用鋁合金在鋼鋁共存熱力系統(tǒng)中的耐腐蝕性能,進(jìn)行了不同溶氧條件下長時間腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)時間合計(jì)共1 611 h(67.1 d),試驗(yàn)水質(zhì)大部分時間處于較好穩(wěn)定條件,短時間有大幅度波動,用以模擬機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)和啟停工況;兩組試片氧含量分別保持在100μg/L和200μg/L左右(占總試驗(yàn)時間94%)純水中,最大達(dá)到519μg/L;中性水條件時間1 009 h,占總試驗(yàn)時間62.6%,最高pH 8.35;電導(dǎo)率、C l-含量、Fe含量等大部分時間維持在較低水平 (高于機(jī)組正常運(yùn)行指標(biāo)),短時間有較大幅度波動。試驗(yàn)后試片重量變化見圖3。結(jié)果表明,經(jīng)過長時間腐蝕試驗(yàn),鋁合金試片表面沒有明顯局部腐蝕,在第一階段168 h試驗(yàn),試片顯著增重,以后增重明顯減緩,在300～400 h后重量基本保持不變至試驗(yàn)結(jié)束,表明試驗(yàn)初期試片表面進(jìn)一步氧化,氧化膜增厚,經(jīng)過一定時間后,氧化膜不再增厚,試片腐蝕非常緩慢,重量基本保持不變。長時間腐蝕試驗(yàn)充分說明,該鋁合金在中性純水中具有較好耐腐蝕性能,能經(jīng)受水質(zhì)波動和長時間運(yùn)行考驗(yàn)。

圖3 長時間腐蝕試驗(yàn)鋁合金試片的重量變化

2.3 鋁鋼結(jié)合試片的腐蝕試驗(yàn)

直接空冷機(jī)組凝汽器采用鋁合金后,與其連接的管道等部位采用焊接方法將鋼與鋁合金連接到一起,在連接部位存在鋼和鋁合金兩種金屬材質(zhì),而且緊密接觸,在水溶液中因?yàn)殡姌O電位不同而有可能加速鋁的腐蝕。試驗(yàn)考察了在較高水溫下 (75℃)中性純水中鋼鋁復(fù)合試片的腐蝕情況,試驗(yàn)共進(jìn)行648 h(27 d),具體試驗(yàn)控制條件見表1,試驗(yàn)后試片外觀見圖4,試片重量變化見圖5。

表1 鋁鋼結(jié)合試片腐蝕試驗(yàn)條件表

圖4 鋼鋁結(jié)合試片腐蝕試驗(yàn)后外觀

圖5 鋁鋼結(jié)合試片腐蝕試驗(yàn)重量變化

試驗(yàn)結(jié)果顯示,試片鋁合金部分沒有明顯局部腐蝕,但是A l腐蝕速率在 0.006 5 mm/a以上,高于Al3003鋁合金試片在相近條件下0.003 mm/a左右的腐蝕速率[2],說明鋼鋁結(jié)合部位鋁合金腐蝕有所加速,Cl-含量較高時腐蝕加快,平均腐蝕速率0.009 mm/a以上;在溶解氧約200μg/L純水中試片鋼部分表面呈褐色Fe3O4膜,平均腐蝕速率0.025mm/a左右。試片重量變化開始表現(xiàn)為鋼的連續(xù)腐蝕失重,經(jīng)第一階段168 h試驗(yàn)后,失重速度顯著減緩,特別是水中溶解氧200μg/L左右試片168 h后重量減輕很少,表明鋼表面生成了Fe2O3氧化膜,阻止了鋼的進(jìn)一步腐蝕。鋼的腐蝕與水的電導(dǎo)率有很大關(guān)系,給水加氧處理要求給水電導(dǎo)率小于0.15μS/cm才可以進(jìn)行加氧處理,試驗(yàn)中無法模擬電導(dǎo)率小于0.15μS/cm的條件,電導(dǎo)率最小在0.4μS/cm以上,鋼的腐蝕速率較高,在實(shí)際運(yùn)行電導(dǎo)率小于0.15μS/cm的中性純水中將生成鐵的氧化膜,腐蝕會很小。試驗(yàn)說明,在鋁鋼結(jié)合處沒有明顯破壞,結(jié)合部位附近鋁合金腐蝕有所加快,應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際情況采取噴涂防腐層、陰極保護(hù)等方法減小鋁的腐蝕,另外,還應(yīng)考慮鋁鋼兩種金屬熱膨脹系數(shù)不同可能對結(jié)合處產(chǎn)生的影響和破壞。

3 結(jié)論

鋁合金應(yīng)用在直接空冷機(jī)組作為凝汽器管材,給水采用中性加氧工況,具有較好耐腐蝕性能,能適應(yīng)在機(jī)組啟動期間水汽系統(tǒng)高鐵含量的運(yùn)行條件,也能滿足機(jī)組長時間運(yùn)行和水質(zhì)波動的影響,鋼鋁結(jié)合處沒有明顯破壞,結(jié)合部位附近鋁合金腐蝕有所加快,應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際情況采取噴涂防腐層、陰極保護(hù)等方法減小鋁的腐蝕。

[1] 吳芳.鋁及鋁合金的焊接技術(shù)[J].化工設(shè)備與管道,2007,44(3):52-53.

[2] 郝樹宏,尚玉珍.直接空冷機(jī)組應(yīng)用鋁合金凝汽器試驗(yàn)研究 [J].山西電力,2009(2):41-42.

Study on Corrosion Per formanceof A lum inum A lloy Condenser of Dry-cooling Unit

HAO Shu-hong,SHANG Yu-zhen
(Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan 030001,China)

By emp loying a special experimental equipment which can simu late the running condition of direct air-cooling steam condenser,the influences of high Fe concentration,unit's long time operation and w ater fluctuation on the corrosion of alum inum alloy condenser are analysed and the anti-corrosion property of A l-steel connected part is also studied.The result show s that alum inum alloy is better characterized o f anti-corrosion;it can bear the operation of w ater steam system with high Fe concentration during the start-up of unit;it can also deal with the unit's long-time operation and w ater fluctuation;and there is no clear corrosion in the A l-steel connected part.

dry-coo ling unit;condenser;alum inum alloy;corrosion

TK 264.1+1

A

1671-0320(2010)03-0035-03

2009-12-22,

2010-04-13

郝樹宏 (1974-),男,山西代縣人,1997年畢業(yè)于太原理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè),碩士,高級工程師,主要研究方向?yàn)殡姀S水處理及防腐、防垢;

尚玉珍 (1957-),女,山西大同人,1982年畢業(yè)于武漢水電學(xué)院電廠化學(xué)專業(yè),高級工程師,主要研究方向?yàn)殡姀S水處理及防腐、防垢。