汽輪機凝結研究

摘 要：對圓盤鋼應力的腐蝕開裂（SCC），材料性能（鋼的清潔度、屈服強度）、環(huán)境（氧、二氧化碳、氯化物濃度）的影響，溫度和應力條件對應力腐蝕裂紋的萌生和擴展的影響進行了評估。長裂紋增長率據(jù)稱與氧和二氧化碳濃度無關，但也有一些例外情況表明，這些變量的明顯獨立，部分與增長率數(shù)據(jù)的利差有關。毫無疑問，最大影響力是強度水平和溫度。溶解氣體和鋼的清潔度對中應力腐蝕裂紋的“起裂”有更深刻的影響。

關鍵字：汽輪機；環(huán)境；凝結

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.064

1 凝結溫度和凝結水層厚度

渦輪機內(nèi)的溫度和壓力分布很復雜，而且各站之間也有差異。因此，我們不可能就這一問題作一般性發(fā)言。汽輪機中蒸汽水分含量的變化，也就是凝結水開始發(fā)生的確切位置。但是，應該指出的是，在運行過程中，渦輪機的溫度和壓力分布存在著變化，特別是在運行過程中。 在啟動和關閉期間使用威爾遜線可能會移動。因此，有些地方將經(jīng)歷循環(huán)干/濕蒸汽條件。此外，早期的凝結水會形成，降低由于蒸汽流動局部過冷和雜質(zhì)的存在而產(chǎn)生的飽和溫度。液膜的厚度和連續(xù)性取決于薄膜所在的表面的蒸汽含水量、化學雜質(zhì)、潤濕性和旋轉(zhuǎn)速度。膜厚在渦輪中，測量了高達120米的SSE。研究表明，在蒸汽濕度小于1%的情況下，蒸汽中的渦輪部件沒有形成連續(xù)的液體膜，低徑。然而，早期凝結水形成的水分不到1%。

2 葉片和圓盤表面的雜質(zhì)

蒸汽中雜質(zhì)的來源如上所述，鍋爐和給水化學在正常運行條件下受到嚴格控制。然而，在運行過程中，給水和鍋爐水中的雜質(zhì)含量很高。 （A）水處理不足（例如脫礦及除氣設備故障）；（B）冷凝器泄漏；（C）起動時水化學的瞬變--- 起停期；（D）鍋爐、給水管等內(nèi)的腐蝕產(chǎn)品的污染。

雜質(zhì)可以至少以三種方式輸送到蒸汽中，如下所述。

在高溫高壓下，鹽可以溶解在干蒸汽中（蒸汽輸送）。鹽在蒸汽中的溶解度是蒸汽壓力、溫度和分配系數(shù)的函數(shù)。（蒸汽中鹽濃度與水中鹽濃度的比值）腐蝕性鹽在蒸汽中的溶解度分離系數(shù)一般在10-3～10-4之間，并且隨溫度和壓力的增加而增大。這些雜質(zhì)也可以通過引入鍋爐水的液滴（機械輸送）進入蒸汽中。雜質(zhì)可能是由于注射給水蒸汽過熱、再熱汽溫控制和鍋爐水變成過熱蒸汽管式減溫器的泄漏產(chǎn)生。

當蒸汽進入渦輪機時，蒸汽中的雜質(zhì)可通過沉積（從蒸汽到固體）和凝結（從蒸汽到液體）輸送到金屬表面。在LP渦輪機上，以及在HP和IP渦輪機上，特別是在主要的化學過程中由于局部過冷，即使蒸汽濕度小于1%，也會形成早期凝結水。當蒸汽濕度大于1%時，渦輪表面可能形成連續(xù)的液膜。在葉片和圓盤表面形成的雜質(zhì)降低了渦輪的作用。

3 液膜雜質(zhì)

水相中雜質(zhì)的濃度可以用熱力學數(shù)據(jù)計算，假設水蒸氣和液相中的雜質(zhì)接近平衡。 在正常工作條件下，在1%的水分下形成連續(xù)液膜的液相中氯離子濃度為1.6 ppm，陽離子電導率為 0.2 S/cm，在化學作用中可高達10 ppm（陽離子電導率等于1微秒/厘米）。在水份為3-4%時，當蒸汽的陽離子電導率分別為0.2、0.5和1.0 S/cm時，液膜中的濃度分別為0.45 ppm、1.2 ppm和2.4 ppm。 例如，陽離子電導率為0.2 S/cm（25C），相當于大約15 ppb的氯化物。蒸汽陽離子電導率為0。 絕不能允許由如此之多的氯化物組成，其限值已設置為3 ppb。

在蒸汽干燥或發(fā)生濕/干循環(huán)的區(qū)域，可能存在較高的氯化物濃度。

4 其他非揮發(fā)性物種

在上述章節(jié)中，只討論了凝結水中的氯污染問題。所得結論可應用于其他非揮發(fā)性物種，如果在1%的濕度水平下，在渦輪表面形成液膜，則液相中的揮發(fā)分是蒸汽相的100倍。例如，一個 0.2μs/cm（25℃）的離子電導率將對應于大約20ppb的硫酸根離子作為唯一的陰離子。因此，液相中硫酸鹽的最大濃度為2ppm。在正常操作條件下，蒸汽中硫酸鹽濃度控制在3 ppb以下，則液相中硫酸根離子的最大濃度為300 ppb。

近年來，在蒸汽中存在的乙酸和甲酸鹽等有機物種已成為人們?nèi)找骊P注的問題。在核電站中，總有機化合物（Toc）被控制b。 Elow 100 ppb 28。如果乙酸離子不被陽離子平衡，有機酸（如乙酸）的存在將大大降低凝結水的pH值。 并導致一般腐蝕、點蝕和環(huán)境輔助開裂。例如，如果蒸汽中的乙酸離子濃度為100 ppb，并且所有的乙酸離子都在液體中被分離。 在凝結水中，乙酸根離子的最大濃度為10 ppm。當乙酸離子濃度為10 ppm時形成乙酸，則凝結水的pH值為紅紅。 90℃時，CED降至4.3。然而，還需要進一步的工作來更可靠地確定蒸汽中乙酸的濃度和乙酸化合物（酸或鹽）的狀態(tài)。

水相的含氧量隨進口蒸汽中不同氧濃度下的溫度而變化，當空氣從壓蓋密封處泄漏時，溫度較低，蒸汽壓力低于大氣壓（真空下）的地方可能存在空氣。氧氣污染的另一個來源是冷凝器的泄漏。冷卻水可能直接擴散到葉片和圓盤上。在這種情況下，液相中的氧氣濃度將是 接近冷卻水中的溶解氧水平。

5 結論

綜上所述，等溫溶解度平衡，即以兩相流質(zhì)量足夠高的系統(tǒng)為特征，在非平衡條件下，會出現(xiàn)偏差，導致高濃度的氣體（如氧氣和二氧化碳）。在所謂的“強制冷凝”的極端情況下，所有的蒸汽都被迫冷凝到渦輪機中，而不是被耗盡，汽輪機鋼上冷凝液層中的特殊成分可以與供應蒸汽中的相似。

參考文獻：

[1]郭玉峰，徐志強，于達仁.汽輪機調(diào)節(jié)原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：岳廣宇（1990-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，學士，助理工程師，研究方向：壓力容器。