彭杰民，張春香，李曉軍

（1.中電神頭發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036011；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

凝汽器銅管的腐蝕與防止

彭杰民1，張春香2，李曉軍2

（1.中電神頭發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036011；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

減少凝汽器銅管腐蝕泄漏對(duì)火電廠安全運(yùn)行非常重要。闡述了制造、安裝和運(yùn)行引起凝汽器銅管腐蝕的情況，分析了腐蝕產(chǎn)生的原因，對(duì)殘?zhí)寄?、?nèi)應(yīng)力、外應(yīng)力、微生物腐蝕、水質(zhì)控制和腐蝕監(jiān)測(cè)等主要影響因素進(jìn)行了探討，提出了相應(yīng)解決辦法。

凝汽器；銅管；腐蝕；防止

0 前言

火電廠中凝汽器銅管腐蝕泄漏引起機(jī)組腐蝕、結(jié)垢和停運(yùn)的事故時(shí)有發(fā)生，了解腐蝕損壞原因，減緩銅管腐蝕對(duì)延長(zhǎng)使用壽命意義重大。引起銅管腐蝕的原因很多，危害程度也不盡相同，本文分析了一些主要的原因并提出了防止方法。

1 因制造原因引起的故障

1.1 殘?zhí)寄ひ鸬碾娀瘜W(xué)腐蝕

銅管內(nèi)表面碳膜的產(chǎn)生與銅管在拉伸過(guò)程中所用潤(rùn)滑劑的添加量及退火所選擇工藝條件等因素有關(guān)。這種有機(jī)潤(rùn)滑劑在退火過(guò)程中未能完全燒凈，殘留附著于銅管表面即形成碳膜，狀態(tài)為黑色膜，也可以是透明膜。銅表面殘?zhí)寄ず窟_(dá)到30%（原子百分比）就可能出問(wèn)題，而低于20%時(shí)通常不會(huì)發(fā)生因殘?zhí)寄ひ鸬碾娀瘜W(xué)腐蝕。

腐蝕的特點(diǎn)是，腐蝕速度快，腐蝕穿孔大多發(fā)生在運(yùn)行3個(gè)月到1年的時(shí)間內(nèi)。腐蝕主要由電化學(xué)腐蝕造成：碳膜電位較正，將提供有效的大陰極，表面膜破裂處所暴露出的銅基體電位較負(fù)是小陽(yáng)極，將在殘?zhí)寄さ钠屏鸦蛉毕萏幮纬筛g電池。這將增加小陽(yáng)極上的電流，大大加快小孔腐蝕的速度。小孔腐蝕一旦發(fā)生，腐蝕產(chǎn)物或沉積在銅管內(nèi)表面的其他物質(zhì)就成為氧的屏障。因?yàn)樵诟g產(chǎn)物或沉積物的縫隙中，溶液是靜止不動(dòng)的，使得水中的溶解氧依靠緩慢的擴(kuò)散過(guò)程到達(dá)金屬表面，當(dāng)腐蝕產(chǎn)物含有亞銅化合物時(shí)，還能化學(xué)吸收氧，未腐蝕的其他銅管表面由于水的流動(dòng)而得到充分氧供應(yīng)，這種氧的差異形成氧濃差電池，富氧部分為陰極，缺氧部分為陽(yáng)極，進(jìn)一步加劇腐蝕。

選擇生產(chǎn)工藝先進(jìn)的生產(chǎn)廠家，不使用有潤(rùn)滑劑的拉拔工藝，或有殘?zhí)寄さ那逑垂に嚕乐垢g發(fā)生。已經(jīng)有殘?zhí)寄さ你~管，建議在投產(chǎn)前選擇合適方法進(jìn)行化學(xué)清洗。

1.2 防止銅管的內(nèi)應(yīng)力過(guò)大引起破裂

內(nèi)應(yīng)力可能是生產(chǎn)廠消除應(yīng)力退火后殘存的，也可能是因運(yùn)輸、搬運(yùn)或保管不當(dāng)受到碰撞、震動(dòng)等原因所造成的。內(nèi)應(yīng)力過(guò)大的黃銅管在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)縱向裂紋。內(nèi)應(yīng)力的大小用通常氨熏方法進(jìn)行檢驗(yàn)，穿管前按0.2%抽管檢查銅管內(nèi)應(yīng)力，有裂紋者為不合格，存在內(nèi)應(yīng)力的銅管應(yīng)在350℃退火2～4 h以消除應(yīng)力。

1.3 黃銅脫鋅

火電廠所用的黃銅管以H68A和HSn70-1居多，這些黃銅管在制造過(guò)程和運(yùn)行中金相組織、化學(xué)成分都可誘發(fā)脫鋅現(xiàn)象，黃銅的顏色從原來(lái)的顏色變?yōu)榧t色就表明脫鋅。H68A黃銅比HSn70-1脫鋅傾向明顯。

在黃銅合金中，添加微量As、Al和Sn等抑制劑，能有效抑制黃銅脫鋅，其中最有效的是砷。一般在黃銅中加0.02%～0.03%的As，就可抑制脫鋅腐蝕[1]。我國(guó)生產(chǎn)的黃銅管（不包括鋁黃銅）都加有微量元素As。從國(guó)外進(jìn)口的黃銅管有的不加As，很容易發(fā)生脫鋅腐蝕。脫鋅分兩類，一類是層狀脫鋅，另一類是塞狀脫鋅，即凝汽器管出現(xiàn)像塞子一樣的局部脫鋅。引起脫鋅腐蝕的因素及抑制方法如下。

a）元素成分：含鋅量越高，越容易發(fā)生脫鋅腐蝕。添加As、Sn、Al等微量元素可抵制脫鋅腐蝕。

b）冶金因素：如果黃銅金相組織中存在α相和β相，富鋅的β相可能發(fā)生局部腐蝕。有時(shí)β相先腐蝕，然后蔓延到α相。所以，在冶煉的過(guò)程中要做到金相組織均勻。

c）介質(zhì)流速：在不流動(dòng)的黃銅管內(nèi)，很容易發(fā)生脫鋅腐蝕。例如凝汽器黃銅管發(fā)生污堵后，1～2個(gè)月就可能因塞狀脫鋅而穿孔。為了防止發(fā)生脫鋅腐蝕，一般要求管內(nèi)流速不應(yīng)低于1m/s，并應(yīng)保持銅管內(nèi)表面清潔。

2 因安裝原因引起的故障

2.1 外應(yīng)力引起裂紋

黃銅管安裝過(guò)程中產(chǎn)生的碰撞往往在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)放射性的裂紋。越是靠近凝汽器空抽區(qū)，凝結(jié)水中氨的濃度就越高，受外應(yīng)力影響的黃銅管越容易出現(xiàn)裂紋。白銅管、不銹鋼管和鈦管等即使有砸坑也一般不會(huì)出現(xiàn)裂紋。

2.2 脹管工藝順序引起拉應(yīng)力

在安裝凝汽器銅管時(shí)，脹管次序很重要。由于脹管是擠壓的過(guò)程，銅管要變長(zhǎng)，剛開始脹的管子將受到以后每根管子疊加的拉應(yīng)力。通常將凝汽器管板劃分為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域先脹一部分管子，然后逐漸脹滿。由于脹口部位銅管被擠壓，厚度會(huì)減薄，有時(shí)此部位附近會(huì)發(fā)生裂紋或斷裂。

3 因運(yùn)行原因引起的故障

3.1 水質(zhì)控制的影響

3.1.1 循環(huán)水的pH值

銅鋅合金的銅管（mCu/mZn=70/30）的最佳耐腐蝕的pH值范圍與溫度有關(guān)，見圖1。

圖1 溫度、pH值對(duì)銅管腐蝕的影響

循環(huán)冷卻水的溫度不同，最佳的防腐pH值也有相應(yīng)的變化，通常銅鋅合金管（mCu/mZn=70/30）最佳的防腐 pH值與溫度的關(guān)系為 pH=8.0+（t-30/60），t為循環(huán)水的溫度。循環(huán)水的pH值應(yīng)當(dāng)控制在8左右，如果pH低于7腐蝕速度會(huì)急劇上升。

3.1.2 銅緩蝕劑

對(duì)于采用循環(huán)水冷卻的電廠，常用添加銅緩蝕劑的方法防止銅管腐蝕，添加的銅緩蝕劑有巰基苯并噻唑（簡(jiǎn)稱為MBT） 和苯并三氮唑（簡(jiǎn)稱BTA）兩種。BTA的耐氧化能力比MBT好。冷卻水中有游離氯存在時(shí)，它的緩蝕能力下降，但在余氯消耗完后，它的緩蝕作用又會(huì)恢復(fù)。因此BTA既可以作為設(shè)備運(yùn)行中的銅和銅合金的緩蝕劑，又可應(yīng)用在銅和銅合金的鍍膜工藝中。

3.1.3 銅管腐蝕在線監(jiān)測(cè)

腐蝕在線監(jiān)測(cè)通常由測(cè)量回路、測(cè)量傳感器、測(cè)量?jī)x器和信號(hào)輸出等部件組成。通過(guò)腐蝕在線監(jiān)測(cè)，可以確定凝汽器銅管的腐蝕速率，檢驗(yàn)銅管防腐處理的效果，并調(diào)整防腐處理方式，使銅管的腐蝕速率降低到安全值（均勻腐蝕速度小于0.005 mm/a）[2]以下，同時(shí)減少防腐費(fèi)用。

3.1.4 循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中微生物的控制

微生物種類很多，在冷卻系統(tǒng)中引起問(wèn)題的微生物主要有三類：藻類、細(xì)菌和真菌[3]。它們對(duì)白銅管的腐蝕往往比對(duì)黃銅管嚴(yán)重，這主要是黃銅管相對(duì)均勻腐蝕速度大些，腐蝕產(chǎn)物（銅離子）和黃銅管的加As都對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖起抑制作用。

對(duì)冷卻水系統(tǒng)中微生物生長(zhǎng)的控制，是通過(guò)控制冷卻水中微生物數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)置多種過(guò)濾設(shè)施，如攔污柵、活動(dòng)濾網(wǎng)等，防止污染物進(jìn)入系統(tǒng)；設(shè)置旁流處理，如旁流過(guò)濾、可以減少水中的懸浮物、粘泥和細(xì)菌。為了防止粘泥在凝汽器管內(nèi)的附著，可采用膠球清洗，刷子清洗等方法，運(yùn)行中還需要加入殺菌滅藻藥劑等化學(xué)藥劑。

3.2 機(jī)組運(yùn)行管理因素的影響

3.2.1 避免振動(dòng)引起腐蝕疲勞

腐蝕疲勞主要是由于凝汽器管振動(dòng)，銅管受交變應(yīng)力作用而產(chǎn)生的腐蝕。銅管振動(dòng)引起銅管表面保護(hù)膜的局部損壞，在腐蝕介質(zhì)的作用下，使銅管產(chǎn)生點(diǎn)蝕，甚至穿孔、斷裂。此時(shí)，銅管產(chǎn)生橫向裂紋，裂紋以穿晶為主。在銅管表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些針孔狀的孔洞，孔洞周圍無(wú)腐蝕產(chǎn)物。有時(shí)在銅管外側(cè)還能發(fā)現(xiàn)銅管互相摩擦而減薄的跡象。以下幾個(gè)措施可以防止銅管腐蝕疲勞。

a）合理設(shè)計(jì)凝汽器隔板間距。對(duì)于φ25mm× 1mm的銅管，隔板間距不應(yīng)超過(guò)1.29m。

b）迎汽側(cè)的管子產(chǎn)生振動(dòng)，可采取加裝防沖擊擋板或在管束上采用插竹片或塑料夾等減振方法。

c）對(duì)進(jìn)入凝汽器的各種輔助蒸汽、疏水都應(yīng)加擋板，防止直接沖擊凝汽器管，必要時(shí)采取防振動(dòng)措施。

3.2.2 防止管口發(fā)生沖擊腐蝕

沖擊腐蝕的特征是，在銅管內(nèi)表面有連成片的高低不平的凹坑，凹坑呈馬蹄形，一般無(wú)明顯腐蝕產(chǎn)物，表面一般呈金黃色。將銅管縱向剖開，用低倍放大鏡觀察斷面，就能發(fā)現(xiàn)凹坑具有與水流方向相同的方向性。

沖擊腐蝕一般發(fā)生在凝汽器銅管入口端100～150mm的位置。當(dāng)銅管表面保護(hù)膜被破壞時(shí)，其破壞處為陽(yáng)極，未破壞處為陰極，形成了腐蝕電池，引起銅管的損壞。

為了防止銅管的沖擊腐蝕，可采用如下措施。

a）選用能形成高強(qiáng)度保護(hù)膜、耐沖擊腐蝕的管材，如鈦管、不銹鋼管、銅鎳合金管。

b）限制冷卻水流速不超過(guò)2m/s。對(duì)鋁黃銅管，懸浮物含量最好不超過(guò)20mg/L。

c）在銅管入口端部安裝尼龍?zhí)坠?。在入口端易發(fā)生沖擊腐蝕的100～150mm以內(nèi)的渦流區(qū)用尼龍?zhí)坠苷谧　?/p>

d）在銅管入口端涂防腐涂料。通常在對(duì)凝汽器管板用防腐涂料防腐的同時(shí)，對(duì)銅管的入口端一起刷涂。

e）改善水室結(jié)構(gòu)，使水流不在管端形成急劇變化的湍流。

f）進(jìn)行硫酸亞鐵成膜。

g）防止異物進(jìn)入銅管。在銅管中異物會(huì)造成局部流速過(guò)大，產(chǎn)生渦流等而破壞保護(hù)膜。

3.2.3 防止停運(yùn)腐蝕

停運(yùn)時(shí)，滯留在銅管里的水會(huì)由于缺氧而使有機(jī)體產(chǎn)生氨和硫化物，以致?lián)p壞保護(hù)膜。還有可能因氧的濃差而產(chǎn)生腐蝕。

停運(yùn)3天以內(nèi)，應(yīng)放掉冷卻水，打開人孔門自然通風(fēng)干燥；停運(yùn)3天以上，必須排空、沖洗、干燥和保持敞開。

4 結(jié)束語(yǔ)

防止凝器銅管腐蝕應(yīng)從設(shè)計(jì)選材、基建安裝、生產(chǎn)運(yùn)行全過(guò)程入手，重視和細(xì)化各階段的管理工作，確保每一個(gè)階段不會(huì)產(chǎn)生造成銅管嚴(yán)重腐蝕的因素存在，才能減少凝汽器腐蝕泄漏，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

［1］ 高秀山.火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水處理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2002：167.

［2］ 曹長(zhǎng)武.火力發(fā)電廠化學(xué)監(jiān)督技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005：205.

［3］ 周本省.工業(yè)水處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：123.

Corrosion and Prevention of the Condenser Brass Tubes

PENG Jiem in1，ZHANG Chunxiang2，LIXiaojun2
（1.CPIShentou Power Generation Co.，Ltd.，Shuozhou，Shanxi 036011，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Itwas important to reduce the condenser brass tubes leakage caused by corrosion for the safe operation of the thermal power plant.The situations of the corrosion caused bymanufacture，installation and operation ofbrass tubeswere described in this paper. The causes of corrosion were analyzed，themain influence factors such as residual carbon film，internal stress,external stress，microbial corrosion，waterquality controland corrosionmonitoringwere discussed，and the corresponding solutionswere proposed.

condenser；brass tubes；corrosion；prevention

TG172，TK264.1+1

A

1671-0320（2015）01-0053-03

2014-11-28，

2014-12-11

彭杰民（1961），男，山西忻州人，1982年畢業(yè)于大同電力學(xué)校熱能動(dòng)力專業(yè)，工程師，從事發(fā)電設(shè)備防腐防垢及水處理技術(shù)工作；

張春香（1968），女，山西榆次人，1990年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校熱能動(dòng)力專業(yè)，工程師，從事電廠化學(xué)技術(shù)工作；

李曉軍（1980），男，山西朔州人，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，研究生，工程師，從事電廠化學(xué)技術(shù)工作。