電站間冷管束腐蝕原因及改進(jìn)措施

馮曉明

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

2016年初，國內(nèi)某電廠間冷塔空冷器在穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)月后發(fā)生了泄露問題，經(jīng)停車檢查后發(fā)現(xiàn)，在鋁管束入口端空氣側(cè)有鋁管在根部發(fā)生破損，進(jìn)而出現(xiàn)冷卻水泄露的狀況，將管束入口端管箱拆下，可以發(fā)現(xiàn)有鋁管的頂部同樣發(fā)生了破損狀況，如圖1所示。通過對鋁管破損狀況進(jìn)行觀察和分析，可以推斷鋁管破損狀況的出現(xiàn)可能是因?yàn)殇X管內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

1 管束材質(zhì)及材料成分

管束采用鋁材料制備，規(guī)格為1050，Φ25 mm×1 mm，且該管子借助無鉻氧化工藝處理，使其耐腐蝕性顯著增強(qiáng)。依照《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》對該管子進(jìn)行了成分分析，具體見表1，結(jié)果顯示鋁管能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 鋁管化學(xué)成分分析結(jié)果（mass%）

2 冷卻水檢測分析

在鋁管束出現(xiàn)泄露問題后，循環(huán)水的pH測定結(jié)果顯示，1#機(jī)組循環(huán)水的pH為8.44、電導(dǎo)率為14.0 μs/cm；2#機(jī)組循環(huán)水的pH值為8.24、電導(dǎo)率為33.6 μs/cm。

圖1 管束水側(cè)鋁管端部破損照片

此外，機(jī)組投運(yùn)后對其進(jìn)行現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，管箱內(nèi)部殘留部分藥皮、沙粒等雜質(zhì)，甚至在管板處也會(huì)留存其他物質(zhì)。從加工制造角度出發(fā)，鋁管束經(jīng)過無鉻氧化、循環(huán)沖洗，管內(nèi)部應(yīng)該不會(huì)殘留雜質(zhì)。則推斷處藥皮、沙粒等應(yīng)該是在焊接環(huán)節(jié)中產(chǎn)生，在循環(huán)沖洗環(huán)節(jié)易被帶入管束內(nèi)部。

3 鋁管腐蝕產(chǎn)物成分分析

通過觀察鋁管腐蝕泄露部位，鋁管內(nèi)表面容易出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，黃色、粗糙、表面無規(guī)則性，且存在溝槽、坑洼的現(xiàn)象，產(chǎn)物覆蓋不均，表面呈坑洼蜂窩狀，符合沖刷腐蝕表面形貌特點(diǎn)。

在腐蝕產(chǎn)物表面進(jìn)行多位置取點(diǎn)分析，圖2是產(chǎn)物紅外光譜分析結(jié)果，結(jié)合峰值、峰面積大小可以看出，腐蝕產(chǎn)物中主要含有Si、Mg物質(zhì)。其中Si可能是沙粒中的二氧化硅引發(fā)，沙粒大量沖刷管壁，容易在管內(nèi)部形成致密膜。此外，Ca物質(zhì)是由管內(nèi)部大量水垢導(dǎo)致的。

4 鋁管腐蝕原因分析

結(jié)合上述SEM掃描電鏡圖、光譜分析圖等可以看出，管束主要是沖刷腐蝕作用較強(qiáng)，也可將其定義為磨損腐蝕，是金屬材質(zhì)、外界流體之間對流運(yùn)動(dòng)等引發(fā)的材料破壞，是兩種介質(zhì)長期相互作用的最終結(jié)果。沖刷腐蝕影響要素包括：介質(zhì)流速、固含量兩部分。固體物質(zhì)沖擊金屬表面，破壞氧化膜，容易造成電化學(xué)腐蝕作用。

結(jié)合該文現(xiàn)場運(yùn)行案例進(jìn)行分析可以看出，冷卻水的影響作用最為突出，內(nèi)部沙粒含量高、水流速大等均增加了沖刷腐蝕的負(fù)面影響，導(dǎo)致鋁管表面的氧化膜被損害，金屬管子金屬暴露后和水介質(zhì)相互作用，構(gòu)成了“原電池”，電偶腐蝕是陽極、金屬端是陰極，同時(shí)冷卻水未經(jīng)除氧處理，內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物結(jié)垢后易產(chǎn)生氧濃差電池，腐蝕速度增加。

結(jié)合冷卻水處理報(bào)告相關(guān)數(shù)據(jù)分析可看出，冷卻水電導(dǎo)率為33.6 μs/cm，該數(shù)值大小是水中離子濃度的表現(xiàn)，電導(dǎo)率高、離子濃度大。業(yè)內(nèi)學(xué)者指出：鋁合金腐蝕電流會(huì)隨電導(dǎo)率的增加而增大，且電導(dǎo)率處于高數(shù)值階段中，腐蝕電流增速更快。從SEM電鏡照片、能譜分析中也可看出Mg、Ca等物質(zhì)的存在，上述物質(zhì)以離子的形式存，進(jìn)一步增加了腐蝕速度。

圖2 腐蝕產(chǎn)物表面能譜分析

5 改進(jìn)措施

5.1 冷卻水處理

冷卻水一般是弱堿性物質(zhì)，pH值為8.5左右，鋁材料在弱堿性環(huán)境下具有較高的腐蝕速率，為此必須加強(qiáng)冷卻水pH值的妥善處理，降低鋁管腐蝕效應(yīng)。

當(dāng)下鋁管換熱器材料的冷卻水多為地下水、自來水等，均未經(jīng)過凈化除氧等前期處理，水質(zhì)條件不足引發(fā)換熱器的運(yùn)行周期會(huì)受到差別化影響，從pH值、電極電位出發(fā)對鋁管腐蝕進(jìn)行處理。實(shí)際廠區(qū)運(yùn)作中，冷卻水必須加強(qiáng)前期處理，加強(qiáng)其定期檢測、pH值等方面的控制，一般pH值需要控制在6.7～7.5，電導(dǎo)率不得高于2 μs/cm，加強(qiáng)地下水中腐蝕性過強(qiáng)物質(zhì)的有效控制，如氟、砷、硫等。

5.2 對現(xiàn)場操作進(jìn)行優(yōu)化

在實(shí)際的操作過程中，機(jī)組停機(jī)后需要進(jìn)行重新啟動(dòng)，在對空冷器進(jìn)行充水時(shí)，需要嚴(yán)格控制好冷卻水的流量和壓力，盡量減少壓力的大幅波動(dòng)，并縮減冷卻水的流速，不能極速加壓或者提高流速。除此之外，如果不能保證用水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，可以在重點(diǎn)部位采取有針對性的措施加以改進(jìn)，比如在入口端鋁管處設(shè)置保護(hù)套，這樣可以有效地減少冷卻水的沖刷和腐蝕。