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循環(huán)水對汽輪機冷油器銅管的腐蝕
對哈爾濱發(fā)電廠閉式循環(huán)冷卻水水質(zhì)指標進行了分析,剖析了機組汽輪機冷油器銅管腐蝕斷裂的原因,提出了相應(yīng)的防范措施。
大部分電廠都曾發(fā)生過因熱交換器銅管損壞而發(fā)生漏泄的事故。哈爾濱發(fā)電廠也多次發(fā)生換熱器銅管腐蝕穿漏的現(xiàn)象。本文就該廠2號機汽輪機冷油器的腐蝕問題進行了剖析,并提出了相應(yīng)的防范措施。
1、汽輪機冷油器銅管腐蝕狀況
該廠2號機3臺汽輪機冷油器在1994年進行過兩次大修,雖然相隔只有半年,但在汽輪機冷油器內(nèi)上下水室、隔板和管板上卻布滿了一層帶銹的垢泥,呈深綠色粘稠狀,并發(fā)出臭味。銅管水側(cè)內(nèi)壁上也是如此。
1號汽輪機冷油器有3根銅管被腐蝕,3號汽輪機冷油器有5根銅管被腐蝕。每臺汽輪機冷油器均有一根銅管腐蝕嚴重。從漏油量判斷,銅管已發(fā)生斷裂。
2、循環(huán)水水質(zhì)指標的分析
由于汽輪機冷油器銅管腐蝕與冷卻水水質(zhì)好壞有直接關(guān)系。因此,要查清銅管腐蝕的原因,需先對冷卻水水質(zhì)情況進行分析。
2.1循環(huán)水水質(zhì)理化指標
汽輪機冷油器循環(huán)水供給系統(tǒng)示意圖,如圖1所示。
1—冷卻水塔;2—循環(huán)水泵;3—凝汽器;4—濾網(wǎng);5—1號機汽輪機冷油器;6—2號機汽輪機冷油器;7—3號機冷油器
圖1汽輪機冷油器冷卻水系統(tǒng)示意圖
循環(huán)水的主要理化指標分別見表1、2、3。每年循環(huán)水pH值呈弱堿性,硬度、堿度和濃縮倍率均較
7月該廠機組全停,無分析數(shù)據(jù)。從表中可以看出,小,原因是經(jīng)常不定期對循環(huán)水進行換水處理。
表1循環(huán)水水質(zhì)化學指標
表2循環(huán)水物理指標
表3循環(huán)水離子含量
2.2循環(huán)水理化指標分析
2.2.1循環(huán)水離子含量分析
CO2是水中主要溶解氣體之一,在水中發(fā)生如下反應(yīng):k1=4.3×10-7CO2+H2OWH2CO3H++HCO3-k2=5.6×10-11+2-2H+CO3上式的平衡移動隨溶液的pH值變化而變化。即在不同的pH值時,溶液中各種形式的離子百分含量各不相同。該廠循環(huán)水pH值1991年平均為8.08,呈弱堿性,CO2在水中水解成CO32-、HCO和 H2+CO23種成分,其所占水中的全部碳酸離子形式百分比分別為0.42%,96.64%和2.94%。在pH=7.96時,溶解于水中的CO2在循環(huán)水中水解成 CO32-、HCO和CO23種成分,其百分比分別為 0.079%、96.490%和3.431%,因此,溶解于循環(huán)水中的CO2,主要是以HCO形式存在。
循環(huán)水中主要離子含量從表3中可以看出,鈣鎂離子含量相對較多,總量為39.34mgPL,而溶于水中的CO2主要是以HCO離子存在。該廠循環(huán)水濃縮倍率較小(見表1),重碳酸鹽只有在高濃縮倍率下,一般為4～5倍,當重碳酸鹽硬度超過其極限碳酸鹽硬度時,且冷卻水溫較高時,重碳酸鹽才會從水中析出碳酸鈣、碳酸鎂并沉積下來。
該廠循環(huán)水補充水的耗氧量小于25mgPL,循環(huán)水溫夏季基本在30℃以上,按下列經(jīng)驗公式計算,該廠循環(huán)水在發(fā)生碳酸鹽沉積時,極限碳酸鹽硬度由下式進行計算:5.5--6-+(t040)3]
式中Ht′—極限碳酸鹽硬度,mmolPL;O—補充水的耗氧量,mgPL;Htb—補充水的非碳酸鹽硬度,mmolPL;t—循環(huán)水高溫度,當t<40℃時,按t=40℃計算。
根據(jù)公式算出該廠循環(huán)水極限碳酸鹽硬度為3mmolPL。實際上,循環(huán)水碳酸鹽硬度為1.5mmolPL。因此在銅管上產(chǎn)生碳酸鹽沉積的可能性很小。此外,碳酸鹽的沉積還受循環(huán)水溫和有機物含量的影響,因為水中有機物阻止碳酸鈣的析出。從實際檢查中也發(fā)現(xiàn),銅管內(nèi)壁的碳酸鹽積垢幾乎沒有,因而也不存在銅管的垢下腐蝕。
2.2.2循環(huán)水中有機物的含量分析
從圖1看出,該廠有兩座循環(huán)水塔,并列運行。3號冷卻水塔現(xiàn)只存留下部的蓄水池。水池內(nèi)的水處于陽光直接照射之下。兩個水塔四周有1m寬的雜草圍帶,其結(jié)果將導致循環(huán)水中的各種有機物和菌藻類含量劇增。
藻類種類很多,是光合作用的自養(yǎng)生物。在春秋季,循環(huán)水溫一般為20～25℃,在此溫度下,硅藻含量較高。
菌類主要是細菌和真菌,該廠冷卻水塔的分水篩是塑料制品,真菌含量相對要小些。循環(huán)水中常見的并能造成危害的細菌有好氧性類膜菌、硫細菌、硫酸鹽還原菌和鐵細菌等。硫酸鹽還原菌是厭氧菌,可在溫度為20～40℃,pH=5.5～9.0之間的環(huán)境中生存和繁殖。這些細菌在循環(huán)水中形成粘泥狀,能附著在銅管上,形成銹瘤結(jié)節(jié),產(chǎn)生蝕坑,并發(fā)出一股臭味。
3、汽輪機冷油器銅管腐蝕原因分析
換熱器銅管在淡水中的腐蝕速度較小,電廠中各類換熱器銅管腐蝕主要是局部腐蝕。局部腐蝕主要是脫鋅腐蝕、微生物腐蝕、應(yīng)力腐蝕和沖擊腐蝕,其腐蝕速度快的,僅兩三個月就發(fā)生銅管泄漏事故,危害甚大。
3.1汽輪機冷油器技術(shù)指標分析
該廠每臺機組裝有3臺JL-37-6型汽輪機冷油器,該汽輪機冷油器為4流程結(jié)構(gòu),設(shè)計冷卻水量為80tPh,進出口油溫差為10℃,銅管材料為HSn70-1,按設(shè)計參數(shù)計算,汽輪機冷油器水側(cè)大流速為1.0mPs。在實際運行中,汽輪機冷油器并未達到換熱負荷,冷卻水流速為0.6～0.75mPs。
3.2銅管局部腐蝕原因
新的換熱器銅管剛投入運行時,其表面在水介質(zhì)的作用下便產(chǎn)生一層保護性的氧化膜。這層保護膜的質(zhì)量決定著銅管腐蝕的過程。一般局部腐蝕主要發(fā)生在此氧化膜破裂的情況下。
汽輪機冷油器銅管是銅鋅合金管,根據(jù)其技術(shù)指標分析,不存在沖擊腐蝕。因為黃銅管發(fā)生沖擊腐蝕的極限流速為3.0mPs。
黃銅管的塞狀脫鋅腐蝕主要發(fā)生在硬度較大的堿性水中,銅管表面保護膜有不完整的部位以及有多孔沉積物或水流動不暢、供氧不充分的部位。從表1看出,循環(huán)水的pH值高曾達到8.28,夏季曾多次達到8.54,呈弱堿性,汽輪機冷油器水流速度較低。在銅管表面保護膜不完整的地方,銅管的脫鋅腐蝕速度增加。由于3號塔水中的有機物較多,各種細菌分泌的粘液象粘合劑一樣,將懸浮在水中的各種有機物雜質(zhì)粘在一起。在流速較低時,易沉積在銅管內(nèi)壁發(fā)生局部脫鋅腐蝕的蝕坑處。這些附著在銅管壁上的微生物不斷地生長和繁殖,形成厚厚的粘泥狀疏松的沉積垢,起到屏蔽作用,阻礙氧到達下面的銅基體表面。在缺氧的沉積物下的銅基體部位形成了陽極區(qū),銅管本身形成陰極區(qū),從而引起沉積物下面的濃差電池腐蝕,如圖2所示。由于以上原因,導致了2號機冷油器銅管的腐蝕破裂,發(fā)生漏油事故。
1—陽極;2—沉積物;3—陰極
圖2沉積腐蝕
4、銅管腐蝕破裂的后果及防治措施
4.1銅管腐蝕破裂的后果
汽輪機冷油器銅管腐蝕破裂,將引起以下后果:
a.汽機油外漏。如果漏油嚴重,造成油箱油位下降過大,威脅機組的安全穩(wěn)定運行;
b.備用的汽輪機冷油器銅管破裂。如果操作不當,造成水側(cè)壓力高于油側(cè)壓力,使冷卻水漏到油中,造成油質(zhì)乳化,甚至發(fā)生燒瓦事故;
c.汽機油外漏,造成循環(huán)水被污染,嚴重時,使循環(huán)水形成乳濁液,濁度升高,導致管道堵塞,管壁上產(chǎn)生污垢,增加水流阻力,降低了凝汽器和其它換熱器的冷卻效果。同時,循環(huán)水被迫排放換水,造成環(huán)境污染,也增大了電廠的水耗率;
d.冷卻水中的油污粘在冷卻水塔填料上,影響了空氣和水的接觸,降低了水塔的冷卻效果;
e.汽輪機冷油器泄漏,造成全廠汽機油耗率增加,影響全廠的經(jīng)濟性,增加了檢修維護工作量。
4.2銅管腐蝕的防治措施
a.控制循環(huán)水的pH值。pH值過高,將使銅管的脫鋅腐蝕加劇;而pH<6.3時,將使銅管的腐蝕加劇。因此,循環(huán)水的pH值好控制在7.5～8.0之間;
b.合理選擇汽輪機冷油器型號,適當提高汽輪機冷油器的冷卻水流速,控制銅管的有機微生物的沉積;
c.對循環(huán)水可采取加藥方法來控制水中的微生物含量。由于HSn70-1黃銅管出現(xiàn)均勻腐蝕速度大值的NaCl含量為20000mgPL,由均勻腐蝕變?yōu)榫植棵撲\腐蝕的NaCl含量為500～1000mgPL。該廠循環(huán)水的Cl-含量較低(見表1),因此可采取加氯氣的方法,有效地殺死水中微生物,此法操作簡單,價格便宜;
d.該廠3臺機組投產(chǎn)均超過5a,應(yīng)考慮銅管抽樣檢查,根據(jù)檢查結(jié)果,決定是否采用造膜工藝。據(jù)有關(guān)資料介紹,采用FeSO4造膜,無論是對于新銅管還是已發(fā)生腐蝕的銅管,均有很好的保護效果,且使用方法簡單靈活;
e.徹底清除水塔周圍雜草樹木,以控制循環(huán)水中有機物的含量。同時將3號水塔的水與運行塔隔開,作為緊急備用。