凝汽器銅管泄漏分析及處理

【摘 要】凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)的重要輔機(jī)，早期的凝汽器都是使用銅管為換熱元件，而銅管抗腐蝕差，容易腐蝕泄漏，直接影響整個汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性和安全性，最后全面更換為不銹銅管。

【關(guān)鍵詞】凝汽器；銅管；腐蝕；不銹銅管

隨著我國對節(jié)能環(huán)保的重視，對電廠節(jié)能環(huán)境要求越來越嚴(yán)格，工業(yè)廢水必須實(shí)現(xiàn)零排放，而凝汽器是通過大量循環(huán)水冷卻高溫蒸汽，是用水大戶，所以加強(qiáng)對凝汽設(shè)備維護(hù)和運(yùn)行監(jiān)控，對機(jī)組的效率、節(jié)能降耗至關(guān)重要，云浮電廠營運(yùn)六臺機(jī)組都是閉環(huán)循環(huán)水冷卻汽輪機(jī)排汽。

1.凝汽器

1.1凝汽器工作原理

汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器，并凝結(jié)成水。當(dāng)比容很大的排汽在凝汽器中冷卻成水時，其體積會急劇縮小（如在0.004MPa下蒸汽被凝結(jié)成水時，體積約縮小3500多倍），原來充滿排汽的凝汽器便形成了高度真空。排汽凝結(jié)時放出的熱量，由凝汽器的循環(huán)水帶走，加熱的循環(huán)水被送到冷卻塔冷卻循環(huán)再用。

1.2凝汽器設(shè)備狀況

我廠凝汽器原安裝為黃銅管，但由于銅管金屬性能不穩(wěn)，容易產(chǎn)生化學(xué)及生物腐蝕、機(jī)械或熱力損傷，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，影響機(jī)組正常，以我廠#2機(jī)組運(yùn)行情況作說明。

我廠#2機(jī)組是1991年12月投產(chǎn)，由于凝汽器銅管結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，影響爐水品質(zhì)，投產(chǎn)不到6年后的 1996年10月第一次更換銅管，材質(zhì)為HSn70-1A，新銅管投運(yùn)前進(jìn)行了硫酸亞鐵鍍膜，1999年再對水室及銅管頭進(jìn)行防腐防沖刷處理。雖然對凝汽器銅管作了鍍膜處理，但是銅管的抗腐蝕性能并沒得到根本解決，再次頻繁泄漏。2006年6月#2機(jī)凝汽器第二次換管，全部更換為TP304不銹鋼管。

2.#2機(jī)凝汽器換銅管泄漏情況

2003年12月?lián)Q管第一次監(jiān)督發(fā)現(xiàn)銅管有泄漏現(xiàn)象，并利用調(diào)峰機(jī)會進(jìn)行了堵漏處理。此后經(jīng)常發(fā)生泄漏現(xiàn)象，具體統(tǒng)計(jì)如下：

3.#2機(jī)凝汽器銅管泄漏原因分析

3.1沖刷腐蝕和銅管均勻減薄

2004年3月抽取2根腐蝕嚴(yán)重的銅管，剖開后發(fā)現(xiàn)均存在1條或2條溝槽，剩余壁厚在0.3～0.5mm，這是材質(zhì)性能不良被沖刷性腐蝕的結(jié)果，其腐蝕形式不同于典型的點(diǎn)狀腐蝕。黃銅管在管口是均勻的沖刷腐蝕，管段中部以槽狀腐蝕為主，從圖4可明顯看出銅管腐蝕槽處的減薄近40%。這兩種腐蝕主要是以銅管的均勻減薄為主。

2005年6月再次對銅管渦流檢測，隨機(jī)抽查308根，發(fā)現(xiàn)缺陷深度≥50%有96根，50～30%有67根，<30%有59根。抽查發(fā)現(xiàn)原有的沖刷腐蝕溝槽壁之前明顯增寬，局部已減薄穿孔，其中1根銅管在不同位置有4處穿孔。

#2機(jī)凝汽器從2004年開始頻繁泄漏，銅管已使用近6年，銅管內(nèi)壁出現(xiàn)大面積腐蝕和局部沖刷腐蝕，使銅管減薄速度加快，導(dǎo)致出現(xiàn)頻繁泄漏。

3.2 循環(huán)水水質(zhì)存在一定腐蝕性

動態(tài)電化學(xué)模擬試驗(yàn)表明，在云浮電廠目前循環(huán)水條件下，HSn70-1A黃銅管的腐蝕速率快，可達(dá)0.015mm/year，超過標(biāo)準(zhǔn)值0.005mm/year。這是造成#2機(jī)凝汽器HSn70-1A黃銅管均勻腐蝕的主要原因。

在管口處水流的擾動和沖刷大，與水的腐蝕共同作用，造成銅管管口處內(nèi)壁腐蝕較嚴(yán)重，腐蝕也比較均勻。

在銅管中部，銅管腐蝕形貌呈淺而寬（寬約10mm 左右）腐蝕溝槽，溝槽長度超過400mm，溝槽低部呈黃銅的基體黃色，深度一般為0.2～.5mm，溝槽外銅管內(nèi)壁基本無腐蝕減薄。造成銅管中部腐蝕條紋的原因分析如下：

云浮電廠#2機(jī)凝汽器銅管呈水平略帶坡度布置，停機(jī)時銅管中的水不能排空，在不同銅管部位內(nèi)積水水位不同。銅管上部無水部分暴露在空氣中，銅管內(nèi)壁有少量水膜，該部位水膜中供氧充分，電極電位為正，發(fā)生氧的去極化反應(yīng)：

1/202+2e+H20=20H-

在積水下的銅管表面水中溶解氧濃度相對較低，電極電位為負(fù)，發(fā)生銅的氧化反應(yīng)：Cu-e→Cu+

由于這種氧濃度差電池作用，積水下的銅管加速腐蝕，破壞了銅管表面原有的保護(hù)膜。機(jī)組投入運(yùn)行后，由于腐蝕的部位沒有保護(hù)膜，加上循環(huán)水腐蝕性較強(qiáng)，該部位難以形成新的鈍化膜，便會繼續(xù)腐蝕下去；而未腐蝕的銅管上部，其保護(hù)膜較完整，電極電位為正，下部已腐蝕銅管電極電位為負(fù)，兩者構(gòu)成電池的兩極，之間有電偶電流流動，結(jié)果進(jìn)一步加速下部已腐蝕銅管的腐蝕。

通過以上動態(tài)電化學(xué)分析結(jié)果表明，云浮電廠所用循環(huán)水具有一定的腐蝕性，銅管在該水質(zhì)條件下運(yùn)行的腐蝕速度較快，是造成#2機(jī)凝汽器黃銅管出現(xiàn)均勻腐蝕的主要原因。

腐蝕溝槽的產(chǎn)生原因是停機(jī)時銅管內(nèi)壁部分積水的氧濃差作用引起，在運(yùn)行時鈍化膜完整部位與腐蝕部位產(chǎn)生的電偶作用進(jìn)一步促進(jìn)腐蝕溝槽的形成。

4.凝汽器的臟污和清洗

在凝汽器的運(yùn)行中，由于循環(huán)水質(zhì)不良，其中有懸浮物、有機(jī)物、微生物以及鈣、鎂鹽類（多見于閉式循環(huán)供水系統(tǒng)）會堵塞或沉積在銅管內(nèi)側(cè)，使之臟污結(jié)垢并腐蝕銅管，從而導(dǎo)致傳熱惡化，真空下降，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和出力。當(dāng)發(fā)現(xiàn)真空緩慢下降且傳熱端差逐漸增大，冷卻水溫稍有提高以及抽氣器抽出的空氣溫度與冷卻水的進(jìn)口溫度之間溫差增大時即可判斷是凝汽器銅管臟污或堵塞，此時應(yīng)根據(jù)結(jié)垢、堵塞的性質(zhì)及嚴(yán)重程度等，采用一定的方法對凝汽器進(jìn)行清洗。作為預(yù)防性措施，要對凝汽器進(jìn)行經(jīng)常性清洗工作。

凝汽器的清洗工作可在停機(jī)或正常運(yùn)行中進(jìn)行，清洗方法有：（1）機(jī)械清洗；（2）酸洗；（3）通風(fēng)干燥法；（4）反沖洗；（5）膠球清洗等，1～4方法均需在停機(jī)或減負(fù)荷半邊停運(yùn)下進(jìn)行，同時消耗很多勞力和時間。云浮電廠現(xiàn)主要采用的是膠球連續(xù)清洗，從減少膠球定期清洗頻繁啟停操作，減少勞力和時間消耗。清洗采用的膠球有硬球和軟球兩大類，而軟球較硬球的清洗效果好，所以清洗一般用軟球（海棉球）。運(yùn)行人員定期回收膠球，清點(diǎn)膠球回收率，及時加入膠球，保證凝汽器清洗工作正常運(yùn)行。 [科]