某電廠凝汽器銅管滲漏原因分析
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摘 要：文章通過對某火力發電廠#2機組凝汽器銅管頻繁腐蝕泄漏的現狀、泄漏形成的原因進行分析，確認氨腐蝕為凝汽器銅管泄漏的根本原因;同時根據其腐蝕特征及腐蝕分布情況，采取了有效措施，防止了銅管的進一步腐蝕，確保了凝汽器良好的換熱效率和凝結水水質。
關鍵詞：發電廠;凝汽器銅管;腐蝕原因;防治措施
中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）07-0075-03
Abstract： Based on the analysis of the present situation of frequent corrosion leakage of condenser copper tube of #2 unit in a thermal power plant and the causes of leakage， it is confirmed that ammonia corrosion is the fundamental cause of condenser copper tube leakage. At the same time， according to its corrosion characteristics and corrosion distribution， effective measures are taken to prevent further corrosion of copper tube and ensure good heat transfer efficiency and condensate water quality of condenser.
Keywords： power plant; condenser copper tube; corrosion cause; prevention and control measures
引言
在火電廠中能夠直接污染水汽質量的主要設備是凝汽器。凝汽器的微漏、滲漏和泄漏都會不同程度的影響凝結水質量，進而影響給水質量。近些年，隨著機組參數與容量的不斷提高，嚴重影響高參數大容量機組安全運行的最重要因素就是凝汽器的腐蝕泄漏，所以對熱力系統中的水汽品質提出了更高的要求。
凝汽器腐蝕損壞可以直接危害凝汽器管材如本例中的銅管，但是更重要的是引起機組爐前系統、鍋爐以及汽輪機的腐蝕與結垢。這是由于大型鍋爐的給水水質要求高，水質緩沖性小，冷卻水漏入凝結水后迅速惡化凝結水水質，更嚴重的甚至會造成凝汽器的損壞泄漏，導致機組降負荷運行，甚至停機。所以，凝汽器的腐蝕防護工作至關重要。
某火力發電廠1～6號機組為全進口350MW機組。其中鍋爐部分由美國福斯特·惠勒能源公司制造，類型為亞臨界、一次中間再熱、自然循環汽包爐;汽輪機設備部分由德國西門子公司生產，型號為K30-40-16、N30-2×10，型式為反動式單軸雙缸、雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、節流調節凝汽式汽輪機，額定負荷350MW。與汽輪機配套的凝汽器型式為單殼、對分雙流程表面式。凝汽器冷凝區銅管材質為HSn70-1A黃銅管，銅管數量18500根，銅管規格為Φ32mm×1.245mm×10990mm;空抽區銅管材質為B30白銅管，銅管數量348根，銅管規格為Φ32mm×1.200mm×10990mm。機組爐水處理方式全部為加固體氫氧化鈉堿化處理?？刂浦笜艘罁痘鹆Πl電機組及蒸汽動力設備水汽質量》GB/T12145-2016控制。我公司最早滲漏的為#2機組凝汽器，自2000年投運后不到一年，凝汽器銅管即出現滲漏現象，并且日趨嚴重，至2004年6月#2機組第一次檢查性大修時，經渦流探傷檢測共更換銅管1600多根。#1、#3、#5、#6機組在運行數年后也開始出現滲漏。至目前為止，除#4機組未出現滲漏外（2005年10月改給水處理為加氧處理），其他五臺機組均有不同程度的滲漏。尤其是#2機組，大修更換銅管數月后又出現滲漏。從堵管情況看，滲漏銅管多存在于空抽區下部，而空抽區內B30白銅管因出現滲漏而堵管的很少。
1 泄漏情況
機組滲漏導致凝結水氫導超標主要表現在膠球系統投運時。即一投運膠球系統，凝結水氫導很快上升，停運膠球系統后，凝結水氫導又很快下降，且每臺機組均有凝檢氫導隨之上升或下降現象。如此的結果直接導致膠球系統無法正常投運，銅管內粘泥無法很好的清除，理論上來說，銅管內表面的不同部位上的供氧差異和介質濃度差異，可能造成的最壞結果是導致局部腐蝕，甚至穿孔。
某火力發電廠#2機組自投運以來，凝汽器銅管經常出現泄漏現象（見表1），且日趨嚴重，對機組安全運行構成嚴重威脅。多年來，已經查出并堵塞漏泄銅管284根，其中#2水室最嚴重。#2機組在運行過程中，凝汽器處于長期微漏的狀態，雖然每次機組小修、大修都要對凝汽器進行查漏處理，但效果均不理想，凝結水陽離子電導率經常處于國標超標范圍，泄露嚴重時可達到1.5μs/cm（見表2），嚴重影響凝結水精處理的運行周期，威脅機組的高負荷高參數運行工況。并且，每當凝結水精處理系統切換混床或者前置過濾器反洗時，均會導致水質較差的凝結水借由旁路系統進入汽水循環主系統，使得爐水的氫導大幅上升，給機組的正常運行、高參數工況運行帶來了很大的負面影響，同時也加重了鍋爐的腐蝕結垢及汽輪機葉片的積鹽和腐蝕。
為了對凝汽器進行有針對性的綜合治理，也為了全面把握凝汽器銅管的腐蝕情況，某電廠檢修部門決定在#2機組大修期間對凝汽器泄漏的銅管進行更換，并對更換下來的泄露銅管進行分析檢查。
1.1 抽出泄露銅管管樣的初步檢查情況 2017年對凝汽器#2水室抽出泄漏管74根，此批管主要位于空抽區正下方第一至第四排。檢查發現銅管外壁（汽側）與內部各支撐板接觸處形成兩道上窄下寬的溝槽，已出現環帶狀腐蝕，其中最嚴重的一批銅管管壁已減薄近半，甚至部分已發生穿透;再抽取附近區域一根未漏銅管， 雖然環狀腐蝕深度較前根漏管淺， 但是癥狀與泄露管相似。
在凝汽器#1水室相同區域經檢查也發現銅管外壁與各內部支撐板接觸處存在環帶狀腐蝕，減薄約0.1mm-0.3mm，癥狀與前相似。同時，對凝汽器抽空氣區抽取一根，檢查此管未發生腐蝕現象，完全正常。
1.2 抽樣銅管的批量檢查情況
通過對抽樣銅管進行大批量的檢查， 發現有如下共同點：
1.2.1 空抽區下部區域的部分銅管，出現腐蝕，且形狀大體一致，在銅管外壁與隔板的結合處形成兩道上窄下寬的溝槽。
1.2.2 有問題的銅管均集中在空抽區下部，而空抽區本身的銅管未發生腐蝕現象（空抽區的銅管材質與外圍不同，為B30白銅管）。
2 原因分析
蒸汽做功后，在低壓缸的后幾級葉片（也就是初凝區）先進行初凝，然后在凝汽器的冷凝區進行凝結（凝汽器主要區域），不凝結的氣體（主要是氨氣）主要富集在空抽區（真空泵抽出區域）附近。
?。?）蒸汽在初凝的過程中，由于氨在水相和氣相中的分配系數的差異（氣相是水相的7-10倍），導致初凝后的水相pH值偏低，氣相pH值偏高。這時在低壓缸的缸體周邊容易造成酸性腐蝕溝槽（碳鋼pH值要大于9.2以上）。
?。?）在主凝區，汽水相的pH基本保持與初凝區相同，但由于銅管pH較低時不會發生腐蝕，因此不造成銅管的腐蝕，（銅管的腐蝕pH值比鋼低一些，為8.4左右）。
?。?）在空抽區不同，不凝結氣體主要是氨氣，氨氣含量是初凝區氣體氨含量的1000倍甚至是上萬倍。當凝結水pH為9.3時，借由NH4OH→NH4++OH-電離平衡方程式，可推算出此時凝結水中氨含量為0.37mg/l;如果機組pH值控制不當，當凝結水pH值達到9.5時，借由NH4OH→NH4++OH-電離平衡方程式，可推算出此時凝結水中氨含量為0.92mg/l，凝汽器空抽區按照濃縮1000倍的倍率計算，此時氨含量分別為370mg/l和920mg/l。在氨含量達到或者超過300mg/l的高氨環境下，極容易產生氨蝕。國外有研究表明，氨含量如果小于100mg/l時，少量的氨能提高溶液的pH，這時凝汽器銅管的黃銅表面被覆蓋的氧化物或氫氧化物所保護，腐蝕受到阻滯得到緩解;而當NH4OH濃度增大300mg/l以上時，能與銅離子形成可溶性銅氨絡離子時，銅管的腐蝕速度就會急劇增加。這時高含量的氨的蒸汽會重新融入到從隔板流下來的凝結水中，使從隔板流下來的源源不斷的凝結水pH值升高，這種水沿著隔板流到銅管上，并長期對銅管的銅進行絡合，形成了銅-氨絡離子，造成銅管氨腐蝕，且此時由于隔板孔處，由于機組設計原因造成凝結水過冷，溶解的NH4+濃度大大增加，根據前述理論模型，這就是引起銅管環帶狀的氨蝕，使銅管形成兩道上窄下寬的溝槽，嚴重時可穿透銅管的主要原因。
?。?）氨對銅管的腐蝕主要是兩類，一種是均勻的氨腐蝕，另一種是局部的氨腐蝕，單從化學角度來看，該電廠由于平時氨的含量控制不高，未對銅管形成均勻的大片氨腐蝕，只形成了局部的氨腐蝕，這種情況在水冷機組中存在一定的普遍性，只是腐蝕的部位稍有差異，有的位于空抽區，有的在空抽區附近，該廠的空抽區本身的銅管材質不同，未發生腐蝕現象，而只在下部發生了腐蝕，說明此區域氨的富集較多。
3 解決的方法
?。?）由于機組本身凝汽器的設計，機組蒸汽的背壓、初凝區的設計無法改變，因此建議在腐蝕區域擴大檢查范圍，將檢查出有腐蝕的范圍全部更換TP316L不銹鋼管或B30白銅管，以提高了管材的抗氨蝕性。并利用此次機組大修機會，將空抽區下方及附近所有銅管均更換為耐氨腐蝕的TP316L不銹鋼管，徹底解決某廠凝汽器設備存在的隱患。HSn70-1AB管與TP316L管適用水質如表3。
?。?）將蒸汽的pH值控制為運行標準的低限，減少機組的加氨量。#2機給水系統為無銅系統，根據GB/T12145-2016控制給水pH值在9.2-9.6之間。針對#2機組存在的凝汽器空抽區下方的腐蝕情況，要求化學運行人員將給水 pH值控制在9.0-9.3，理想值為9.1左右。但是在實際生產中，由于現場環境的影響，使得pH表存在或多或少的誤差，而就是這微小的誤差，卻有可能造成實際水質pH的超標;為進一步增加數值的準確性，我們在實際監督中可將給水的氫導作為參考，進行綜合分析，對癥加藥。由表4 NH3-pH-DD關系圖可知當pH為9.1時，對應的DD約為3.4μs/cm。
?。?）加強完善凝汽器鋅的犧牲陽極防腐保護監督， 保證設備完好正常工作。鋅板作為輔助陽極，被安裝于凝汽器水室內，而被保護的凝汽器外殼為陰極。在保護系統投運后，一方面有效防止了銅管可能產生的局部腐蝕;另一方面對凝汽器銅管兩頭端部也可以形成保護，對防止銅管的沖刷腐蝕、脫鋅腐蝕、應力腐蝕等等均有正面、顯著效果。另外，保持銅管、不銹鋼管長期穩定的處于熱力學穩定狀態， 也是有效防止凝結器銅管、不銹鋼管的沖擊腐蝕、張力腐蝕、電偶腐蝕和管板與水室的電偶腐蝕、縫隙腐蝕、細菌腐蝕等電化學腐蝕， 使陰極保護設計更加完善、合理、可靠， 大大地減輕了銅管及管板的腐蝕泄漏。
?。?）加強機組停用期間的檢查與保養。凝汽器設備在長時停備用期間，由于設備中有水，且銅管直接與空氣接觸，使得設備的停備用腐蝕速率遠大于運行中腐蝕。某電廠采取當長時停機超過3天，就將凝汽器水側放空，打開入孔門通風干燥等措施;而當短時間停用時，維持凝泵、循環水泵的運行，防止循環水中的懸浮物沉積等措施，減緩阻滯凝汽器的停用腐蝕。同時，某廠化學實驗室借助大小修等檢修機會對凝汽器的腐蝕、結垢、清潔等情況進行抽樣檢查，及時掌握凝汽器一手情況，并建立凝汽器管抽樣檢查臺賬，規范檢查情況的記錄。
?。?）嚴格執行凝汽器銅管定期鍍膜制度。硫酸亞鐵鍍膜是一種傳統的電廠化學凝汽器銅管保護方法，但硫酸亞鐵鍍膜質量不好時反而會促進銅管腐蝕。在鍍膜時一定要選用合格的硫酸亞鐵產品，要嚴格按照ISO9002質量體系的管理方法進行硫酸亞鐵的鍍膜工作，對影響成膜質量的各個環節實行全面工序管理：如成膜前預處理、成膜中條件控制、成膜后質量評價、成膜設備維護管理、成膜藥品質量檢驗等等，應確保鍍膜一次成功，全面提高成膜質量。
4 結束語
通過本論文對某火力發電廠#2機組凝汽器銅管泄漏的原因分析，我們全面地掌握了#2機組凝汽器銅管的腐蝕現狀， 確認了氨蝕為機組凝汽器銅管泄漏的根本原因， 并有針對性地對存在問題的銅管和可能會發生腐蝕的銅管進行了及早更換; 同時根據凝汽器銅管的腐蝕特征及腐蝕分布情況， 采取了前瞻性處理，更換區域內銅管為不銹鋼管， 防止了腐蝕的加劇。經過此次處理，#2機組啟動后沒有再發生凝汽器泄漏，#2機組凝結水水質恢復正常： 凝結水硬度：0，氫導電：0.06μs/cm，Na+：1.0μg/l，合格率為100%，徹底解決了機組凝汽器長期存在的泄漏問題， 確保了凝結水水質和凝汽器良好的換熱效率。
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