凝汽器陰極保護

1、介紹了安陽電廠7#機凝汽器實施外加電流陰極保護技術防腐蝕的情況。實踐證明, 該廠7#機凝汽器采用外加電流陰極保護系統的設計是科學合理的,效果是明顯的，產 生的效益是顯著的。1凝汽器防蝕的陰極保護技術火力發(fā)電廠凝汽器若由于腐 蝕造成銅管及管板泄漏,將導致嚴重的后果,威脅著發(fā)電機組的安全運行，也直接影響 發(fā)電廠的經濟效益。因此對凝汽器采用防腐蝕措施是十分必要的。凝汽器內流動的 冷卻水的水質好壞直接影響銅管及管板腐蝕的介紹了安陽電廠7#機凝汽器實施外 加電流陰極保護技術防腐蝕的情況。實踐證明，該廠7#機凝汽器采用外加電流陰極 保護系統的設計是科學合理的,效果是明顯的,產生的效益是顯著的。1 凝汽器防

2、蝕 的陰極保護技術火力發(fā)電廠凝汽器若由于腐蝕造成銅管及管板泄漏,將導致嚴重的 后果,威脅著發(fā)電機組的安全運行，也直接影響發(fā)電廠的經濟效益。因此對凝汽器采 用防腐蝕措施是十分必要的。凝汽器內流動的冷卻水的水質好壞直接影響銅管及管 板腐蝕的程度。在長江以南的地區(qū)，由于冷卻水含鹽量低，水質受污染的程度較輕，凝 汽器銅管及管板腐蝕較輕微。而對于北方電廠,一方面由于水質污染日益嚴重，另一 方面由于冷卻水的循環(huán)使用，含鹽量相對較高，所以腐蝕傾向及腐蝕程度就相對大得 多。目前采用的凝汽器防腐蝕的措施，除了在冷卻水介質方面進行適當和必要的防 垢、防蝕措施外，還有采用如陰極保護的電化學保護技術及涂料涂裝的方法等

3、。陰 極保護技術防蝕能有效、經濟、省事地控制和減緩凝汽器腐蝕。陰極保護原理是基 于金屬腐蝕的電化學理論1、,由外部向被保護的金屬結構提供直流陰極電流的 方法使金屬電位降低（陰極極化），這樣大大降低金屬的腐蝕傾向和腐蝕速率,達到防 止和減輕金屬腐蝕的效果。根據外部提供陰極電流方式的不同，陰極保護方法可分 為犧牲陽極法和外加電流法兩種。在電導率較低的淡水中，由于犧牲陽極驅動電壓 較小,輸出電流有限且不能調節(jié),保護范圍有限3，安裝時必須在水室內壁焊接數量較 多的固定犧牲陽極的安裝架，并且犧牲陽極塊的設計壽命一般不超過3年，需定期更 換。因此犧牲陽極保護法一般只在小型凝汽器上，或如海水、苦咸水等含鹽量

4、高、 電阻率低的介質設備上應用。外加電流式陰極保護可輸出的電流大且可調,電位可 自動控制，使用壽命可長達1520年。一般在大型凝汽器上需要使用此方法的陰極 保護系統，但在系統的設計上要考慮全面。另一種目前采用的管板用涂料涂裝來防 止管板腐蝕的方法，由于涂料本身的性能和施工工藝的原因，采用涂料防止凝汽器管 板腐蝕往往會出現嚴重的問題。從腐蝕電化學的角度來考察,在涂層表面存在微孔 的地方，由于微孔處金屬的腐蝕電位較其附近有涂層的金屬腐蝕電位負，于是便形成 了局部腐蝕微電池，這種腐蝕微電池是由大陰極小陽極組成的。這種大陰極小陽極 的腐蝕形態(tài)是各種腐蝕形態(tài)中最危險的腐蝕，能在很短的時間內腐蝕形成深孔，

5、使凝 汽器管板腐蝕、損壞更嚴重。2凝汽器陰極保護技術的應用2.1安陽電廠7#機 組凝汽器概況安陽發(fā)電廠7#機組容量為100MW凝汽式火力發(fā)電機組，凝汽器為對 分雙流表面式,所用銅管牌號為HSn -70-1A型，銅管數量為10336根，冷卻面積為 6815m2,1992年更換全部銅管后使用僅2年即開始發(fā)生點蝕穿孔泄漏，至1997年就 因銅管泄漏停機九次。同時7#機組凝汽器的管板曾于1997年涂刷了涂料，然而僅一 年后,管板表面就出現了明顯的局部腐蝕（圖1）,7#機組的銅管腐蝕泄漏及管板的腐蝕 使得機組難以連續(xù)滿發(fā)，成為完成發(fā)電計劃的重大障礙。為防止腐蝕的繼續(xù)發(fā)展和 擴展,決定在7#機組凝汽器上采

6、用外加電流式陰極保護技術與耐蝕涂料涂裝的聯合 防蝕保護措施。2.2安陽電廠7#機組凝汽器陰極保護防蝕系統凝汽器外加電流式 陰極保護系統4主要是由自動控制的恒電位儀、輔助陽極及參比電極等組成。安 陽電廠7#機組凝汽器的陰極保護系統所用的恒電位儀采用了武漢大學（武漢水利電 力大學）與中國科學院共同研制開發(fā)的CPS型自動控制的恒電位儀。輔助陽極選 用了武漢大學與中國科學院共同研制開發(fā)的新型貴金屬鉑鈮陽極，這種陽極屬于不 溶性陽極，可保證長期使用，具有排流量大,電流發(fā)射均勻、覆蓋面積大、消耗量低、 可靠性高、重量輕、安裝方便、機械性能和穩(wěn)定性能好等特點。參比電極采用了在 淡水中電極電位穩(wěn)定、電位波動小

7、的高純鋅材料。電極設計為有特殊密封結構的直 棒型。根據凝汽器的結構、冷卻水質和水室中水動力學工況等因素,7#機組凝汽器 的陰極保護系統設計為多點分散控制式。為了保障和增強管板及銅管管束端部及脹 口處的保護，同時減少陰極保護裝置的功率，在7#機組凝汽器中設計了在水室內涂裝 耐蝕防沖刷涂層。因此實際上7#機組凝汽器的防蝕保護工程是陰極保護技術與涂 層涂裝保護的聯合防蝕方法。2.3安陽發(fā)電廠7#機組凝汽器陰極保護防蝕系統的 保護效果7#機組凝汽器陰極保護防蝕系統于1998年11月15日投入運行。2.3.1 管板及銅管端部的腐蝕被抑制在該系統投運后的停機檢查中可以看到原先管板上， 尤其是銅管區(qū)存在的較

8、嚴重的局部腐蝕的發(fā)展被抑制,原先的蝕坑中及管板上已無 明顯的黃褐色的腐蝕產物堆積。銅管端部內壁無點蝕等腐蝕發(fā)展，表面無堿式碳酸 銅等腐蝕產物痕跡。2.3.2降低了銅合金的平均腐蝕速率通過安裝的監(jiān)測試片的表 面狀況和重量的檢查也可以有說服力的說明陰極保護系統投運后防止凝汽器腐蝕的 效果。從圖2所示在凝汽器中330天但未受到保護的黃銅試片的表面狀況可以看到, 試片表面有黃褐色的堿式碳酸銅及白色的氫氧化鋅等腐蝕產物附著,表明在未受到 外加電流陰極保護時，銅合金材料在機組冷卻水中存在明顯的腐蝕。由試片的失重 量可測出平均腐蝕速率達到0.022mm/a.圖3為在凝汽器中330天但受到了外加 電流的陰極保

9、護的黃銅試片的表面狀況。從照片可以看出，黃銅試片表面光潔，基本 無腐蝕產物的沉積。表面有一層牢固的紅黑色氧化亞銅和氧化銅層。由試片失重量 測得，在受到陰極保護的作用下，黃銅材料的平均腐蝕速率降到了 0.0015mm/ a .7# 機組凝汽器在陰極保護工況下對黃銅平均腐蝕速率的減少達到93以上。2.3.3抑 制了碳鋼的局部腐蝕傾向，降低了碳鋼的平均腐蝕速率從圖4所示的在凝汽器中330 天未受外加電流陰極保護的碳鋼試片的表面狀況可清楚地看出，碳鋼試片的表面腐 蝕嚴重，呈明顯的局部腐蝕潰瘍性坑蝕形態(tài)，蝕坑表面有黃褐色水合氧化鐵類的鐵 銹堆積。將表面附著的腐蝕產物除去后，可見其下有較深的蝕坑，并已大于

10、1mm。 此外。還可見試片邊緣已腐蝕缺損。由試片的失重量可算出在該工況下，碳鋼的平 均腐蝕速率達0.057mm/a.圖5為受到陰極保護的碳鋼試片的表面狀況。從照片 可見,試片表面無潰瘍狀局部腐蝕，附著一層疏松的黃褐色沉積物。除去表面附著物 后，試片表面平整無坑。此外，試片邊緣無缺損。從測定知受陰極保護的工況下，碳鋼 的平均腐蝕速率減小到0.0144mm/a。7#機組凝汽器在陰極保護狀態(tài)工況下，對碳 鋼平均腐蝕速率的減少達到74.8.碳鋼在淡水冷卻水中的平均腐蝕速率并不大，但常 見的是局部性的孔蝕或潰瘍狀的腐蝕,這對金屬結構是最危險的腐蝕形態(tài)。在凝汽 器中因碳鋼管板與銅管的直接脹接形成的電偶作用

11、將加劇碳鋼管板的局部腐蝕發(fā) 展。由試片所得的平均腐蝕速率是不能直接確切反映這種局部孔蝕或潰瘍狀腐蝕的 程度和危害的。而在實際工程中,如果金屬僅以不大的可以接受的腐蝕速率均勻腐 蝕，采取的保護措施可以減輕或防止金屬發(fā)生這種危險的局部腐蝕形態(tài)，則表明該種 防蝕措施是有效的。從對7#機組凝汽器管板的腐蝕檢查和試片表面狀況的評價說 明陰極保護對防止管板腐蝕已取得明顯的效果。因此,7#機組凝汽器采用陰極保護 技術防蝕是很有效的，陰極保護系統的控制也是適宜的。3安陽電廠7#機組凝汽器 實施陰極保護的經濟效益分析陰極保護技術不是一種表面處理的方法，它是一種從 根本上穩(wěn)定金屬,降低金屬在冷卻水中的腐蝕傾向的技

12、術,它將帶來長期的效果，并且 是一種十分有效、省事和經濟的方法。在7#機組凝汽器實施了陰極保護防蝕措施 不長的時間里，就已抑制了管板脹口附近及銅管端部的點蝕、脫鋅和電偶腐蝕，這將 推遲銅管發(fā)生泄漏，延長機組因凝汽器銅管堵漏而損失的發(fā)電量和增加的勞務量，同 時也因凝汽器減少或不泄露冷卻水而改善或提高了凝結水品質，保證了給水品質，使 鍋爐結垢率降低,提高蒸汽品質，從而改善了機組運行的安全經濟性和可靠性，延長了 大修周期，減少了臨修次數。目前，一臺100MW機組整臺凝汽器的銅管市場價值及 換銅管等費用已在240萬元左右。若銅管使用壽命延長一年，則相當于獲得了年經 濟效益12萬元左右。若減少凝汽器銅管泄漏檢測和堵漏的次數，帶來的經濟效益是 明顯的。如考慮到一臺100MW機組一天的發(fā)電量近300萬kWh,停電一天會給電 廠帶來的直接經濟損失40有萬元左右，間接損失則更大。如因腐蝕而使銅管損壞至 無法