高參數(shù)發(fā)電機(jī)組腐蝕的原因及其防范措施

徐文強(qiáng)

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 火力發(fā)電技術(shù)研究院，北京 100040)

某火力發(fā)電廠600MW發(fā)電機(jī)組由HG-2030/17.5-YM型鍋爐、汽輪機(jī)和QFSN-600-2YHG型汽輪發(fā)電機(jī)組成。HG-2030/17.5-YM型鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、Π型半露天布置、全鋼構(gòu)架、懸吊結(jié)構(gòu)、控制循環(huán)汽包鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2 030 t/h，主蒸汽額定溫度541 ℃，主蒸汽經(jīng)二級(jí)減溫進(jìn)入汽輪機(jī)。汽輪機(jī)為亞臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽、單軸凝汽式600MW汽輪機(jī)。QFSN-600-2YHG型汽輪發(fā)電機(jī)采用水-氫-氫冷卻方式冷卻。鍋爐給水處理采用還原性全揮發(fā)處理方式，爐水加氫氧化鈉處理。

在某600MW火力發(fā)電機(jī)組大修檢查中，發(fā)現(xiàn)其汽輪機(jī)低壓缸的隔板和葉片發(fā)生了腐蝕，本工作對(duì)隔板和葉片的腐蝕形貌進(jìn)行了觀察，對(duì)葉片上的腐蝕產(chǎn)物成分進(jìn)行了分析，并根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的汽水報(bào)表、水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告及工作狀況等分析了該發(fā)電機(jī)組發(fā)生腐蝕的原因。

1 大修檢查情況

大修過(guò)程中檢查發(fā)現(xiàn)：汽輪機(jī)低壓缸葉片一共有7級(jí)，第1至第7級(jí)葉片上均有針狀腐蝕坑和潰瘍性的腐蝕帶，局部堆積磚紅色腐蝕產(chǎn)物，第2至第6級(jí)葉片的腐蝕情況逐級(jí)加重，呈潰瘍性斑狀腐蝕，表面粗糙，末級(jí)葉片情況相對(duì)好些，見(jiàn)圖1(a)；汽輪機(jī)低壓缸隔板腐蝕較嚴(yán)重，表面全部呈銹紅色，見(jiàn)圖1(b)。

(a) 葉片

(b) 隔板圖1 汽輪機(jī)低壓缸的宏觀腐蝕形貌Fig. 1 Macrographs of low pressure cylinder: (a) blades; (b) baffles

部分腐蝕產(chǎn)物潮濕。pH試紙測(cè)試結(jié)果表明，低壓缸隔板表面pH在8～10。從低壓缸葉片表面刮取腐蝕產(chǎn)物，并用等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行測(cè)定，分析結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明：腐蝕產(chǎn)物主要是氯化物，金屬氧化物約占15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，這說(shuō)明汽輪機(jī)低壓缸的腐蝕主要是由于氯離子造成的。

表1 低壓缸葉片上腐蝕產(chǎn)物的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab. 1 Components of corrosion product on blades of low-pressure cylinder (mass fraction) %

2 腐蝕原因分析

查看歷年氯離子檢測(cè)報(bào)告(每年兩次)，如表2所示。根據(jù)GB/T 12145-2016標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，給水和凝結(jié)水中氯離子質(zhì)量濃度應(yīng)不大于2 μg/L，爐水中氯離子質(zhì)量濃度應(yīng)不大于400 μg/L。由表2可知，在不同時(shí)期，該機(jī)組給水、凝結(jié)水和爐水中氯離子含量均有超標(biāo)甚至嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象。氯離子對(duì)機(jī)組的腐蝕危害很大，主要表現(xiàn)為破壞水冷壁管金屬表面的鈍化膜，進(jìn)而向金屬晶格里面滲透，引起金屬表面性質(zhì)的變化。氯離子的蒸汽攜帶系數(shù)非常可觀，會(huì)造成汽輪機(jī)蒸汽通流部位積鹽、結(jié)垢，并增加汽輪機(jī)葉片發(fā)生點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕的危險(xiǎn)，因此，必須對(duì)爐水中的氯離子含量進(jìn)行控制[1]。汽水中氯離子主要由鍋爐補(bǔ)給水帶入、外界漏入、爐內(nèi)加藥處理時(shí)從藥劑中帶入以及精處理系統(tǒng)中從樹(shù)脂中釋放出來(lái)等。

表2 歷年水質(zhì)檢測(cè)中氯離子含量Tab. 2 Concentrations of chlorine ion in water quality testing for years μg/L

查看該機(jī)組近一年的汽水化驗(yàn)報(bào)表(日常)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組汽水品質(zhì)基本上符合要求，但凝結(jié)水溶氧含量經(jīng)常存在超標(biāo)現(xiàn)象，期間最大值達(dá)到200 μg/L，按GB/T 12145-2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，該機(jī)組凝結(jié)水溶氧應(yīng)不大于30 μg/L。凝結(jié)水系統(tǒng)在不同時(shí)期可能存在不同程度的泄漏，泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)接觸空氣，造成凝結(jié)水中溶氧含量超標(biāo)，凝結(jié)水溶氧超標(biāo)或長(zhǎng)期處于不合格的狀況會(huì)加速管道內(nèi)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，降低受熱面的傳熱效率。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)長(zhǎng)期氨化運(yùn)行，雖然運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，周期制水量大，但是漏氯現(xiàn)象嚴(yán)重。

氨的分配系數(shù)較大，原來(lái)維持蒸汽pH的氨絕大多數(shù)留在汽相中，因此這時(shí)水相的pH很低，呈酸性，會(huì)引起酸性腐蝕。此時(shí)若有空氣漏入汽輪機(jī)或溶解氧含量超標(biāo)，則會(huì)加劇這種酸性腐蝕[2]。

凝汽式汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)存在缺陷，其末級(jí)動(dòng)葉后汽流中攜帶大量水滴，回流的蒸汽攜帶水滴沖擊高速旋轉(zhuǎn)的葉片下半部和隔板形成水沖蝕，機(jī)組在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，這種水沖蝕作用越明顯[3]。

經(jīng)查看歷年資料發(fā)現(xiàn)該機(jī)組啟停次數(shù)較多，而且停運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，如果停運(yùn)期間對(duì)機(jī)組的整體腐蝕防護(hù)不到位，也會(huì)促進(jìn)機(jī)組的腐蝕，而且停運(yùn)期間的腐蝕對(duì)機(jī)組的影響更全面、更嚴(yán)重。

該廠所處地區(qū)在7月至9月間空氣濕度較大，可達(dá)80%左右，且該期間溫度也是一年中最高的，從理論上講，這兩種極端條件的結(jié)合會(huì)極大地提高金屬發(fā)生腐蝕的可能，且腐蝕的程度也是最嚴(yán)重的。

3 結(jié)論與建議

給水、凝結(jié)水和爐水中氯離子含量經(jīng)常超標(biāo)甚至嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致電機(jī)組汽輪機(jī)低壓缸的葉片和隔板發(fā)生了腐蝕。另外，凝結(jié)水中溶氧含量超標(biāo)、凝汽式汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)缺陷、機(jī)組啟停次數(shù)較多及機(jī)組所處地理環(huán)境都對(duì)機(jī)組腐蝕產(chǎn)生不利影響。針對(duì)該機(jī)組發(fā)生腐蝕的原因，提出以下建議：

(1) 該機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)周期制水量低，為了保證周期制水量，長(zhǎng)期氨化運(yùn)行，導(dǎo)致出水中氯離子長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)，建議對(duì)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化，將出水中氯離子含量控制在合格范圍內(nèi)，在保證出水品質(zhì)的情況下提高周期制水量。加大對(duì)給水、凝結(jié)水、爐水、蒸汽和精處理設(shè)備出水中氯離子含量的監(jiān)控，如增加化驗(yàn)頻率。加強(qiáng)大宗藥品進(jìn)廠的檢驗(yàn)工作，保證有效成分合格的同時(shí)，也要對(duì)藥劑中其他雜質(zhì)離子進(jìn)行化驗(yàn)，比如氯離子含量的測(cè)定，使用高純度的再生劑[4]。

(2) 大修期間發(fā)現(xiàn)汽包水位線不明顯，日常運(yùn)行中水位控制不善。應(yīng)加強(qiáng)該機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整，對(duì)汽包內(nèi)部缺陷進(jìn)行徹底檢查處理，運(yùn)行人員要加強(qiáng)水位調(diào)節(jié)控制，盡量使汽包水位平穩(wěn)在正常區(qū)域，避免水位波動(dòng)造成蒸汽帶水。保證蒸汽溫度、壓力在要求工況，降低蒸汽的濕度，將進(jìn)入低壓缸做功的蒸汽初凝區(qū)推后，避免進(jìn)入低壓缸做功的蒸汽變成飽和蒸汽甚至是濕蒸汽。

(3) 該機(jī)組啟停頻繁，必須加強(qiáng)機(jī)組停運(yùn)期間的保護(hù)與監(jiān)督，減少機(jī)組停運(yùn)期間發(fā)生的腐蝕。停運(yùn)時(shí)間在一個(gè)月內(nèi)時(shí)，要做好帶壓放水干保護(hù)，保證系統(tǒng)的干燥度，避免低壓缸積水情況；停運(yùn)時(shí)間超過(guò)一個(gè)月以上時(shí)，可采用對(duì)機(jī)爐都有保護(hù)效果的十八胺保護(hù)或其他方法保護(hù)。

(4) 目前，該機(jī)組還原性揮發(fā)處理的堿化劑只有氨，建議給水pH控制在標(biāo)準(zhǔn)上限，提高運(yùn)行系統(tǒng)的pH；加聯(lián)氨控制在標(biāo)準(zhǔn)下限，防止還原劑過(guò)量破壞高溫氧化保護(hù)膜。

(5) 加強(qiáng)該機(jī)組汽水系統(tǒng)的查漏工作，發(fā)現(xiàn)有泄漏問(wèn)題要及時(shí)處理，控制水質(zhì)溶氧在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

(6) 應(yīng)確保該機(jī)組汽水品質(zhì)監(jiān)督的及時(shí)、準(zhǔn)確，特別是在線氫電導(dǎo)、pH表、溶氧表等均應(yīng)準(zhǔn)確可靠，及時(shí)反應(yīng)水質(zhì)的實(shí)際情況，以便調(diào)整。

(7) 加強(qiáng)該機(jī)組檢修過(guò)程中容器及系統(tǒng)底部清理工作，如熱水井底部、高低加和除氧器等容易沉積雜質(zhì)的部位，排盡高加、低加等容器的殘水，對(duì)于排不干凈的容器應(yīng)進(jìn)行鼓風(fēng)干燥，直到?jīng)]有水分為止。加強(qiáng)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的冷態(tài)沖洗、熱態(tài)沖洗以及啟動(dòng)初期的化學(xué)監(jiān)督工作，及早投入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，提高汽水品質(zhì)。

(8) 大修后建議安排該機(jī)組進(jìn)行熱化學(xué)試驗(yàn)，改善目前存在的腐蝕狀況，優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行化學(xué)處理工況及機(jī)組的運(yùn)行工況，爐水低磷酸鹽處理，根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整加藥量。