楊富淋,張秀麗,張宏杰,康存軍

(1. 沈陽中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司,沈陽 110015； 2. 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,北京 100045；3. 天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司,薊縣 301907)

電感及pH腐蝕測量系統(tǒng)對電廠循環(huán)水處理的作用

楊富淋1,張秀麗2,張宏杰3,康存軍3

(1. 沈陽中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司,沈陽 110015； 2. 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,北京 100045；3. 天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司,薊縣 301907)

從電廠循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕特點與機理的方面討論了循環(huán)水系統(tǒng)的防腐蝕工作重點，有針對性地采用電感及pH腐蝕測量系統(tǒng)來指導(dǎo)循環(huán)水處理與設(shè)備防腐蝕。通過在天津大唐盤山發(fā)電有限責(zé)任公司(以下稱大唐盤電)3號凝汽器上的應(yīng)用，驗證了其有效性。

循環(huán)水系統(tǒng);腐蝕監(jiān)測;電感;pH;單向隔離

熱電廠一般采用敞開式循環(huán)冷卻水技術(shù)來處理水的循環(huán)使用與冷卻，這種處理技術(shù)會使系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境變得極具腐蝕性，從而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備發(fā)生腐蝕，威脅電廠長周期的生產(chǎn)安全。因此,必須選擇一種經(jīng)濟實用的循環(huán)水處理與腐蝕控制方案，以解決由循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕造成的影響。找出導(dǎo)致循環(huán)水水質(zhì)發(fā)生變化的原因、并對會造成設(shè)備發(fā)生腐蝕的因素進行監(jiān)測；對易產(chǎn)生腐蝕的重點設(shè)備進行實時動態(tài)監(jiān)測，以掌握腐蝕發(fā)生的過程，通過腐蝕數(shù)據(jù)的變化來反饋水質(zhì)的變化，改善循環(huán)水水質(zhì)，根本解決水質(zhì)處理問題。

以往電廠對于循環(huán)水的監(jiān)測方法僅為水質(zhì)化驗分析，主動實施的監(jiān)測手段較少。現(xiàn)階段電廠循環(huán)水系統(tǒng)已應(yīng)用的腐蝕監(jiān)測方法是對循環(huán)水系統(tǒng)中的凝汽器進行監(jiān)測，因凝汽器中銅管的腐蝕和結(jié)垢是使發(fā)電機組損壞和傳熱效率降低的主要因素，同時凝汽器也是受循環(huán)水腐蝕的關(guān)鍵設(shè)備，所以對其進行監(jiān)測很有意義。已應(yīng)用的電化學(xué)腐蝕在線監(jiān)測方法是通過對監(jiān)測探針的電極進行線性極化，測得腐蝕電流后得出相應(yīng)的腐蝕速率，其誤差較大，與實際腐蝕速率最大相差200倍，且瞬時測量對測量電極損傷較大，消耗快，維護成本增加。因此，本工作建立一套電感式測量系統(tǒng)來解決上述電化學(xué)測量的弊端，并與pH在線測量一同使用，可以更準(zhǔn)確地監(jiān)測循環(huán)水的腐蝕狀態(tài)。本工作主要闡述循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測對調(diào)節(jié)循環(huán)水水質(zhì)的作用，并通過天津大唐盤電3號凝汽器電感式腐蝕測量系統(tǒng)的實際運行結(jié)果來證明其應(yīng)用效果。

1 電廠循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕

1.1 敞開式循環(huán)水腐蝕問題

電廠一般選用敞開式循環(huán)水系統(tǒng)，此系統(tǒng)的特點是水溫升高、流速變化、蒸發(fā)、無機離子和有機物質(zhì)濃縮、雜物進入等因素會使系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的沉積物附著和菌藻微生物滋生，由此形成設(shè)備腐蝕加重、粘泥污垢堵塞管道等問題。一般循環(huán)水系統(tǒng)中附著水垢的主要成分是重酸鹽，它會隨著水的蒸發(fā)濃縮而增加，當(dāng)其濃度達到過飽和，或經(jīng)過傳熱管束表面水溫升高時，會發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3[1]。CaCO3沉積在換熱管束表面，形成致密的碳酸鈣水垢，影響傳熱效率，嚴(yán)重時會堵塞管道。此外，設(shè)備腐蝕穿孔的現(xiàn)象也時有發(fā)生，主要是金屬與水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕、Cl-和SO42-含量增高時，加速碳鋼腐蝕以及微生物引起的腐蝕[1]。

對于處于冷卻水環(huán)境中的同種材料，由于碳鋼表面的不均一和冷卻水的導(dǎo)電性，在碳鋼表面會形成許多腐蝕微電池，微電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)分別會發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，這些反應(yīng)會促使微電池中陽極區(qū)的碳鋼不斷溶解而被腐蝕[2]。

在水溫不高時，銅合金會在溶氧水中產(chǎn)生淡紅色氧化亞銅，進而生產(chǎn)黑色的氧化銅,見式(1)和式(2)。

(1)

(2)

因Cl-半徑小，穿透性強，易穿過金屬保護膜層，置換氧原子形成氯化物，所以Cl-會加速陽極過程，是引起點蝕的因素之一[1]。

微生物引起的換熱管束等設(shè)備的局部腐蝕也較為常見，主要是由于微生物排出的黏液和無機垢、泥沙、雜物等形成的沉積物附著在金屬表面，形成了氧濃差電池，促使金屬腐蝕。此外還有一些硫酸鹽還原菌(SRB)在25～30 ℃時，水解產(chǎn)生H2S,引起金屬特別是碳鋼的腐蝕。此外，SRB還會腐蝕銅或銅合金，主要包括白銅、黃銅等對微生物腐蝕很敏感的合金，產(chǎn)生點蝕[1]。

上述這些因素會對銅合金、碳鋼換熱設(shè)備造成腐蝕穿孔，形成滲漏，換熱傳熱面減少，降低了冷卻作用，因此設(shè)備腐蝕與水垢都將危害電廠的安全生產(chǎn)。

1.2 循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕控制方法

在碳鋼溶解氧腐蝕中,只要任一控制陽、陰極極化過程，便可以控制腐蝕速率，在Cl-和SO42-含量升高時以及微生物腐蝕加重情況下，減緩這些因素便可降低腐蝕速率?，F(xiàn)階段控制循環(huán)水系統(tǒng)防腐蝕，主要是添加緩蝕劑、殺菌劑、阻垢劑等藥劑，提高冷卻水pH，選用耐蝕材料和涂敷防腐蝕涂層。其中選擇耐蝕材料與涂敷防腐蝕層是在設(shè)備建設(shè)或檢修期實施的被動防護辦法，而合理選用緩蝕劑、實時調(diào)節(jié)水的pH才是較為主動的防護方法，且這些方法可以隨生產(chǎn)工藝進行調(diào)節(jié)，因而是各電廠通用的防腐蝕手段。

對循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測特別是在凝汽器的進水室、凝汽器管入口等部位進行電感測量法監(jiān)測，可以通過電感探針得到腐蝕損耗量的變化，結(jié)合循環(huán)水pH監(jiān)測可以調(diào)控緩蝕劑等藥劑的注入量，對循環(huán)水系統(tǒng)起到腐蝕控制作用。

2 凝汽器的腐蝕監(jiān)測

冷卻水凝汽器是循環(huán)水系統(tǒng)中的重要部件，也是重要的換熱設(shè)備。其常見腐蝕主要是銅管的點蝕、開裂，沖刷腐蝕，碳鋼的沖刷腐蝕、微生物腐蝕、垢下腐蝕、沖刷腐蝕等。大唐盤電3號凝汽器的70-1B材料在外觀檢查時發(fā)現(xiàn)，黃銅管內(nèi)有一層稀松的連續(xù)的紫銅，斷層可見紫銅與黃銅的分層，見圖1，內(nèi)表面有白色的腐蝕產(chǎn)物紫銅栓，其脫落后就形成小孔。這種現(xiàn)象是典型脫合金腐蝕，在銅合金中鎳的電極電勢比銅小，鎳更活潑，因此鎳發(fā)生了溶解,同時因為Cl-的存在加速破壞了銅合金的保護膜，也促使了點蝕的發(fā)生。經(jīng)過能譜分析,銅合金腐蝕斷層處Cl-質(zhì)量分數(shù)為6.63%。

圖1 70-1B腐蝕形貌Fig. 1 70-1B corrosion morphology

在銅管的外表面則形成了許多小坑，主要原因是水質(zhì)變化，水中的氯化物、硬度、沉積物增多，使銅管外表面的碳膜受到破壞而發(fā)生的點蝕現(xiàn)象。

由于冷卻水夾雜氣體、污物和泥沙等異物，在流經(jīng)凝汽器入口水室內(nèi)部以及管束入口段時會產(chǎn)生湍流，使凝汽器水室內(nèi)壁與凝汽器管表面受到?jīng)_擊破壞了金屬保護膜形成磨蝕，形成了沖刷腐蝕,見圖2。

圖2 3號凝汽器電化學(xué)探針被沖刷后形貌Fig. 2 Morphology of electrochemical probe of 3#condenser after being washed

基于這些腐蝕特點，除了加強設(shè)備材料的耐蝕性外，還應(yīng)在循環(huán)水中加入成模型緩蝕劑使其在金屬表面形成有效的保護膜，同時應(yīng)加入除菌劑(防微生物滋長)與阻垢劑(防垢)[3-5]。在關(guān)鍵部位添加電感腐蝕監(jiān)測探針，便可以通過累積的腐蝕損耗量得出某一階段的腐蝕速率，通過腐蝕速率可以判斷“藥劑”的適應(yīng)情況，并指導(dǎo)調(diào)整其加入量。此外，在循環(huán)水進水環(huán)節(jié)一般會注入氨，其在空抽區(qū)會大量聚集、濃縮，若有溶解氧存在,便會在空抽區(qū)銅管汽測發(fā)生氨腐蝕，因此除了采用耐氨腐蝕白銅管外，還應(yīng)在日常生產(chǎn)中控制氨的濃度，嚴(yán)格控制水的pH，在抽空區(qū)循環(huán)水水側(cè)加入pH實時監(jiān)測，防止氨濃度過高。

在循環(huán)水運行時pH通常應(yīng)控制在7.0～9.2[1]，pH過低將增加循環(huán)水的腐蝕性，設(shè)備腐蝕速率加快;pH過高則會增加循環(huán)水的結(jié)垢傾向，管束易結(jié)垢。因此有必要對水質(zhì)的pH進行實時監(jiān)測。

3 凝汽器上電感腐蝕測量及pH監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

大唐盤電3號機凝汽器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，共安裝了3個電感探針和1個pH探針，見圖3。電感探針和pH探針安裝在3號凝汽器循環(huán)水進水室側(cè)，實時監(jiān)測循環(huán)水對不同材料管束的腐蝕速率與水質(zhì)的pH變化。在線式電感腐蝕測量及pH監(jiān)測系統(tǒng)采用485通訊傳輸模式，每個監(jiān)測部位均配有監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器，當(dāng)計算機程序發(fā)出測量指令，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器便測量探針的腐蝕電位、pH電位等參數(shù)，接著由采集端計算機(生產(chǎn)區(qū))程序發(fā)出指令傳回數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)娇偡?wù)器(辦公區(qū))，通過B/S網(wǎng)頁訪問可以瀏覽、分析。因盤山電廠網(wǎng)絡(luò)信息安全要求，為防止網(wǎng)絡(luò)攻擊或竊取數(shù)據(jù)，不允許對生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器進行訪問，生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)只能向外進行單向通信，因此在生產(chǎn)網(wǎng)與辦公網(wǎng)服務(wù)器間安裝一臺正向型單向網(wǎng)絡(luò)隔離器，此單向網(wǎng)絡(luò)隔離器采用集成電路實現(xiàn)物理鏈路層的單向連接，使得在只有單組雙絞線連接下網(wǎng)卡能夠正常初始化并工作，以支持UDP協(xié)議的單向傳輸,見圖4。

將系統(tǒng)的測量間隔時間設(shè)定為60 min，表1中列出了3號凝汽器進水側(cè)水室內(nèi)在線式電感探針的測量數(shù)據(jù)。由表1可見,電感探針在此循環(huán)冷卻水中的腐蝕損耗值和平均腐蝕速率穩(wěn)定，腐蝕增加趨勢明顯，三種材料電感探針的腐蝕率由低到高分別是B30、70-1B、20號碳鋼，這個結(jié)果與CMB-1510B電化學(xué)系統(tǒng)測量儀測得設(shè)備的瞬時腐蝕速率結(jié)果相近，見表2。

圖3 系統(tǒng)使用界面Fig. 3 System interface

圖4 腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)通信示意圖Fig. 4 LAN communication diagram of corrosion monitoring system

表1 3號凝汽器進水側(cè)水室在線式監(jiān)測數(shù)據(jù)

由表2可見,冷凝器的瞬時腐蝕速率均高于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱設(shè)備碳鋼管壁腐蝕速率小于0.125 mm/a,銅、銅合金和不銹鋼換熱器管壁的腐蝕速率小于0.005 mm/a的控制標(biāo)準(zhǔn)[6]。這是因為此階段，裝置處在開工初期，介質(zhì)流量變化較大，腐蝕損耗較多，且新探針正處在金屬腐蝕初期，會產(chǎn)生探頭加速腐蝕階段，在金屬表面產(chǎn)生鈍化膜后，腐蝕速率會相對平穩(wěn)。

表2 CMB-1510B腐蝕測量儀測得3號凝汽器的腐蝕速率

在2月1日～3月14日期間，循環(huán)水實時監(jiān)測的pH為7.7～8.1。通過監(jiān)測pH變化，了解循環(huán)水回水在此期間pH的變化為0～0.5，呈弱堿性,見圖5。

由圖5可見，循環(huán)水偏堿性趨勢加重，這符合電廠循環(huán)水的pH參考值(7.0～9.2)，水質(zhì)pH控制較好。因水質(zhì)中碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽會水解成CaCO3、MgCO3等垢，垢類物質(zhì)析出會使水中氯離子和含氧酸根離子含量升高的增大，將導(dǎo)致水中的金屬局部腐蝕加速[4]。因此，在此環(huán)境中腐蝕探針的腐蝕損耗可以表征加速腐蝕趨勢，而pH實時監(jiān)測會表現(xiàn)出微小波動，并使pH逐漸降低。依此判斷，3號凝汽器的水質(zhì)中尚無水垢類物質(zhì)產(chǎn)生趨勢。

圖5 3號凝汽器循環(huán)水實時pH監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig. 5 Online pH monitoring data of 3# condenser circulating water

循環(huán)水中經(jīng)常投加聚磷酸鹽作為緩蝕劑或阻垢劑，而聚磷酸鹽會水解成磷酸鹽，若水實際pH大于磷酸三鈣飽和pH，很可能會有磷酸三鈣沉淀(磷酸水垢)，反之則無[1]。采用pH監(jiān)測與電感探針監(jiān)測腐蝕速率變化曲線相結(jié)合實時分析的辦法來判斷水垢生成的可能性，是一種簡捷、實用的方法。

4 結(jié)論

電廠循環(huán)冷卻水處理一直是生產(chǎn)單位較為重視的工作，循環(huán)水系統(tǒng)能否長、穩(wěn)、安運行，直接影響了電廠的安全生產(chǎn)，因此循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕與防護工作顯得尤為重要。針對循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕特點研制的電感腐蝕測量及pH監(jiān)測系統(tǒng)，能從本質(zhì)上解決腐蝕問題，電感測量探針能夠監(jiān)測凝汽器的進、回水室、凝汽器管入口等部位的均勻腐蝕、沖刷腐蝕、微生物腐蝕，而循環(huán)水pH監(jiān)測可以起到指導(dǎo)緩蝕劑、阻垢劑等“藥劑”的調(diào)節(jié)作用，從而對設(shè)備中的氨腐蝕、微生物腐蝕起到較好的防護作用。同時使用電感測量與pH監(jiān)測可以幫助管理人員得到循環(huán)水系統(tǒng)均勻腐蝕速率信息,同時可以預(yù)測水垢生成的可能性，從而能夠減緩凝汽器管的腐蝕，增加其使用壽命，降低維護成本。因此在電廠循環(huán)水處理工作中使用電感及pH腐蝕測量系統(tǒng)，幫助相關(guān)人員開展防腐蝕管理工作是很有必要的。

[1] 周本省. 工業(yè)水處理技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1996：169.

[2] 楊富淋. 腐蝕在線監(jiān)測技術(shù)在電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 華北電力技術(shù),2012(4):14-17.

[3] 房金祥. 酸洗/緩蝕阻垢/殺菌/旁慮法提高熱電廠循環(huán)水濃縮倍率[J]. 腐蝕與防護，2006,27(9)：472-477.

[4] 葛紅花，陳霞，張慧鑫，等. 不同水質(zhì)穩(wěn)定劑對凝汽器不銹鋼管的緩蝕性能[J]. 中國電力，2007,35(4)：17-19.

[5] 許立國. 某火電廠凝汽器銅管初期腐蝕的原因[J]. 腐蝕與防護，2010,31(1)：92-94.

[6] GB50050-1995 工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范[S].

Effect of Inductance and pH Corrosion Measuring System on Circulating Water Treatment in Power Plant

YANG Fulin1, ZHANG Xiuli2, ZHANG Hongjie3, KANG Cunjun3

(1. Shenyang Zkwell Corrosion Control Technology Co., Ltd., Shenyang 110015, China; 2. North China Electric Power Research Institute Co., Ltd., Beijing 100045, China; 3. Tianjin Datang International Panshan Power Generation Co., Ltd., Tianjin 301907, China)

The key point of anticorrosion work for circulating water system was discussed in the aspects of corrosion characteristics and mechanism for circulating water in power plants. Inductance and pH corrosion measurement system was used to guide the circulating water treatment and equipment anticorrosion. Through the application to the 3#condenser of Tianjin Datang Panshan Power Limited Liability Company (hereinafter referred to as the Datang Panshan Power), the effect of the system was proved.

circulating water system; corrosion monitoring; inductance; pH; one-way isolation

10.11973/fsyfh-201705018

2015-08-06

楊富淋,工程師,本科,從事腐蝕監(jiān)檢測工作,15011295103,forlin-young@163.com

TG174

B

1005-748X(2017)05-0398-05