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汽機(jī)給水泵冷油器銅管腐蝕原因分析
針對(duì)給水泵冷油器出現(xiàn)的漏水現(xiàn)象，經(jīng)抽取管樣進(jìn)行金相分析，從金屬學(xué)角度闡述了引起腐蝕的原因，并提出了預(yù)防腐蝕的建議。
周口發(fā)電有限公司有2臺(tái)135MW機(jī)組，1機(jī)組于2003年8月份投產(chǎn)，2機(jī)組于2004年2月份投產(chǎn)。雙機(jī)投產(chǎn)分別運(yùn)行半年后，給水泵油系統(tǒng)在備用狀態(tài)下工作冷油器油側(cè)進(jìn)水，造成給水泵啟動(dòng)后油系統(tǒng)含水量超標(biāo)，且4臺(tái)給水泵工作冷油器故障情況相同，不但給維護(hù)人員帶來(lái)繁瑣的濾油工作量，而且還嚴(yán)重影響了機(jī)組安全運(yùn)行。
為查明銅管泄漏原因，公司于2005年7月停運(yùn)*2機(jī)組，對(duì)該機(jī)組給水泵冷油器泄漏管段采取割管措施，并對(duì)管樣進(jìn)行了金相分析。以下是檢查和分析情況。
1、冷油器設(shè)備技術(shù)參數(shù)
2×135MW機(jī)組共安裝了4臺(tái)同型號(hào)的給水泵，原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)電動(dòng)調(diào)速給水泵，2臺(tái)給水泵互為備用。給水泵型號(hào)為FK5G32,工作冷油器型號(hào)為DI-LY54,銅管內(nèi)部為循環(huán)冷卻水，外部為潤(rùn)滑油。
2、冷油器管樣原始表面檢查
2.1外壁宏觀檢查
銅管表面呈正常黃銅色、無(wú)污物，顯示油側(cè)運(yùn)行較清潔。局部有褐色斑點(diǎn)、斑塊，體視鏡觀察有表層脫鋅，在銅管表面分布無(wú)規(guī)律性，典型照片如圖1所示。
圖1局部褐色斑點(diǎn)、斑塊的表層脫鋅
經(jīng)體視鏡觀察，有裂紋、裂斑2種情況，并非僅僅是目視觀察所見(jiàn)周向裂紋。裂紋、裂斑多集中于一側(cè)分布，對(duì)應(yīng)的另一側(cè)很少。典型部位的體視鏡觀察照片如圖2所示。裂紋方向以接近周向者居多，長(zhǎng)度在4mm以下。在試驗(yàn)觀察的約80cm長(zhǎng)的管樣上，裂紋、裂斑數(shù)量有20～30處之多。裂紋的方向和變化呈多樣性，且不僅僅是目視檢查所見(jiàn)的周向。
圖3是局部互不相連的3處不同裂紋：
可見(jiàn)，銅管腐蝕失效的形式比簡(jiǎn)單的目視觀察所見(jiàn)明顯復(fù)雜。
2.2內(nèi)壁宏觀檢查
內(nèi)壁宏觀檢查未見(jiàn)粘泥附著物，主要有明顯的淺色沉積物不規(guī)則分布，已覆蓋大部分內(nèi)表面，目視觀察照片如圖4所示。沉積物中白色的較疏松，淡綠色的半透明、稍致密，如圖5所示。在鹽酸清洗時(shí)2者均明顯出氣，易溶，前者的溶解比后者更快。未覆蓋部分表面平整、深棕黃色，目視觀察照片如圖6所示。在外壁觀察裂紋、裂斑較多的一側(cè)，對(duì)應(yīng)的淺色沉積物分布面積也較大。酸洗除垢后觀察，沉積物下暴露出的均是脫鋅后的紫紅色金屬銅覆蓋的表面，分布與沉積物對(duì)應(yīng)，仍保持平整，目視觀察照片如圖7所示。對(duì)比觀察得出沉積物應(yīng)主要是脫鋅腐蝕產(chǎn)物。
圖2典型裂紋、裂斑體視鏡觀察照片
圖3局部互不相連的3處不同裂紋
仔細(xì)觀察內(nèi)表面，與外壁相比腐蝕裂紋部位分布更廣、程度更嚴(yán)重，部分可見(jiàn)已穿透，且內(nèi)壁兩側(cè)均受到腐蝕，但腐蝕程度及分布相差并不大。
圖4銅管內(nèi)壁原始狀態(tài)目視觀察照片
圖5內(nèi)壁沉積物體視鏡觀察
圖6銅管無(wú)沉積物表面目視觀察
圖7酸洗除垢后沉積物下脫鋅部位分布
3、冷油器內(nèi)壁沉積物分析
內(nèi)壁沉積物組成分析結(jié)果見(jiàn)表1。鋅在其中占很大分量。在所有金屬氧化物中，氧化鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)92.87%,氧化銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅0.96%,氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅3.59%。分析證明，沉積物確實(shí)主要是銅管脫鋅腐蝕產(chǎn)物，而非結(jié)垢層，同時(shí)，也表明銅管脫鋅腐蝕期間，循環(huán)水無(wú)明顯結(jié)垢趨勢(shì)。
4、冷油器金相檢查
取典型裂紋部位進(jìn)行金相檢查，顯微照片如圖
8所示。
通過(guò)金相分析可得如下結(jié)論：
(1)冷油器銅管內(nèi)壁脫鋅非常嚴(yán)重；
(2)脫鋅層深入發(fā)展，部分區(qū)域脫鋅已由內(nèi)壁到達(dá)外壁；
(3)外壁的宏觀橫向裂紋分布在脫鋅區(qū)域，裂紋從外壁向內(nèi)壁擴(kuò)展。顯示脫鋅始于內(nèi)壁，發(fā)展至外壁后，在喪失機(jī)械強(qiáng)度的脫鋅區(qū)域，由應(yīng)力較大的外壁先開(kāi)裂，并向內(nèi)壁發(fā)展。
5、循環(huán)水水質(zhì)分析和冷油器銅管材質(zhì)對(duì)腐蝕的影響
受水源水質(zhì)變化的影響，周口發(fā)電公司循環(huán)水水質(zhì)經(jīng)常嚴(yán)重惡化。圖9是部分典型數(shù)據(jù)。從中可見(jiàn)循環(huán)水受補(bǔ)給水影響，氯離子質(zhì)量濃度達(dá)到200mg/L甚至400mg/L以上，與H68黃銅的耐受上限50mg/L相比，有數(shù)量級(jí)的差別。
H68黃銅除氯離子耐受上限低外，由于不含砷，與加砷黃銅相比，其抑制黃銅脫鋅能力很差，在SD116-84《火力發(fā)電廠凝汽器管選材導(dǎo)則》中已不推薦使用。即使H68A也僅用于溶解固形物<300mg/L,氯離子<50mg/L的清潔水中。
H68極易脫鋅，對(duì)比表2中H68和HSn70-1A的銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可見(jiàn)，H68銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為67.0%～70.0%,不含錫，因此，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到33%,超過(guò)α相含銅的鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高為32.5%的指標(biāo)，極易產(chǎn)生β相和相應(yīng)的相間晶界，在合適的條件下，沿晶界產(chǎn)生局部脫鋅腐蝕。而HSn70-1A鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比α相的高鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低2.5%甚至更多，因而脫鋅腐蝕的可能性大大下降。
圖8典型裂紋部位金相檢查照片
圖9公司循環(huán)水水質(zhì)隨水源污染的變化情況(2005年數(shù)據(jù))
通過(guò)檢查、分析后，可以得出以下結(jié)論：
(1)銅管泄漏的主要機(jī)理和形式是銅管內(nèi)壁普遍且嚴(yán)重的層狀脫鋅和塞狀脫鋅，由內(nèi)向外發(fā)展，深處已穿透至外壁。由于脫鋅區(qū)域喪失了應(yīng)有的機(jī)械強(qiáng)度和其他機(jī)械性能，在很小的應(yīng)力作用下，即可在穿透性脫鋅區(qū)域產(chǎn)生貫通性裂紋，發(fā)生腐蝕失效，造成冷油器泄漏。
(2)金相檢驗(yàn)結(jié)果表明，外壁的宏觀周向裂紋分布在喪失機(jī)械強(qiáng)度的穿透性脫鋅區(qū)域，裂紋始于應(yīng)力較大的外壁并向內(nèi)壁擴(kuò)展。
(3)腐蝕范圍大，深入嚴(yán)重。因大部分表面被腐蝕物覆蓋，且運(yùn)行時(shí)油壓一般高于水壓，目前尚未發(fā)生大面積泄漏，如繼續(xù)運(yùn)行，則風(fēng)險(xiǎn)較大。
(4)無(wú)證據(jù)顯示冷油器結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等因素對(duì)腐蝕裂紋的形成有決定性影響。
(5)受水源影響，循環(huán)水水質(zhì)變化劇烈，其氯離子含量遠(yuǎn)超過(guò)H68銅管材質(zhì)耐受標(biāo)準(zhǔn)，是腐蝕失效的主要外因，同時(shí)，還可能有強(qiáng)氧化劑存在強(qiáng)化脫鋅。相應(yīng)水質(zhì)的不時(shí)惡化，冷油器管選材標(biāo)準(zhǔn)太低，則是腐蝕失效的主要內(nèi)因。
綜上所述建議：
(1)冷油器備用時(shí)應(yīng)與冷卻水隔離。冷油器備用時(shí)，應(yīng)隔離或放空冷卻水，減緩、防止水向油中泄漏。同時(shí)，加強(qiáng)檢查，及時(shí)堵塞泄漏銅管。
(2)降低冷卻水氯離子含量。冷油器冷卻水取自冷卻塔的循環(huán)水，應(yīng)及時(shí)向冷卻塔補(bǔ)水、換水，保證較低的循環(huán)水濃水倍率，可以降低冷卻水氯離子含量。
(3)選用高標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)。因冷卻水質(zhì)污染無(wú)法預(yù)料并予以控制，更換設(shè)備時(shí)選材應(yīng)作充分評(píng)估，高標(biāo)準(zhǔn)選材，如選用TP316板式冷油器。
(4)加強(qiáng)循環(huán)水處理。針對(duì)周口發(fā)電有限公司補(bǔ)充循環(huán)水水質(zhì)變化大的特點(diǎn)，對(duì)循環(huán)水處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定適合凝汽器及冷油器管材共同防護(hù)需要的循環(huán)水處理方式。