17 超高壓機(jī)組汽輪機(jī)葉片的腐蝕與防治.doc

全國火電100-200mw級機(jī)組技術(shù)協(xié)作會2008年年會論文集 汽輪機(jī)超高壓機(jī)組汽輪機(jī)中壓缸葉片的腐蝕與預(yù)防吳春安（武鋼自備電廠）摘 要：描述了超高壓汽輪發(fā)電機(jī)組中壓缸葉片的腐蝕特征，分析了葉片上產(chǎn)生積鹽和沉積物下腐蝕的化學(xué)和電化學(xué)原因，提出了有針對性的減緩腐蝕的有效措施。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)中壓缸 ；葉片； 腐蝕1概述汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠的三大主機(jī)之一，它擔(dān)負(fù)著把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要任務(wù)，它的運(yùn)行情況直接影響著熱機(jī)的效率和機(jī)組的安全。隨著機(jī)組參數(shù)的提高，由于水汽品質(zhì)的不良而導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片的腐蝕和積鹽越來越成為影響機(jī)組安全和效率的主要因素。武鋼自備電廠現(xiàn)有兩臺裝機(jī)容量為200mw的超高壓汽輪發(fā)電機(jī)組，該機(jī)由東方汽輪機(jī)廠制造，型號是n200-12.7/535/535-5型，為中間再熱、三缸兩排汽布置；鍋爐是由武漢鍋爐廠生產(chǎn)，型號是wgz670/13.7-8自然循環(huán)汽包爐。一號機(jī)組于1996年11月投入使用，1999年4月進(jìn)行了第一次大修。大修期間的熱機(jī)腐蝕查定工作我們是委托青山熱電廠來進(jìn)行的，當(dāng)時中壓缸動、靜葉片上的積鹽微量、腐蝕基本無；2003年4月又對一號機(jī)組進(jìn)行了擴(kuò)大性小修，在對機(jī)組進(jìn)行腐蝕情況檢查時，發(fā)現(xiàn)一號機(jī)中壓缸葉片出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的腐蝕，兩次腐蝕檢查結(jié)果對比見表1。表1 兩次檢修時腐蝕查定中壓缸葉片腐蝕特征對比部位1999年5月2003年4月1-3級動、靜葉片鐵青色、無附著物鐵青色、無附著物4-6級動、靜葉片鐵青色、動葉片根部帶一點(diǎn)鐵銹色、無附著物有明顯的鐵銹色、其中第五級葉片有積鹽和沖刷坑點(diǎn)7-10級動、靜葉片鐵青色、無附著物、帶一點(diǎn)金屬光澤紅色的鐵銹、有明顯的腐蝕鼓包并連成片兩次檢修期間一號機(jī)組在化學(xué)水汽工況未發(fā)生變化的情況下，而中壓缸的動、靜葉片卻發(fā)生了較為嚴(yán)重的腐蝕，這種腐蝕如若任其發(fā)展，輕則會導(dǎo)致機(jī)組水汽品質(zhì)惡化、機(jī)組熱效率下降；重則導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片斷裂而發(fā)生重大設(shè)備、人身事故。因此，我們有必要認(rèn)真分析中壓缸動、靜葉片產(chǎn)生腐蝕的各種原因，并對照原因而采取有效的防腐蝕措施，以保證機(jī)組在安全的條件下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2中壓缸葉片腐蝕原因分析2.1中壓缸葉片腐蝕產(chǎn)物的特征及理化檢驗(yàn)2003年4月，我們在檢查中壓缸時，中壓缸葉片從第六級至第十級的動靜葉片及隔板存在嚴(yán)重的腐蝕，腐蝕形態(tài)為非均勻腐蝕，腐蝕產(chǎn)物呈褐紅色的鼓泡狀，結(jié)構(gòu)疏松、易被刮除，腐蝕產(chǎn)物被刮除后，在金屬基體上留下大小不一的腐蝕坑點(diǎn)，坑深最大達(dá)2mm。對葉片腐蝕形態(tài)和刮除腐蝕產(chǎn)物后的形態(tài)進(jìn)行數(shù)碼拍照的圖片如下：圖1中壓缸末級葉片腐蝕狀況圖片。 圖2沖洗干凈后中壓缸末級葉片狀況圖片 對動、靜葉片上的腐蝕產(chǎn)物取樣用能譜儀進(jìn)行半定量分析，分析結(jié)果見表2、表3。表2 中壓缸第九級動葉片上的腐蝕產(chǎn)物樣：元素元素組份（%）原子組份（%）化合物化合物組份（%）mg0.300.41mgo0.49al0.200.24al2o30.37si1.682.00sio23.58p0.480.52p2o51.11s0.300.32so30.75k0.230.20k2o0.28ca1.651.38cao2.31cr8.245.31cr2o312.05fe57.6134.53feo74.11cu2.361.24cuo2.95zn1.600.82zno1.99o25.3553.04total100.00100.00100.00表3 中壓缸第九級靜葉片（上）的腐蝕產(chǎn)物樣：元素元素組份（%）原子組份（%）化合物化合物組份（%）mg0.250.35mgo0.42al0.480.60al2o30.91si1.651.97sio23.53p0.340.37p2o50.77s0.170.18so30.43k0.160.14k2o0.19ca1.100.92cao1.54cr7.144.61cr2o310.43fe61.4537.00feo79.05cu1.230.65cuo1.54zn0.950.49zno1.19o25.0852.71total100.00100.00100.00(表2、表3中的數(shù)據(jù)是自備電廠委托武鋼技術(shù)中心用能譜儀對腐蝕產(chǎn)物掃描定性、定量測定的)2007年4月，1#機(jī)組大修時對機(jī)組葉片進(jìn)行檢查，腐蝕依然嚴(yán)重，在清洗干凈后，發(fā)現(xiàn)腐蝕物下面有穿孔，葉片的穿孔直接導(dǎo)致機(jī)組限負(fù)荷運(yùn)行。2.2中壓缸葉片上沉積物產(chǎn)生的原因汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時，帶有各種雜質(zhì)的過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，由于溫度和壓力的降低，鈉化合物和硅酸鹽在蒸汽中的溶解度隨壓力的下降而減小，當(dāng)其中某種物質(zhì)的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量時，該物質(zhì)就會以固態(tài)形式析出，并沉積在汽輪機(jī)的通流部分。此外，蒸汽中的微小的氫氧化鈉濃縮液滴以及一些固態(tài)微粒也可能粒附在汽輪機(jī)的蒸汽通流部分。因此，沉積物主要產(chǎn)生于機(jī)組運(yùn)行中。蒸汽雜質(zhì)的主要來源于汽包內(nèi)水汽分離時，飽和蒸汽的溶解攜帶和飽和蒸汽的機(jī)械攜帶，還有由于過熱蒸汽、再熱蒸汽超溫時，用混合減溫水對蒸汽減溫時會帶入雜質(zhì)等等。蒸汽的溶解攜帶是蒸汽本身所具有的特點(diǎn)，它與爐水的品質(zhì)有直接的關(guān)系，爐水中的雜質(zhì)含量低，則溶解攜帶的雜質(zhì)量少；反之則高。蒸汽的機(jī)械攜帶則與鍋爐的運(yùn)行工況有關(guān)，鍋爐負(fù)荷波動大，則汽包中的水位波動劇烈，液滴飛濺，會加大蒸汽的機(jī)械攜帶；另外如果爐水中含有有機(jī)物，則易在汽包爐水的水位界面上形成泡沫，泡沫破滅、產(chǎn)生液滴飛濺，也會增大蒸汽的液滴攜帶；還有蒸汽超溫越嚴(yán)重，噴水混合減溫的水量也越大，由減溫水帶入的雜質(zhì)量也相應(yīng)增大。2.3沉積物下腐蝕的原因分析汽輪機(jī)葉片的材質(zhì)牌號是2cr13(美國標(biāo)準(zhǔn)：420)系馬氏體合金鋼，從表1、表2知，腐蝕產(chǎn)物中的鐵的氧化物占70%以上，鉻的氧化物占第二位，除有一部分產(chǎn)物是由于蒸汽攜帶的微小沉積顆粒外，大部分是由于金屬基體的腐蝕而來的腐蝕產(chǎn)物。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)榻饘侔l(fā)生了沉積物下腐蝕。這種腐蝕主要發(fā)生于機(jī)組啟停時和停備用的過程中。我們知道金屬的腐蝕有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，發(fā)生電化學(xué)腐蝕時必須具備三個條件：一是失去電子的陽極，二是得到電子的陰極，再就是有能導(dǎo)電的電解質(zhì)存在。機(jī)組在啟停過程中或機(jī)組停備用時，由于機(jī)組的熱力系統(tǒng)內(nèi)有疏水積存在死角或有疏水未及時排凈，致使機(jī)組內(nèi)濕度增大，在機(jī)組的金屬表面形成一層水膜。原來在運(yùn)行中積存在金屬表面的沉積物主要是鹽類物質(zhì)，在水膜發(fā)生作用下形成導(dǎo)電的電解質(zhì)，另外機(jī)組在停備用時由于熱力系統(tǒng)的密封面結(jié)合不嚴(yán)還會有空氣漏入系統(tǒng)中，空氣中的氧氣會加速金屬的腐蝕，在葉片的表面會發(fā)生下列電化學(xué)反應(yīng)：陽極反應(yīng)：fefe2+2e （1） crcr2+2e （2）陰極反應(yīng)：2h2o+o2+4e4oh- （3）電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物之間還會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：fe2+oh-+o2fe2o3+h2o （4）3防止中壓缸葉片產(chǎn)生腐蝕的措施由以上對腐蝕的原因分析知，要防止葉片腐蝕，機(jī)組在運(yùn)行中要防止葉片上積鹽和產(chǎn)生沉積物；機(jī)組在啟停過程中或停備用時就要防止金屬表面產(chǎn)生水膜、防止氧氣進(jìn)入熱力系統(tǒng)。3.1加強(qiáng)化學(xué)監(jiān)督，保證鍋爐補(bǔ)給水、爐水和蒸汽品質(zhì)鍋爐的補(bǔ)給水來自于化學(xué)除鹽水，我廠對補(bǔ)給水處理的系統(tǒng)是一級復(fù)床除鹽加混床，水質(zhì)可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)gb/12145-1999火力發(fā)電機(jī)級及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量對鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)的要求。對鍋爐爐水的處理是給水采用聯(lián)氨和氨處理，其中聯(lián)氨用于化學(xué)除氧、氨用于調(diào)節(jié)給水ph值，以防止?fàn)t前給水系統(tǒng)發(fā)生酸性腐蝕。爐水則是采用磷酸鹽處理，由于單獨(dú)采用磷酸鹽處理時易發(fā)生磷酸鹽“隱藏”現(xiàn)象，導(dǎo)致爐水水質(zhì)失調(diào)，我們已在采用協(xié)調(diào)磷酸鹽處理，同時加強(qiáng)對爐水水質(zhì)監(jiān)督，根據(jù)爐水水質(zhì)進(jìn)行定排和調(diào)整鍋爐連排開度，從而保證了爐水水質(zhì)。在保證爐水水質(zhì)的條件下才能保證蒸汽含雜質(zhì)量少。3.2穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷，防止過熱器、再熱器超溫由于武鋼自備電廠是屬于調(diào)峰電廠，負(fù)荷是按電網(wǎng)的要求來波動的，常常是白天高、晚上低，由于負(fù)荷的波動尤其是負(fù)荷的突然波動會引起汽包水位的大幅波動、導(dǎo)致液滴飛濺，增加了蒸汽的機(jī)械攜帶含鹽量的機(jī)會。由于我廠的鍋爐還摻燒高爐煤氣，它極易導(dǎo)致對流傳熱的過熱汽、再熱汽超溫，對超溫的蒸汽通常是采用噴水與蒸汽混合的減溫方式來調(diào)節(jié)器節(jié)蒸汽溫度，這樣又對減溫水水質(zhì)提出了更高的要求。3.3改進(jìn)疏水裝置并及時疏水機(jī)組在啟動和停機(jī)的過程中，由于蒸汽的凝結(jié)而產(chǎn)生了疏水，這部分疏水必須及時疏掉，否則它會增加機(jī)組內(nèi)的濕度，加大金屬腐蝕的機(jī)會。在本次機(jī)組檢修揭開中壓缸時，發(fā)現(xiàn)第五抽汽管內(nèi)有積水。一方面我們在疏水管上加裝了疏水管，另一方面要求運(yùn)行人員在機(jī)組運(yùn)行時及時疏水、在機(jī)組停運(yùn)時要確保把疏水疏完。3.4消除凝汽器漏泄，搞好循環(huán)冷卻水處理凝汽器是機(jī)組的重要輔機(jī)，一旦它發(fā)生泄漏，工業(yè)水就會進(jìn)入到凝結(jié)水系統(tǒng)，而凝結(jié)水是給水的重要組成部分，這樣勢必會造成水汽系統(tǒng)的嚴(yán)重污染。我廠的機(jī)組的輔機(jī)是按國產(chǎn)200mw火力發(fā)電機(jī)組的典型，故沒有凝結(jié)水精處理裝置。只有采取措施確保凝汽器安全運(yùn)行。目前我廠對循環(huán)水的是進(jìn)行加藥處理，主要是彩復(fù)配的水穩(wěn)劑來減少工業(yè)循環(huán)冷卻水對凝汽器的銅管和碳鋼材料的腐蝕；彩氯錠或季銨鹽來消除循環(huán)水中的細(xì)菌和藻類物質(zhì)。這樣既保護(hù)了凝汽器，又提高了循環(huán)水的利用率，節(jié)約了工業(yè)用水。并且在運(yùn)行中加強(qiáng)對凝結(jié)水監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)凝汽器漏泄及時進(jìn)行堵漏并調(diào)整鍋爐爐水加藥量，必要時則停機(jī)處理。3.5加強(qiáng)機(jī)組停備作期間的保養(yǎng)機(jī)組的腐蝕主要發(fā)生在機(jī)組的停備用期間，由于機(jī)組的調(diào)峰功能，我廠的機(jī)組按年日歷時間計(jì)算，單機(jī)停機(jī)時間基本超過半年以上。停機(jī)期間的保養(yǎng)顯得更為重要。以前我廠利用武鋼的充裕的氮?dú)?，?shí)現(xiàn)了對鍋爐的充氮保養(yǎng)，但這種保養(yǎng)僅限于鍋爐，有其局限性，目前我們正在實(shí)施成膜胺技術(shù)。由于成膜胺中的主要成份為十八烷基胺的大分子結(jié)構(gòu)，其分子的憎水基團(tuán)能在金屬的表面形成一層致密的分子膜，把金屬與水汽隔開，從而把整個熱力系統(tǒng)都保護(hù)起來，減小系統(tǒng)的腐蝕。3.6加強(qiáng)運(yùn)行管理、搞好專業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)電是一個多專業(yè)相互協(xié)調(diào)的生產(chǎn)過程，一方面機(jī)組啟停時值長要及時通知化學(xué)分場投入或退出用于鍋內(nèi)水質(zhì)調(diào)節(jié)的加藥系統(tǒng)；另一方面是凝結(jié)水的必須是合格后方能進(jìn)行回收。另一方面要根據(jù)化學(xué)監(jiān)督的爐水水質(zhì)來決定是否定排和調(diào)整連排的開度。只有勤調(diào)整、勤檢查才不至于使?fàn)t水水質(zhì)惡化，才能保證后面的蒸汽品質(zhì)。4結(jié)語腐蝕是絕對的，防止腐蝕是相對的。采取一切防腐措施只能減緩腐蝕的速度。從近期對熱力系統(tǒng)的水汽品質(zhì)的日常監(jiān)督和定期抽查結(jié)果看，熱力系統(tǒng)中水汽的的鐵含量變化不大，但是機(jī)組啟動時