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汽轮机管式冷油器铜管腐蚀原因及改进
发布时间:2023/6/27 点击次数:416

汽轮机管式冷油器铜管腐蚀原因及改进
 

对泄漏的透平机组汽轮机管式冷油器铜管割管进行检査分析原因,并采取了相应的处理措施,使压差汽轮机管式冷油器安全运行得到有效改善。

钢迁钢公司MPG17.5—297.3/180压差透平机组于2007年2月投产发电。压差透平机组有两台汽轮机管式冷油器,正常生产使用一台,另一台备用。机组于2009年9月16日检修完毕后启机,在启机过程中发现油箱油位下降,冷却水中有油,遂将长期未使用的备用汽轮机管式冷油器投入使用,发现冷却水中的油越来越多,油位继续下降,被迫停机对汽轮机管式冷油器进行查漏。漏发现是备用的汽轮机管式冷油器铜管泄漏导致油进入冷却水中(冷却水门关闭不严)。对泄漏的铜管割管检査发现其内壁发生了不同程度的腐蚀,腐蚀产物松软,呈绿色,下面是海绵状紫钢,有的部位已穿孔。

汽轮机管式冷油器泄漏容易导致油位降低,影响机组安全运行,造成油耗增加,引起循环水污染,使铜管内壁和冷却塔污垢增多,导致汽轮机管式冷油器换热效率下降。因此,分析汽轮机管式冷油器铜管的腐蚀原因对于压差透平机组的安全运行具有重要意义,同时对其它类型透平机组也有借鉴。

汽轮机管式冷油器铜管割管检査

汽轮机管式冷油器型号为SGLL6-100/1.6,铜管材质:HSn70-l,内径14mm,壁厚1mm,442根。

    对泄漏的铜管进行割管检,发现铜管内壁上面发生了腐蚀,四个腐蚀坑直径约l-2mm,-个已穿孔。铜管内壁凸起的腐蚀产物松软,颜色为绿色(碱式碳酸铜),腐蚀产物下面是棕红色的铜基体,铜管内壁表面上覆盖了一层黑棕色的、均匀而致密的氧化铜保护膜。腐蚀泄漏的铜管外壁呈棕色,未泄漏的铜管外壁呈金黄色。这是由于泄漏的铜管外壁接触冷却水中的溶解氧而产生的氧化膜。

2009年11月16日对我公司另一台同型号压差透平的汽轮机管式冷油器进行割管检査,发现内壁同样有层状脱锌腐蚀,铜管表面覆盖一层不太致密的、断续的紫铜层,管壁并未减薄。

管式冷油器内铜管腐蚀形式及原因分析

铜管在冷却水中常发生选择性腐蚀、点蚀、冲刷腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀。根据压差汽轮机管式冷油器运行方式、循环冷却水水质特点及割管检査综合分析判断,我公司1\2,压差汽轮机管式冷油器铜管的腐蚀形式,属于成分选择性腐蚀,即脱锌腐蚀。压差汽轮机管式冷油器铜管腐蚀属于栓状脱锌,压差汽轮机管式冷油器铜管腐蚀属于层状脱锌。成分选择性腐蚀也称脱合金化腐蚀,是指合金在腐蚀性介质中各组成元素不按它们在合金中的比例而溶解的一种腐蚀形式。通常是化学性质比较活泼,负电位较强的元素被选择性的溶解在介质中,而正电位比较强的元素富集在合金中。如黄铜的脱锌就是典型的成分选择性腐蚀的例子,在腐蚀过程中,锌被优先溶解而析出,只剩下多孔的疏松紫铜,其机械强度几乎降到零。因为铜、锌的电位不同,比较活泼的金属锌,在电化学过程中发生选择性析出。脱锌过程有两种机理:一是锌被选择性溶解,留下铜;二是銅、锌同时溶解,然后,铜又重新沉积出来。哪种过程起主要作用,取决于铜表面电位和溶液条件。脱锌腐蚀是黄铜腐蚀的主要方式之一。

铜管的选择性脱锌腐蚀有栓式脱锌和层状脱锌两种形式。层状脱锌的特征是:几何形状上没有多少明显变化,在铜管的水侧表面上呈现范围比较大又不太致密的的红色紫铜层,从剖面观察有明显的分层现象,管壁未明显减薄但铜管的强度明显降低。这种侵蚀常发生与不流动的水接触的金属表面上。栓状脱锌同点蚀相似,栓状脱锌时,铜管内表面上有白色或蓝绿色突起的腐蚀产物,产物下面是紫铜栓。在结有水垢时,突起的腐蚀产物和水垢夹杂在一起,不易被发现。但当铜管表面清洗干净后,就会发现铜管表面有一些直径为1~2mm左右的紫铜点,有时有更大的紫铜斑块。这些紫铜栓有时会脱落,在铜管表面形成小孔,造成泄漏。在硬度较大的碱性水中,容易发生栓状脱锌。

造成脱锌腐蚀的原因有:内因主要是由于黄铜中铜、锌两金属的标准氧化还原电位相差1.1V,锌的电极电位低,铜的电极电位高,二者在腐蚀的环境下发生电化学腐蚀。在腐蚀过程中,锌被优先溶解而留下多孔的铜骨架。外因主要指环境对脱锌腐蚀有重要影响的因素,归纳为以下几点:

(1) 水的pH值对脱锌腐蚀影响很大,当pH值在表HSn70-lB铜管是在原HSn70-lA锡黄铜的基础上添加了微量元素硼,硼(B)在管材表面膜富集,填补了脱锌后的空缺,堵塞了锌原子透过膜的通道,使铜管加硼后表面具有更大的阻力,抑制脱锌腐蚀。

(2) 铜缓蚀剂预膜

通过对压差汽轮机管式冷油器铜管腐蚀形式的分析,比较理想的处理方法是对铜管进行成膜保护。因为对铜管进行成膜处理后,具有腐蚀性的水接1HSn70-1B飼管的主要成分及其含

Cu

Fe

Pb £

Sn

Zn

p

B

杂质

70.1

0.1

0.004

0.005

0.8-1.3

0.01

0.01

0.3

触不到铜质本体,可以有效阻止或缓解各种腐蚀,大大延长铜管的使用寿命。左右的微酸性或微碱性水中,黄铜的脱锌速度比铜大。缺氧条件下一般容易产生脱锌腐蚀,汽轮机管式冷油器中的水长期密闭不循环,造成水中缺氧。根据文献介绍,在流动水中观察不到脱锌腐蚀现象,因为流动着的水把初期在表面析岀的铜离子带走了,因而不能形成一定的电化学条件。备用汽轮机管式冷油器中的水不流动造成脱锌腐蚀。介质中含有Fe、Al、Si、Ca等低电位元素,浸入黄铜晶界和亚晶界,造成一定的电化学条件,也会加速脱锌腐蚀。脱锌层中含有氯化物。氯化物溶解在水中,也提高了水的导电性,造成脱锌腐蚀。汽轮机管式冷油器铜管腐蚀

预防措施

管式冷油器管材的选用

实践证明合理选用铜管材质是防止其腐蚀损坏的一项关键措施,根据《火力发电厂凝汽器管选材导则》及我公司自备电站凝汽器铜管的实际使用情况,建议压差汽轮机管式冷油器铜管改为HSn70-lB铜管,更换后的HSn70-lB新铜管是沈阳有色金属加工厂生产,其主要成分见表lo%铜管成膜保护比较成熟的方法有硫酸亚铁预膜和铜缓蚀剂(MBT、BTA、TTA)预膜两种。铜缓蚀剂成膜机理大致相同,MBT的缓蚀效果不如BTATTA,由于MBT价格较低,大多电厂使用MBT预膜。此次我公司压差汽轮机管式冷油器铜管预膜使用BTA预膜。苯并三氮哩(BTA)是一种很有效的铜和铜合金的缓蚀剂,目前广泛用于电厂凝汽器铜管。一般认为它对铜的缓蚀作用,是由于它的负离子和亚铜离子形成了一种不溶性的稳定的络合物,这种络合物吸附在金属表面上,形成了一层稳定的惰性保护膜。这层保护膜很薄,其厚度虽仅50,但在各种介质中仍然很稳定,从而使金属得到了保护采用BTA预膜处理,系统设置简单,操作方便,工艺条件易于达到,成膜速度快,所成的保护膜对于防止汽轮机管式冷油器铜管的腐蚀有明显效果。

此次预膜过程中,在清洗箱悬挂了试片。对经过预膜处理的铜试片和未经过预膜处理的铜试片分别置于250mL冷却水中(水质同2,压差冷却水)进行浸泡,室温密闭静态浸泡192h,测定腐蚀速率,比较BTA预膜处理效果,测试结果见表2。铜试片材质:HSn70-lB2脂蚀速率测试结果

试片

面积/cm,

浸泡前重/g

浸泡后重/g

腐蚀速率/(mm/a)

未经BTA预膜处理的铜试片

27.62

20.0688

20.0665

0.004459

1*压差经过BTA预膜处理的铜试片

2840

20,1701

20.1698

0.000572

V压差经过BTA预膜处理的铜试片

28.01

20.5658

20.5654

0.000765


从表2数据可以看岀,预膜处理后的铜试片腐蚀速率远远小于未经预膜处理的铜试片,BTA预膜可以有效降低冷却水对铜管的腐蚀速率。

汽轮机管式冷油器循环冷却水系统投加缓蚀剂

压差汽轮机管式冷油器循环冷却水系统水容积均为200n他于油温低较,蒸发、排污损失很小,大约运行三天时间系统补水一次,补水量约30t。根据实际运行方式,采取如下加药方式:预膜后初次投加铜缓蚀剂BTA10kg(有效成分18%),系统每次补水时,同时补加缓蚀剂300g,保证系统冷却水中BTA含量在3x10“左右。

管式冷油器实施阴极保护

采取了对铜管进行电化学保护的措施。在汽轮机管式冷油器水室内安装一块锌板,因其电位低于被保护的金属铜、铁,成为阳极,而被保护的水室、管板及铜管成为阴极,从而得到保护由电化学腐蚀原理可知,在腐蚀电池中受到腐蚀的是阳极。阴极保护就是利用这个原理,将被保护的设备做成一个电池的阴极,而受到腐蚀的是阳极,这样设备就受到保护。阴极保护法有牺牲阳极法和外部电源法两种,我们釆取了牺牲阳极法。

改变汽轮机管式冷油器运行方式

对压差透平机组汽轮机管式冷油器全部更换新铜管后,由原来一台运行一台备用,改为两台汽轮机管式冷油器同时运行,避免汽轮机管式冷油器内存在死水。调整好两台汽轮机管式冷油器的进水髭、进油量,保证油温在规定范围。

管式冷油器停用阶段保护措施

如果两台汽轮机管式冷油器不能同时运行,做好停运保护。汽轮机管式冷油器停用时,滞留在铜管里的水由于缺氧而使有机体产生氨和硫化物,以致损坏保护膜;还有可能因氧的浓差而产生腐蚀。停运阶段必须釆取保护措施停运三天以内。管内无沉积物时,汽轮机管式冷油器可以充满冷却水进行保护;管内有沉积物时,应放掉冷却水,并进行干燥,用热的空气或事先干燥的空气吹干,并在投运前一直保持水室的人孔门敞开。停运三天以上。无论如何都要排空、冲洗、干燥和保持敞开。

汽轮机管式冷油器是透平机组的重要设备,汽轮机管式冷油器工作状况的好坏直接影响机组的安全经济运行。因此运行中要抓好汽轮机管式冷油器铜管的使用维护管理。针对脱锌腐蚀的原因,运行中做好以上预防措施,可以提高铜管的抗腐蚀能力,从而在一定程度解决其腐蚀问题