17 超高压机组汽轮机叶片的腐蚀与防治

1、超高压机组汽轮机中压缸叶片的腐蚀与预防吴春安（武钢自备电厂）摘 要：描述了超高压汽轮发电机组中压缸叶片的腐蚀特征，分析了叶片上产生积盐和沉积物下腐蚀的化学和电化学原因，提出了有针对性的减缓腐蚀的有效措施。关键词：汽轮机中压缸 ；叶片； 腐蚀1概述汽轮机是火力发电厂的三大主机之一，它担负着把热能转化为机械能的主要任务，它的运行情况直接影响着热机的效率和机组的安全。随着机组参数的提高，由于水汽品质的不良而导致汽轮机叶片的腐蚀和积盐越来越成为影响机组安全和效率的主要因素。武钢自备电厂现有两台装机容量为200mw的超高压汽轮发电机组，该机由东方汽轮机厂制造，型号是n200-12.7/535/535-5

2、型，为中间再热、三缸两排汽布置；锅炉是由武汉锅炉厂生产，型号是wgz670/13.7-8自然循环汽包炉。一号机组于1996年11月投入使用，1999年4月进行了第一次大修。大修期间的热机腐蚀查定工作我们是委托青山热电厂来进行的，当时中压缸动、静叶片上的积盐微量、腐蚀基本无；2003年4月又对一号机组进行了扩大性小修，在对机组进行腐蚀情况检查时，发现一号机中压缸叶片出现了较为严重的腐蚀，两次腐蚀检查结果对比见表1。表1 两次检修时腐蚀查定中压缸叶片腐蚀特征对比部位1999年5月2003年4月1-3级动、静叶片铁青色、无附着物铁青色、无附着物4-6级动、静叶片铁青色、动叶片根部带一点铁锈色、无附着

3、物有明显的铁锈色、其中第五级叶片有积盐和冲刷坑点7-10级动、静叶片铁青色、无附着物、带一点金属光泽红色的铁锈、有明显的腐蚀鼓包并连成片两次检修期间一号机组在化学水汽工况未发生变化的情况下，而中压缸的动、静叶片却发生了较为严重的腐蚀，这种腐蚀如若任其发展，轻则会导致机组水汽品质恶化、机组热效率下降；重则导致汽轮机叶片断裂而发生重大设备、人身事故。因此，我们有必要认真分析中压缸动、静叶片产生腐蚀的各种原因，并对照原因而采取有效的防腐蚀措施，以保证机组在安全的条件下经济运行。2中压缸叶片腐蚀原因分析2.1中压缸叶片腐蚀产物的特征及理化检验2003年4月，我们在检查中压缸时，中压缸叶片从第六级至第十

4、级的动静叶片及隔板存在严重的腐蚀，腐蚀形态为非均匀腐蚀，腐蚀产物呈褐红色的鼓泡状，结构疏松、易被刮除，腐蚀产物被刮除后，在金属基体上留下大小不一的腐蚀坑点，坑深最大达2mm。对叶片腐蚀形态和刮除腐蚀产物后的形态进行数码拍照的图片如下：图1中压缸末级叶片腐蚀状况图片。 图2冲洗干净后中压缸末级叶片状况图片 对动、静叶片上的腐蚀产物取样用能谱仪进行半定量分析，分析结果见表2、表3。表2 中压缸第九级动叶片上的腐蚀产物样：元素元素组份（%）原子组份（%）化合物化合物组份（%）mg0.300.41mgo0.49al0.200.24al2o30.37si1.682.00sio23.58p0.480.52

5、p2o51.11s0.300.32so30.75k0.230.20k2o0.28ca1.651.38cao2.31cr8.245.31cr2o312.05fe57.6134.53feo74.11cu2.361.24cuo2.95zn1.600.82zno1.99o25.3553.04total100.00100.00100.00表3 中压缸第九级静叶片（上）的腐蚀产物样：元素元素组份（%）原子组份（%）化合物化合物组份（%）mg0.250.35mgo0.42al0.480.60al2o30.91si1.651.97sio23.53p0.340.37p2o50.77s0.170.18so30.4

6、3k0.160.14k2o0.19ca1.100.92cao1.54cr7.144.61cr2o310.43fe61.4537.00feo79.05cu1.230.65cuo1.54zn0.950.49zno1.19o25.0852.71total100.00100.00100.00(表2、表3中的数据是自备电厂委托武钢技术中心用能谱仪对腐蚀产物扫描定性、定量测定的)2007年4月，1#机组大修时对机组叶片进行检查，腐蚀依然严重，在清洗干净后，发现腐蚀物下面有穿孔，叶片的穿孔直接导致机组限负荷运行。2.2中压缸叶片上沉积物产生的原因汽轮发电机组运行时，带有各种杂质的过热蒸汽进入汽轮机后，由于温

7、度和压力的降低，钠化合物和硅酸盐在蒸汽中的溶解度随压力的下降而减小，当其中某种物质的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量时，该物质就会以固态形式析出，并沉积在汽轮机的通流部分。此外，蒸汽中的微小的氢氧化钠浓缩液滴以及一些固态微粒也可能粒附在汽轮机的蒸汽通流部分。因此，沉积物主要产生于机组运行中。蒸汽杂质的主要来源于汽包内水汽分离时，饱和蒸汽的溶解携带和饱和蒸汽的机械携带，还有由于过热蒸汽、再热蒸汽超温时，用混合减温水对蒸汽减温时会带入杂质等等。蒸汽的溶解携带是蒸汽本身所具有的特点，它与炉水的品质有直接的关系，炉水中的杂质含量低，则溶解携带的杂质量少；反之则高。蒸汽的机械携带则与锅炉的运行工况有关，

8、锅炉负荷波动大，则汽包中的水位波动剧烈，液滴飞溅，会加大蒸汽的机械携带；另外如果炉水中含有有机物，则易在汽包炉水的水位界面上形成泡沫，泡沫破灭、产生液滴飞溅，也会增大蒸汽的液滴携带；还有蒸汽超温越严重，喷水混合减温的水量也越大，由减温水带入的杂质量也相应增大。2.3沉积物下腐蚀的原因分析汽轮机叶片的材质牌号是2cr13(美国标准：420)系马氏体合金钢，从表1、表2知，腐蚀产物中的铁的氧化物占70%以上，铬的氧化物占第二位，除有一部分产物是由于蒸汽携带的微小沉积颗粒外，大部分是由于金属基体的腐蚀而来的腐蚀产物。产生这种现象的主要原因是因为金属发生了沉积物下腐蚀。这种腐蚀主要发生于机组启停时和停

9、备用的过程中。我们知道金属的腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀，发生电化学腐蚀时必须具备三个条件：一是失去电子的阳极，二是得到电子的阴极，再就是有能导电的电解质存在。机组在启停过程中或机组停备用时，由于机组的热力系统内有疏水积存在死角或有疏水未及时排净，致使机组内湿度增大，在机组的金属表面形成一层水膜。原来在运行中积存在金属表面的沉积物主要是盐类物质，在水膜发生作用下形成导电的电解质，另外机组在停备用时由于热力系统的密封面结合不严还会有空气漏入系统中，空气中的氧气会加速金属的腐蚀，在叶片的表面会发生下列电化学反应：阳极反应：fefe2+2e （1） crcr2+2e （2）阴极反应：2h2o+o2+4

10、e4oh- （3）电化学反应的产物之间还会发生化学反应：fe2+oh-+o2fe2o3+h2o （4）3防止中压缸叶片产生腐蚀的措施由以上对腐蚀的原因分析知，要防止叶片腐蚀，机组在运行中要防止叶片上积盐和产生沉积物；机组在启停过程中或停备用时就要防止金属表面产生水膜、防止氧气进入热力系统。3.1加强化学监督，保证锅炉补给水、炉水和蒸汽品质锅炉的补给水来自于化学除盐水，我厂对补给水处理的系统是一级复床除盐加混床，水质可达到国家标准gb/12145-1999火力发电机级及蒸汽动力设备水汽质量对锅炉补给水水质的要求。对锅炉炉水的处理是给水采用联氨和氨处理，其中联氨用于化学除氧、氨用于调节给水ph值，

11、以防止炉前给水系统发生酸性腐蚀。炉水则是采用磷酸盐处理，由于单独采用磷酸盐处理时易发生磷酸盐“隐藏”现象，导致炉水水质失调，我们已在采用协调磷酸盐处理，同时加强对炉水水质监督，根据炉水水质进行定排和调整锅炉连排开度，从而保证了炉水水质。在保证炉水水质的条件下才能保证蒸汽含杂质量少。3.2稳定运行负荷，防止过热器、再热器超温由于武钢自备电厂是属于调峰电厂，负荷是按电网的要求来波动的，常常是白天高、晚上低，由于负荷的波动尤其是负荷的突然波动会引起汽包水位的大幅波动、导致液滴飞溅，增加了蒸汽的机械携带含盐量的机会。由于我厂的锅炉还掺烧高炉煤气，它极易导致对流传热的过热汽、再热汽超温，对超温的蒸汽通常

12、是采用喷水与蒸汽混合的减温方式来调节器节蒸汽温度，这样又对减温水水质提出了更高的要求。3.3改进疏水装置并及时疏水机组在启动和停机的过程中，由于蒸汽的凝结而产生了疏水，这部分疏水必须及时疏掉，否则它会增加机组内的湿度，加大金属腐蚀的机会。在本次机组检修揭开中压缸时，发现第五抽汽管内有积水。一方面我们在疏水管上加装了疏水管，另一方面要求运行人员在机组运行时及时疏水、在机组停运时要确保把疏水疏完。3.4消除凝汽器漏泄，搞好循环冷却水处理凝汽器是机组的重要辅机，一旦它发生泄漏，工业水就会进入到凝结水系统，而凝结水是给水的重要组成部分，这样势必会造成水汽系统的严重污染。我厂的机组的辅机是按国产200m

13、w火力发电机组的典型，故没有凝结水精处理装置。只有采取措施确保凝汽器安全运行。目前我厂对循环水的是进行加药处理，主要是彩复配的水稳剂来减少工业循环冷却水对凝汽器的铜管和碳钢材料的腐蚀；彩氯锭或季铵盐来消除循环水中的细菌和藻类物质。这样既保护了凝汽器，又提高了循环水的利用率，节约了工业用水。并且在运行中加强对凝结水监督，一旦发现凝汽器漏泄及时进行堵漏并调整锅炉炉水加药量，必要时则停机处理。3.5加强机组停备作期间的保养机组的腐蚀主要发生在机组的停备用期间，由于机组的调峰功能，我厂的机组按年日历时间计算，单机停机时间基本超过半年以上。停机期间的保养显得更为重要。以前我厂利用武钢的充裕的氮气，实现了

14、对锅炉的充氮保养，但这种保养仅限于锅炉，有其局限性，目前我们正在实施成膜胺技术。由于成膜胺中的主要成份为十八烷基胺的大分子结构，其分子的憎水基团能在金属的表面形成一层致密的分子膜，把金属与水汽隔开，从而把整个热力系统都保护起来，减小系统的腐蚀。3.6加强运行管理、搞好专业协调发电是一个多专业相互协调的生产过程，一方面机组启停时值长要及时通知化学分场投入或退出用于锅内水质调节的加药系统；另一方面是凝结水的必须是合格后方能进行回收。另一方面要根据化学监督的炉水水质来决定是否定排和调整连排的开度。只有勤调整、勤检查才不至于使炉水水质恶化，才能保证后面的蒸汽品质。4结语腐蚀是绝对的，防止腐蚀是相对的。采取一切防腐措施只能减缓腐蚀的速度。从近期对热力系统的水汽品质的日常监督和定期抽查结果看，热力系统中水汽的的铁含量变化不大，但是机组启动