電廠化學(xué)腐蝕與防護(hù)基礎(chǔ)

第二章電力設(shè)備的材料及腐蝕特點(diǎn)

2.1火力發(fā)電設(shè)備

2.2水在火力發(fā)電廠的作用和影響

2.3電力設(shè)備的材料及常見(jiàn)的腐蝕形式

2.4金屬材料的分類及熱處理工藝

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt腐蝕基礎(chǔ)知識(shí)腐蝕是由于材料與環(huán)境反應(yīng)而引起材料的破壞或變質(zhì)。金屬腐蝕是金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體等環(huán)境反應(yīng)而引起金屬或合金的破壞或變質(zhì)，金屬的腐蝕環(huán)境一般是指材料所處的介質(zhì)、溫度和壓力等。腐蝕的過(guò)程是在發(fā)生在金屬與介質(zhì)界面上的復(fù)雜多相反應(yīng)，其破壞總是由金屬表面逐漸向內(nèi)部深入?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt目前的主力機(jī)組裝機(jī)容量為600MW，典型配置包括：鍋爐采用直流鍋爐或亞臨界自然循環(huán)燃煤汽包鍋爐、汽輪機(jī)采用一次中間再熱、雙缸雙排汽式汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)采用水-氫-氫冷發(fā)電機(jī)火電廠的主要設(shè)備包括鍋爐、蒸汽機(jī)和發(fā)電機(jī)三大件，還包括省煤器、過(guò)熱器、再熱器、凝汽器、高壓加熱器、低壓加熱器和除氧器等根據(jù)鍋爐壓力的不同，可將發(fā)電機(jī)組分為八個(gè)級(jí)別，即低壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界和超超臨界等2.1火力發(fā)電設(shè)備化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt火電廠只要設(shè)備及流程圖化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt常見(jiàn)鍋爐機(jī)組、容量及用途壓力級(jí)別超高壓亞臨界超臨界超超臨界鍋爐型式自然循環(huán)直流鍋爐自然循環(huán)強(qiáng)迫循環(huán)直流鍋爐直流鍋爐直流鍋爐飽和蒸汽壓力（MPa)15.717.6≥22.0≥25.0

溫度(℃)343355374.2374.2過(guò)熱蒸汽壓力（MPa)13.716.5≥22.0≥25.0溫度(℃)510~540530~550560~590570~610蒸發(fā)量（t/h）410~670850~20501050~3001900~4000發(fā)電機(jī)組（MW）125~200250~600300~1000600~1200化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt凝汽式發(fā)電廠水、汽循環(huán)系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中，鍋爐、汽機(jī)及附屬設(shè)備組成了熱力系統(tǒng)，熱力系統(tǒng)中的各種熱交換部件或水汽流經(jīng)的設(shè)備，如鍋爐的省煤器、水冷壁管、過(guò)熱器、汽輪機(jī)、各種加熱器、除氧器和凝汽器等，統(tǒng)稱為熱力設(shè)備。水和蒸汽是熱力設(shè)備中的工質(zhì)，在熱力系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)行。如右圖所示化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt2.2水在火力發(fā)電廠的作用和影響水在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)工藝中，既是熱力系統(tǒng)的工作介質(zhì)，也是某些熱力設(shè)備的冷卻介質(zhì)。故水質(zhì)的好壞是影響電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素水處理工作的主要任務(wù)是：一是制備二級(jí)除鹽的補(bǔ)給水；二是對(duì)鍋爐內(nèi)的水汽進(jìn)行化學(xué)監(jiān)督和化學(xué)處理。消除因水質(zhì)不良引起的危害，保證電廠安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行火力發(fā)電廠鍋爐機(jī)組的參數(shù)越高，其熱能利用率越高，經(jīng)濟(jì)性也越好，對(duì)于其水質(zhì)的要求也就越高化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt高參數(shù)機(jī)組的水質(zhì)尤為重要，這與其特點(diǎn)密切相關(guān)：1、為節(jié)約金屬消耗量，提高蒸汽產(chǎn)率，鍋爐局部熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)值高2、合金材料經(jīng)熱處理后，對(duì)蒸汽純度敏感，易引起腐蝕龜裂3、各類鹽在蒸汽中的溶解度，隨著蒸汽參數(shù)的提高而增大如果進(jìn)入系統(tǒng)中的水水質(zhì)不良，就會(huì)導(dǎo)致：結(jié)垢（如爐管）、腐蝕（如給水管道、加熱器、省煤器、凝汽器）、積鹽（如過(guò)熱器、汽輪機(jī)葉片）化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt汽水品質(zhì)不合格的危害性

在火力發(fā)電廠中，如汽水品質(zhì)不符合規(guī)定，則可能引起以下危害。1、熱力設(shè)備的結(jié)垢如果進(jìn)入鍋爐的水中有易于沉積的雜質(zhì)，則在其運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。垢的導(dǎo)熱性為金屬的1/10~1/100，而且它又極易生成在熱負(fù)荷很高的部位，所以垢對(duì)鍋爐的危害性很大。它可使金屬壁溫過(guò)高，引起金屬?gòu)?qiáng)度下降，以致使鍋爐的管道發(fā)生局部變形、鼓包，甚至爆管。而且，垢還會(huì)降低鍋爐的傳熱效率，從而影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt2、熱力設(shè)備的腐蝕高參數(shù)熱力設(shè)備的腐蝕，是因?yàn)橛幸环N或幾種因素的存在：如堿性或酸性介質(zhì)的形成；有將雜質(zhì)含量從μg/L級(jí)或mg/L級(jí)濃縮至百分?jǐn)?shù)級(jí)的過(guò)程；有對(duì)腐蝕敏感的材料；有拉應(yīng)力。腐蝕不僅會(huì)縮短設(shè)備本身的服役期，而且由于金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入水中，成為爐管上新的腐蝕源，同時(shí)使給水中雜質(zhì)增多，促進(jìn)了爐管內(nèi)的結(jié)垢過(guò)程，結(jié)成的垢轉(zhuǎn)而又加劇爐管的腐蝕，形成惡性循環(huán)。如果金屬的腐蝕產(chǎn)物被蒸汽帶到汽輪機(jī)中，則會(huì)因它們沉積下來(lái)而嚴(yán)重地影響汽輪機(jī)的安全和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3、過(guò)熱器和汽輪機(jī)內(nèi)積鹽水質(zhì)問(wèn)題還會(huì)引起鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不純，而使蒸汽帶出的雜質(zhì)沉積在蒸汽的通流部位，如過(guò)熱器和汽輪機(jī)，從而產(chǎn)生積鹽現(xiàn)象。過(guò)熱器管內(nèi)積鹽會(huì)引起金屬管壁溫度過(guò)高，以致爆管；汽輪機(jī)內(nèi)積鹽會(huì)大大降低汽輪機(jī)的出力和效率。當(dāng)汽輪機(jī)葉片內(nèi)部積鹽嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使推力軸承負(fù)荷增大，隔板彎曲，降低汽輪機(jī)工作效率或造成事故停機(jī)?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3.2電力設(shè)備的材料及常見(jiàn)腐蝕形式電力設(shè)備的材料及特點(diǎn)制造電力設(shè)備的主要金屬材料是碳鋼，有些部件采用合金鋼。加熱器和凝汽器主要采用銅合金。1、鍋爐鋼管用鋼應(yīng)具有下述特性：較高的耐腐蝕性、良好的塑性、優(yōu)良的焊接性和足夠高的機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)于溫度高于400～450℃的設(shè)備，還要具有抗蠕脹性。蒸汽溫度在450℃以下低壓鍋爐鋼管，主要選用10號(hào)、20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼；壁溫低于500℃的過(guò)熱器管，一般采用20號(hào)鋼。由于奧氏體鋼價(jià)格昂貴，工藝性比珠光體耐熱鋼差，所以，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外機(jī)組的蒸汽參數(shù)，一般都在570℃以內(nèi)、2.74～23.52MPa的水平上以保證鍋爐運(yùn)行時(shí)?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt2、汽機(jī)葉片材料應(yīng)有足夠的常溫和高溫機(jī)械性能、良好的抗震性、較高的組織穩(wěn)定性、良好的耐蝕性及冷、熱加工工藝性能。葉片用鋼主要是鉻不銹鋼1Cr3、2Cr13和強(qiáng)化型不銹鋼Cr11MoV、Cr12WmoV、CrWMoNbVB等。3、汽機(jī)主軸、葉輪的材料要求綜合機(jī)械性好，有一定的抗蒸汽腐蝕的能力。對(duì)高溫下運(yùn)行的葉輪和主軸，還要求有足夠高的蠕變極限、持久強(qiáng)度、持久塑性和組織穩(wěn)定性，有良好的淬透性、焊接性能等工藝性能。材料主要是中碳鋼和中碳合金鋼，如35號(hào)鋼、34C℃、35CrMoV、20CrWMoV等。4、加熱器和凝汽器所用的管材，要求傳熱性能好、一定的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性能。為了提高凝汽管的耐蝕性能，現(xiàn)多采用加砷管，如H68A、HSn70-1A、HA177-2A等。

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt熱力設(shè)備的腐蝕形式目前，大容量、高參數(shù)的機(jī)組大量投產(chǎn)，600MW的機(jī)組已成為火電廠的主力機(jī)組。隨著爐外水處理技術(shù)的發(fā)展，鍋爐結(jié)垢和汽機(jī)積鹽問(wèn)題已得到有效控制，腐蝕已成為突出的問(wèn)題熱力設(shè)備在運(yùn)行中或停用時(shí)，各種腐蝕性成分會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐，國(guó)內(nèi)外火電廠和核電站的各種熱力設(shè)備，比如火電廠的鍋爐、核電站的蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、凝汽器、加熱器、給水泵、水處理設(shè)備以及各種水、汽管道，均發(fā)生過(guò)比較嚴(yán)重的腐蝕。熱力設(shè)備的腐蝕形態(tài)也比較多，例如點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂、腐蝕疲勞、氫脆、選擇性腐蝕、電偶腐蝕以及磨損腐蝕等?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt電力設(shè)備所遭受的腐蝕主要包括：1、氧腐蝕熱力設(shè)備運(yùn)行和停用時(shí)，都可能發(fā)生氧腐蝕，運(yùn)行氧腐蝕在水溫較高的條件下發(fā)生，停用氧腐蝕在低溫下發(fā)生。是熱力設(shè)備常見(jiàn)的一種腐蝕形式。2、酸腐蝕

熱力設(shè)備和管道可能與酸接觸，產(chǎn)生析氫腐蝕。導(dǎo)致酸性腐蝕的酸性物質(zhì)可能的來(lái)源右如下幾個(gè)：水處理設(shè)備，例如氫離子交換器再生時(shí)的鹽酸；精處理設(shè)備中破裂的樹(shù)脂進(jìn)入到鍋爐，高溫分解產(chǎn)生酸性物質(zhì)；給水系統(tǒng)除碳不完全或凝結(jié)水系統(tǒng)泄露帶入的游離CO2，水解產(chǎn)生H+。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3、應(yīng)力腐蝕它包括應(yīng)力腐蝕破裂和腐蝕疲勞。無(wú)論是鍋爐還是汽輪機(jī)，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。比如鍋爐的苛性脆化、汽輪機(jī)葉片的應(yīng)力腐蝕破裂、汽輪機(jī)葉輪的應(yīng)力腐蝕破裂和凝汽器銅管的應(yīng)力腐蝕破裂等。4、酸性磷酸鹽腐蝕酸性磷酸鹽腐蝕由于往鍋爐內(nèi)部添加較多酸式磷酸鹽而引起的腐蝕。往往隨著磷酸鹽隱藏和再溶出現(xiàn)象而產(chǎn)生。雖然酸式磷酸鹽會(huì)使pH降低，但是由于爐水中含有氨，pH的降低可能辨別不出來(lái)，加入的Na2HPO4(NaH2PO4)量大，就會(huì)引起酸性磷酸鹽腐蝕。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt5、鍋爐的介質(zhì)濃縮腐蝕主要是爐水蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生濃堿或濃酸時(shí)出現(xiàn)的，常發(fā)生在水冷壁管，它是鍋爐特有的一種腐蝕形態(tài)。6、亞硝酸鹽腐蝕亞硝酸鹽在鍋內(nèi)受高溫作用會(huì)分解產(chǎn)生新生態(tài)氧，這種新生態(tài)氧和水冷壁管內(nèi)表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生Fe2O3，使水冷壁管腐蝕。7、汽水腐蝕當(dāng)過(guò)熱蒸汽溫度超過(guò)450℃時(shí)，蒸汽會(huì)和碳鋼發(fā)生反應(yīng)生成鐵的氧化物，使管壁變薄。常常在過(guò)熱器中出現(xiàn)。

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt8、核電站蒸汽發(fā)生器凹陷（denting）它是水中氯離子所形成的酸性環(huán)境對(duì)碳鋼支撐板腐蝕的果，發(fā)生在管板同管子交接處，腐蝕產(chǎn)物是磁性氧化鐵。9、電偶腐蝕鍋爐化學(xué)清洗時(shí)，如果控制不當(dāng)，可能在爐管表面產(chǎn)生銅的沉積，即“鍍銅”，即產(chǎn)生電偶腐蝕。10、銅管選擇性腐蝕凝汽器銅管的水側(cè)常常發(fā)生選擇性腐蝕，對(duì)于黃銅管就是脫鋅腐蝕。導(dǎo)致機(jī)械性能顯著下降，會(huì)引起穿孔甚至破裂?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt11、晶間腐蝕晶間腐蝕是一種局部破壞現(xiàn)象，是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界產(chǎn)生的腐蝕。這種腐蝕主要是從表面開(kāi)始，沿著晶界向內(nèi)部發(fā)展，直至成為潰瘍性腐蝕，整個(gè)金屬?gòu)?qiáng)度幾乎完全喪失。見(jiàn)右圖化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt晶間腐蝕的特征是：在表面還看不出破壞時(shí)，晶粒之間已喪失了結(jié)合力，失去金屬聲音，嚴(yán)重時(shí)只要輕輕敲打就可破碎，甚至形成粉狀。晶間腐蝕的產(chǎn)生必須具備兩個(gè)條件:一是晶界物質(zhì)的物理化學(xué)狀態(tài)與晶粒本身不同；二是特定的環(huán)境因素，如潮濕大氣、電解質(zhì)溶液、過(guò)熱水蒸氣、高溫水或熔融金屬等。12、磨損腐蝕高速流體或流動(dòng)截面突然變化形成了湍流或沖擊，對(duì)金屬材料表面施加切應(yīng)力，使表面膜破壞。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt13、空泡腐蝕空泡腐蝕又叫氣蝕、穴蝕。氣泡的反復(fù)生成和破滅產(chǎn)生很大的機(jī)械力使表面膜局部毀壞，裸露出的金屬受介質(zhì)腐蝕形成蝕坑。14、鍋爐煙側(cè)的高溫腐蝕這主要指鍋爐水冷壁管、過(guò)熱器管及再熱器管外表面發(fā)生的腐蝕。15、鍋爐尾部的低溫腐蝕它是鍋爐尾部受熱面（空氣預(yù)熱器和省煤器）煙氣側(cè)的腐蝕，由煙氣中的SO3和煙氣中的H2SO4造成的。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3合金的氧化合金氧化的類型合金的氧化比純金屬?gòu)?fù)雜得多。當(dāng)金屬A作為基體，金屬B作為添加元素組成合金時(shí)，可能發(fā)生以下幾種類型的氧化：1、只有合金元素B發(fā)生氧化2、只有基體金屬A氧化3、基體金屬和合金元素都氧化化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt提高合金抗高溫氧化性能的途徑

通過(guò)合金化方法，在基體金屬中加入某些合金元素，可以大大提高抗高溫氧化性能，得到“耐熱鋼”(鐵基合金)和“耐熱合金”。1、加入適當(dāng)合金元素，減少氧化膜中的缺陷濃度2、生成具有良好保護(hù)作用的復(fù)合氧化物膜3、通過(guò)選擇性氧化形成保護(hù)性優(yōu)良的氧化物膜4、增加氧化物膜與基體金屬的結(jié)合力化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt4鋼鐵高溫氣體腐蝕的幾種形式1、鋼鐵的高溫氧化氧化膜的組成在570C以下，氧化膜包括Fe2O3,和Fe3O4兩層；在570C以上，氧化膜分為三層，由內(nèi)向外依此是FeO、Fe3O4、Fe2O3。三層氧化物的厚度比為100:510：氧化膜的結(jié)構(gòu)FeO是p型氧化物，具有高濃度的Fe2+空位和電子空位。Fe2O3為n型氧化物，晶格缺陷為O2-空位和自由電子，O2-

通過(guò)膜向內(nèi)擴(kuò)散(O2-空位向外界面擴(kuò)散)。Fe3O4中p型氧化物占優(yōu)勢(shì)，既有Fe2+的擴(kuò)散，又有O2-的擴(kuò)散。

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt耐熱鋼的高溫抗氧化性

作為耐熱鋼基礎(chǔ)的Fe—Cr合金，其優(yōu)良的耐高溫氧化性能來(lái)自幾個(gè)方