某海濱電廠凝汽器防污防腐措施研究

摘 要：汽輪機凝汽器作為火電廠熱力系統的循環終端設備，其運行工況不僅影響機組的穩定運行，還影響機組的汽水品質。文章針對某海濱電廠海水水質特點，對凝汽器的污損和腐蝕進行詳細論述，并提出了有效的防污防腐措施。

關鍵詞：海濱電廠；凝汽器；防污防腐

1 工程概況

某海濱電廠建設2×1000MW機組，采用海水直流冷卻。其廠外循環水系統為：取水口→前池→粗攔污柵→旋轉濾網→循環泵取水入口→循環水泵→凝汽器循環水供水管道。其中在取水口處采用外購次氯酸鈉的加藥方式進行防污工藝。

2 凝汽器冷卻管材的選型

凝汽器冷卻管是凝汽器的傳熱元件，是凝汽器最主要的部件，冷卻水的水質是選擇冷卻管管材的決定因素。在海水中，尤其在被污染海水的腐蝕下，像不銹鋼、黃銅、白銅等材質很快就會發生如點蝕、孔蝕、應力腐蝕及磨蝕等現象，到一定程度時，管材發生泄漏，從而迫使電廠停機。

鈦，具有密度小，比強度高和耐腐蝕等良好的物理性能和機械性能，特別是能耐海水及有污染海水的腐蝕。鈦對于海洋生物、堆積物都有很強的抗腐蝕性能，而且對于凝汽器空抽區的氨腐蝕更有優異的抗蝕性，而耐高速度海水沖刷性能尤為突出[1]。

本工程循環冷卻水水源為海水，因此，凝汽器冷卻管材選用鈦管。鈦管雖然有優異的耐蝕性，但鈦凝汽器管在使用時會發生或可能發生縫隙腐蝕、電偶腐蝕、吸氫脆化、水滴侵蝕及生物污損等問題，需引起我們的重視。

3 凝汽器防腐措施

3.1 縫隙腐蝕

縫隙腐蝕與所處的工藝條件有關，同時還受構成縫隙的材料影響。鈦的縫隙腐蝕一般發生在處理熱的氯化物溶液的換熱器的脹接部位。又因凝汽器運行條件下的海水溫度一般最高為50℃，處于安全區域，但為了防止可能發生的腐蝕，制造廠一般對鈦管/鈦管板采用脹接加密封焊接來消除縫隙。

3.2 電偶腐蝕

鈦在海水中電位約為-0.1V（SCE），電位序列靠近貴金屬。在多數情況下，鈦在電偶中呈陰極，因此本身不會腐蝕，但會使與其接觸的其它金屬更快的腐蝕，而腐蝕程度與它們的面積比相關性很大，如鈦的面積顯著超過其它金屬面積，則會產生嚴重腐蝕。同時，鈦與電位序列低的金屬連接時，由于呈陰極，會在表面產生析氫現象，和外加電流的作用一樣，當溫度到達一定程度時，就可能發生氫脆。吸氫速度不僅與溫度有關，還與氫分壓有關，在陰極吸氫、氫分壓較大的情況下，即使在較低溫度下，也會發生吸氫。實踐證明，為避免鈦管吸氫而產生氫脆，應控制電位小于-0.75V，由此可知，就理論而言碳鋼水室就不可能達到完全保護（碳鋼的保護電位為-0.85V）。因此，對于鈦管凝汽器的碳鋼水室最好采用襯膠方法防腐。目前，凝汽器制造廠在海水凝汽器制造中，對凝汽器水室均采用耐腐蝕、抗老化龜裂、性能穩定具有較長壽命且耐沙粒沖蝕的氯丁橡膠。

3.3 水滴侵蝕

水滴侵蝕是鈦凝汽器由于水滴和蒸汽同時以較高的速度反復沖向管束外周部位而產生的。日本的廣野火電廠和福島核電廠應用鈦凝汽器10多年來，未出現過任何事故，但在運行4萬～5萬小時后，出現了水滴侵蝕現象。經研究發現，在鈦凝汽器上產生水滴侵蝕的嚴重程度與水滴大小、速度和沖擊數量有關，可通過在鈦管管束外測設置環狀保護管解決。

3.4 生物污損

汽輪機凝汽器的生物污損一般發生在含氧的海水中，污損物體大多以藻類為主，由于銅管內表面會溶出抑止海藻生物的繁殖得微量銅離子，而鈦管沒有，所以鈦管比銅合金管更容易出現生物污損。當采用加氯處理措施和海綿球清洗措施就能有效抑止生物污損。

另外，根據制造公司提供的1000MW超超臨界機組熱平衡圖及背壓對功率和熱耗的修正曲線，凝汽器壓力每升高1KPa，汽輪機功率將減少0.8%，熱耗增加0.4%。這意味著，背壓每升高1KPa，汽輪機功率將減少8MW。因此，防止凝汽器生物污損，保證凝汽器鈦管的清潔度，對確保機組背壓在設計值下運行就顯得特別重要。若想實現上述要求，僅在設計時根據規范要求考慮一定設計裕量的換熱面積顯然不夠，還需要采取其他外加措施。對需要采用海水進行冷卻的火力發電廠，常見的做法是在循環水泵前加設粗攔污柵和旋轉濾網以及對循環水加氯的前提下，在凝汽器前設置二次濾網和在循環水系統中裝設膠球清洗系統[2]。

4 凝汽器防污措施

4.1 凝汽器進口加裝二次濾網

火電廠的循環水系統一般是在循環泵取水入口前設置粗攔污柵及旋轉濾網。

然而粗攔污柵的柵條間距一般為6厘米，攔污效果有限，只能清除較粗大污物、集中污物和其他飄浮物。

同時，因為旋轉濾網安裝在循環泵取水入口前，而循環水泵房至主廠房間距離較長。貝殼類或魚蝦類等的幼蟲可輕易穿過旋轉濾網的網孔進入到循環水泵房至主廠房間的管路上進行二次生長后進入凝汽器。這種情況下，原有的過濾系統難以保證凝汽器內的清潔，需在凝汽器入水口處安裝性能優良可靠的二次濾網。

通過調研發現，沿海電廠盡管在循環水入口安裝有旋轉濾網（一次濾網），但在不同海域存在區域性差異。在富含微生物的海域中，循環水加氯或電解海水加氯都收效甚微，因為蛤蜊大量附著在欄污柵、旋轉濾網上，而其幼蟲具有很強的的耐氯性，在氯性狀態下可存活長達58小時之久，所以常規的加氯方法效果不明顯，這也是海水冷卻電廠目前存在的共性問題。另外研究表明，蚌、貝類等生物不僅耐藥性強，而且對氯離子不敏感，加氯只能抑制其生長速度，并不能將其殺死。同時通過交流發現，發生凝汽器堵塞和大量海生物出現和二次生長首次出現多在機組投產1年至1年半期間，說明微生物二次生長需要一定的周期，前期殺死其幼蟲十分重要。許多電廠發生過凝汽器水室、鈦板、鈦管堵塞現象，其根本來源為：（1）在幼齡期內的貝類和海藻等海生物幼蟲體積小，很容易穿過一次濾網，然后逐漸長大到100mm。從幾個電廠看，蚌類、貝類在旋轉濾網后水域二次生長問題較為突出。（2）垃圾碎粒隨著循環水流能通過有缺陷的一次濾網密封裝置進入凝汽器內，從而造成堵塞。

因此，在凝汽器進口加裝二次濾網是必要的。二次濾網的工作原理是利用凝汽器循環水進出口的壓差，根據二次濾網前后的壓差信號，對二次濾網上的網格進行逐格反清洗。二次濾網的網孔直徑通常為5～8mm，最小可做到3mm。

4.2 設置膠球清洗裝置

膠球清洗裝置由收球網、裝球室和膠球輸送泵等組成的。使用膠球清洗裝置不但可以在不減負荷的情況下清洗凝汽器，而且能提高凝汽器的傳熱效率，還有防止汽輪機熱效率因背壓升高而降低、防止冷卻管因結垢而腐蝕及延長冷卻管的使用壽命等優點。

根據《大中型火力發電廠設計規范》（GB50660-2011）中的相關規定“濕冷凝汽器宜裝設膠球清洗裝置。但對水中含沙較多或可證明管道不結垢、也不沉積的直流供水系統，則可不設膠球清洗裝置。”本工程項目可研報告指出，電廠所處海域的含沙量不大，一般均小于0.02kg/m3，結合規程規范要求及廣東電廠的一些實際運行情況，廠內循環水系統設置膠球清洗裝置。

5 結束語

隨著火電廠機組容量的不斷增大，對熱力系統汽水品質的要求也相應提高。海濱電廠因其特殊的地理位置，需要用海水作為冷卻水，因此對海水冷卻系統采取有效的防污防腐措施，才能更好的保障機組的安全高效運行。

參考文獻

[1]呂旺燕，蘇偉，劉世念，等.凝汽器的腐蝕與防護研究進展[J].全面腐蝕控制，2014，28（2）：25-28.

[2]朱小紅，姚杰新.開式冷卻機組凝汽器不銹鋼管微生物腐蝕研究[J].中國科技信息，2011（17）.