某電廠凝汽器銅管滲漏原因分析

田鑫波

摘? 要：文章通過對某火力發(fā)電廠#2機(jī)組凝汽器銅管頻繁腐蝕泄漏的現(xiàn)狀、泄漏形成的原因進(jìn)行分析，確認(rèn)氨腐蝕為凝汽器銅管泄漏的根本原因;同時根據(jù)其腐蝕特征及腐蝕分布情況，采取了有效措施，防止了銅管的進(jìn)一步腐蝕，確保了凝汽器良好的換熱效率和凝結(jié)水水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;凝汽器銅管;腐蝕原因;防治措施

中圖分類號：TM621? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0075-03

Abstract： Based on the analysis of the present situation of frequent corrosion leakage of condenser copper tube of #2 unit in a thermal power plant and the causes of leakage， it is confirmed that ammonia corrosion is the fundamental cause of condenser copper tube leakage. At the same time， according to its corrosion characteristics and corrosion distribution， effective measures are taken to prevent further corrosion of copper tube and ensure good heat transfer efficiency and condensate water quality of condenser.

Keywords： power plant; condenser copper tube; corrosion cause; prevention and control measures

引言

在火電廠中能夠直接污染水汽質(zhì)量的主要設(shè)備是凝汽器。凝汽器的微漏、滲漏和泄漏都會不同程度的影響凝結(jié)水質(zhì)量，進(jìn)而影響給水質(zhì)量。近些年，隨著機(jī)組參數(shù)與容量的不斷提高，嚴(yán)重影響高參數(shù)大容量機(jī)組安全運行的最重要因素就是凝汽器的腐蝕泄漏，所以對熱力系統(tǒng)中的水汽品質(zhì)提出了更高的要求。

凝汽器腐蝕損壞可以直接危害凝汽器管材如本例中的銅管，但是更重要的是引起機(jī)組爐前系統(tǒng)、鍋爐以及汽輪機(jī)的腐蝕與結(jié)垢。這是由于大型鍋爐的給水水質(zhì)要求高，水質(zhì)緩沖性小，冷卻水漏入凝結(jié)水后迅速惡化凝結(jié)水水質(zhì)，更嚴(yán)重的甚至?xí)斐赡鞯膿p壞泄漏，導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷運行，甚至停機(jī)。所以，凝汽器的腐蝕防護(hù)工作至關(guān)重要。

某火力發(fā)電廠1～6號機(jī)組為全進(jìn)口350MW機(jī)組。其中鍋爐部分由美國福斯特·惠勒能源公司制造，類型為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐;汽輪機(jī)設(shè)備部分由德國西門子公司生產(chǎn)，型號為K30-40-16、N30-2×10，型式為反動式單軸雙缸、雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、節(jié)流調(diào)節(jié)凝汽式汽輪機(jī)，額定負(fù)荷350MW。與汽輪機(jī)配套的凝汽器型式為單殼、對分雙流程表面式。凝汽器冷凝區(qū)銅管材質(zhì)為HSn70-1A黃銅管，銅管數(shù)量18500根，銅管規(guī)格為Φ32mm×1.245mm×10990mm;空抽區(qū)銅管材質(zhì)為B30白銅管，銅管數(shù)量348根，銅管規(guī)格為Φ32mm×1.200mm×10990mm。機(jī)組爐水處理方式全部為加固體氫氧化鈉堿化處理?？刂浦笜?biāo)依據(jù)《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》GB/T12145-2016控制。我公司最早滲漏的為#2機(jī)組凝汽器，自2000年投運后不到一年，凝汽器銅管即出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，并且日趨嚴(yán)重，至2004年6月#2機(jī)組第一次檢查性大修時，經(jīng)渦流探傷檢測共更換銅管1600多根。#1、#3、#5、#6機(jī)組在運行數(shù)年后也開始出現(xiàn)滲漏。至目前為止，除#4機(jī)組未出現(xiàn)滲漏外（2005年10月改給水處理為加氧處理），其他五臺機(jī)組均有不同程度的滲漏。尤其是#2機(jī)組，大修更換銅管數(shù)月后又出現(xiàn)滲漏。從堵管情況看，滲漏銅管多存在于空抽區(qū)下部，而空抽區(qū)內(nèi)B30白銅管因出現(xiàn)滲漏而堵管的很少。

1 泄漏情況

機(jī)組滲漏導(dǎo)致凝結(jié)水氫導(dǎo)超標(biāo)主要表現(xiàn)在膠球系統(tǒng)投運時。即一投運膠球系統(tǒng)，凝結(jié)水氫導(dǎo)很快上升，停運膠球系統(tǒng)后，凝結(jié)水氫導(dǎo)又很快下降，且每臺機(jī)組均有凝檢氫導(dǎo)隨之上升或下降現(xiàn)象。如此的結(jié)果直接導(dǎo)致膠球系統(tǒng)無法正常投運，銅管內(nèi)粘泥無法很好的清除，理論上來說，銅管內(nèi)表面的不同部位上的供氧差異和介質(zhì)濃度差異，可能造成的最壞結(jié)果是導(dǎo)致局部腐蝕，甚至穿孔。

某火力發(fā)電廠#2機(jī)組自投運以來，凝汽器銅管經(jīng)常出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象（見表1），且日趨嚴(yán)重，對機(jī)組安全運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。多年來，已經(jīng)查出并堵塞漏泄銅管284根，其中#2水室最嚴(yán)重。#2機(jī)組在運行過程中，凝汽器處于長期微漏的狀態(tài)，雖然每次機(jī)組小修、大修都要對凝汽器進(jìn)行查漏處理，但效果均不理想，凝結(jié)水陽離子電導(dǎo)率經(jīng)常處于國標(biāo)超標(biāo)范圍，泄露嚴(yán)重時可達(dá)到1.5μs/cm（見表2），嚴(yán)重影響凝結(jié)水精處理的運行周期，威脅機(jī)組的高負(fù)荷高參數(shù)運行工況。并且，每當(dāng)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)切換混床或者前置過濾器反洗時，均會導(dǎo)致水質(zhì)較差的凝結(jié)水借由旁路系統(tǒng)進(jìn)入汽水循環(huán)主系統(tǒng)，使得爐水的氫導(dǎo)大幅上升，給機(jī)組的正常運行、高參數(shù)工況運行帶來了很大的負(fù)面影響，同時也加重了鍋爐的腐蝕結(jié)垢及汽輪機(jī)葉片的積鹽和腐蝕。

為了對凝汽器進(jìn)行有針對性的綜合治理，也為了全面把握凝汽器銅管的腐蝕情況，某電廠檢修部門決定在#2機(jī)組大修期間對凝汽器泄漏的銅管進(jìn)行更換，并對更換下來的泄露銅管進(jìn)行分析檢查。

1.1 抽出泄露銅管管樣的初步檢查情況

2017年對凝汽器#2水室抽出泄漏管74根，此批管主要位于空抽區(qū)正下方第一至第四排。檢查發(fā)現(xiàn)銅管外壁（汽側(cè)）與內(nèi)部各支撐板接觸處形成兩道上窄下寬的溝槽，已出現(xiàn)環(huán)帶狀腐蝕，其中最嚴(yán)重的一批銅管管壁已減薄近半，甚至部分已發(fā)生穿透;再抽取附近區(qū)域一根未漏銅管， 雖然環(huán)狀腐蝕深度較前根漏管淺， 但是癥狀與泄露管相似。

在凝汽器#1水室相同區(qū)域經(jīng)檢查也發(fā)現(xiàn)銅管外壁與各內(nèi)部支撐板接觸處存在環(huán)帶狀腐蝕，減薄約0.1mm-0.3mm，癥狀與前相似。同時，對凝汽器抽空氣區(qū)抽取一根，檢查此管未發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，完全正常。

1.2 抽樣銅管的批量檢查情況

通過對抽樣銅管進(jìn)行大批量的檢查， 發(fā)現(xiàn)有如下共同點：

1.2.1 空抽區(qū)下部區(qū)域的部分銅管，出現(xiàn)腐蝕，且形狀大體一致，在銅管外壁與隔板的結(jié)合處形成兩道上窄下寬的溝槽。

1.2.2 有問題的銅管均集中在空抽區(qū)下部，而空抽區(qū)本身的銅管未發(fā)生腐蝕現(xiàn)象（空抽區(qū)的銅管材質(zhì)與外圍不同，為B30白銅管）。

2 原因分析

蒸汽做功后，在低壓缸的后幾級葉片（也就是初凝區(qū)）先進(jìn)行初凝，然后在凝汽器的冷凝區(qū)進(jìn)行凝結(jié)（凝汽器主要區(qū)域），不凝結(jié)的氣體（主要是氨氣）主要富集在空抽區(qū)（真空泵抽出區(qū)域）附近。

（1）蒸汽在初凝的過程中，由于氨在水相和氣相中的分配系數(shù)的差異（氣相是水相的7-10倍），導(dǎo)致初凝后的水相pH值偏低，氣相pH值偏高。這時在低壓缸的缸體周邊容易造成酸性腐蝕溝槽（碳鋼pH值要大于9.2以上）。

（2）在主凝區(qū)，汽水相的pH基本保持與初凝區(qū)相同，但由于銅管pH較低時不會發(fā)生腐蝕，因此不造成銅管的腐蝕，（銅管的腐蝕pH值比鋼低一些，為8.4左右）。

（3）在空抽區(qū)不同，不凝結(jié)氣體主要是氨氣，氨氣含量是初凝區(qū)氣體氨含量的1000倍甚至是上萬倍。當(dāng)凝結(jié)水pH為9.3時，借由NH4OH→NH4++OH-電離平衡方程式，可推算出此時凝結(jié)水中氨含量為0.37mg/l;如果機(jī)組pH值控制不當(dāng)，當(dāng)凝結(jié)水pH值達(dá)到9.5時，借由NH4OH→NH4++OH-電離平衡方程式，可推算出此時凝結(jié)水中氨含量為0.92mg/l，凝汽器空抽區(qū)按照濃縮1000倍的倍率計算，此時氨含量分別為370mg/l和920mg/l。在氨含量達(dá)到或者超過300mg/l的高氨環(huán)境下，極容易產(chǎn)生氨蝕。國外有研究表明，氨含量如果小于100mg/l時，少量的氨能提高溶液的pH，這時凝汽器銅管的黃銅表面被覆蓋的氧化物或氫氧化物所保護(hù)，腐蝕受到阻滯得到緩解;而當(dāng)NH4OH濃度增大300mg/l以上時，能與銅離子形成可溶性銅氨絡(luò)離子時，銅管的腐蝕速度就會急劇增加。這時高含量的氨的蒸汽會重新融入到從隔板流下來的凝結(jié)水中，使從隔板流下來的源源不斷的凝結(jié)水pH值升高，這種水沿著隔板流到銅管上，并長期對銅管的銅進(jìn)行絡(luò)合，形成了銅-氨絡(luò)離子，造成銅管氨腐蝕，且此時由于隔板孔處，由于機(jī)組設(shè)計原因造成凝結(jié)水過冷，溶解的NH4+濃度大大增加，根據(jù)前述理論模型，這就是引起銅管環(huán)帶狀的氨蝕，使銅管形成兩道上窄下寬的溝槽，嚴(yán)重時可穿透銅管的主要原因。

（4）氨對銅管的腐蝕主要是兩類，一種是均勻的氨腐蝕，另一種是局部的氨腐蝕，單從化學(xué)角度來看，該電廠由于平時氨的含量控制不高，未對銅管形成均勻的大片氨腐蝕，只形成了局部的氨腐蝕，這種情況在水冷機(jī)組中存在一定的普遍性，只是腐蝕的部位稍有差異，有的位于空抽區(qū)，有的在空抽區(qū)附近，該廠的空抽區(qū)本身的銅管材質(zhì)不同，未發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，而只在下部發(fā)生了腐蝕，說明此區(qū)域氨的富集較多。

3 解決的方法

（1）由于機(jī)組本身凝汽器的設(shè)計，機(jī)組蒸汽的背壓、初凝區(qū)的設(shè)計無法改變，因此建議在腐蝕區(qū)域擴(kuò)大檢查范圍，將檢查出有腐蝕的范圍全部更換TP316L不銹鋼管或B30白銅管，以提高了管材的抗氨蝕性。并利用此次機(jī)組大修機(jī)會，將空抽區(qū)下方及附近所有銅管均更換為耐氨腐蝕的TP316L不銹鋼管，徹底解決某廠凝汽器設(shè)備存在的隱患。HSn70-1AB管與TP316L管適用水質(zhì)如表3。

（2）將蒸汽的pH值控制為運行標(biāo)準(zhǔn)的低限，減少機(jī)組的加氨量。#2機(jī)給水系統(tǒng)為無銅系統(tǒng)，根據(jù)GB/T12145-2016控制給水pH值在9.2-9.6之間。針對#2機(jī)組存在的凝汽器空抽區(qū)下方的腐蝕情況，要求化學(xué)運行人員將給水 pH值控制在9.0-9.3，理想值為9.1左右。但是在實際生產(chǎn)中，由于現(xiàn)場環(huán)境的影響，使得pH表存在或多或少的誤差，而就是這微小的誤差，卻有可能造成實際水質(zhì)pH的超標(biāo);為進(jìn)一步增加數(shù)值的準(zhǔn)確性，我們在實際監(jiān)督中可將給水的氫導(dǎo)作為參考，進(jìn)行綜合分析，對癥加藥。由表4? NH3-pH-DD關(guān)系圖可知當(dāng)pH為9.1時，對應(yīng)的DD約為3.4μs/cm。

（3）加強(qiáng)完善凝汽器鋅的犧牲陽極防腐保護(hù)監(jiān)督， 保證設(shè)備完好正常工作。鋅板作為輔助陽極，被安裝于凝汽器水室內(nèi)，而被保護(hù)的凝汽器外殼為陰極。在保護(hù)系統(tǒng)投運后，一方面有效防止了銅管可能產(chǎn)生的局部腐蝕;另一方面對凝汽器銅管兩頭端部也可以形成保護(hù)，對防止銅管的沖刷腐蝕、脫鋅腐蝕、應(yīng)力腐蝕等等均有正面、顯著效果。另外，保持銅管、不銹鋼管長期穩(wěn)定的處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)， 也是有效防止凝結(jié)器銅管、不銹鋼管的沖擊腐蝕、張力腐蝕、電偶腐蝕和管板與水室的電偶腐蝕、縫隙腐蝕、細(xì)菌腐蝕等電化學(xué)腐蝕， 使陰極保護(hù)設(shè)計更加完善、合理、可靠， 大大地減輕了銅管及管板的腐蝕泄漏。

（4）加強(qiáng)機(jī)組停用期間的檢查與保養(yǎng)。凝汽器設(shè)備在長時停備用期間，由于設(shè)備中有水，且銅管直接與空氣接觸，使得設(shè)備的停備用腐蝕速率遠(yuǎn)大于運行中腐蝕。某電廠采取當(dāng)長時停機(jī)超過3天，就將凝汽器水側(cè)放空，打開入孔門通風(fēng)干燥等措施;而當(dāng)短時間停用時，維持凝泵、循環(huán)水泵的運行，防止循環(huán)水中的懸浮物沉積等措施，減緩阻滯凝汽器的停用腐蝕。同時，某廠化學(xué)實驗室借助大小修等檢修機(jī)會對凝汽器的腐蝕、結(jié)垢、清潔等情況進(jìn)行抽樣檢查，及時掌握凝汽器一手情況，并建立凝汽器管抽樣檢查臺賬，規(guī)范檢查情況的記錄。

（5）嚴(yán)格執(zhí)行凝汽器銅管定期鍍膜制度。硫酸亞鐵鍍膜是一種傳統(tǒng)的電廠化學(xué)凝汽器銅管保護(hù)方法，但硫酸亞鐵鍍膜質(zhì)量不好時反而會促進(jìn)銅管腐蝕。在鍍膜時一定要選用合格的硫酸亞鐵產(chǎn)品，要嚴(yán)格按照ISO9002質(zhì)量體系的管理方法進(jìn)行硫酸亞鐵的鍍膜工作，對影響成膜質(zhì)量的各個環(huán)節(jié)實行全面工序管理：如成膜前預(yù)處理、成膜中條件控制、成膜后質(zhì)量評價、成膜設(shè)備維護(hù)管理、成膜藥品質(zhì)量檢驗等等，應(yīng)確保鍍膜一次成功，全面提高成膜質(zhì)量。

4 結(jié)束語

通過本論文對某火力發(fā)電廠#2機(jī)組凝汽器銅管泄漏的原因分析，我們?nèi)娴卣莆樟?2機(jī)組凝汽器銅管的腐蝕現(xiàn)狀， 確認(rèn)了氨蝕為機(jī)組凝汽器銅管泄漏的根本原因， 并有針對性地對存在問題的銅管和可能會發(fā)生腐蝕的銅管進(jìn)行了及早更換; 同時根據(jù)凝汽器銅管的腐蝕特征及腐蝕分布情況， 采取了前瞻性處理，更換區(qū)域內(nèi)銅管為不銹鋼管， 防止了腐蝕的加劇。經(jīng)過此次處理，#2機(jī)組啟動后沒有再發(fā)生凝汽器泄漏，#2機(jī)組凝結(jié)水水質(zhì)恢復(fù)正常： 凝結(jié)水硬度：0，氫導(dǎo)電：0.06μs/cm，Na+：1.0μg/l，合格率為100%，徹底解決了機(jī)組凝汽器長期存在的泄漏問題， 確保了凝結(jié)水水質(zhì)和凝汽器良好的換熱效率。

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