汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)葉片腐蝕原因的探討

閆一博 何海鷹 王成

【摘 ?要】本文主要通過分析小汽輪機(jī)葉片腐蝕原因，提出相應(yīng)的適當(dāng)措施可避免或減輕腐蝕，從而防止小汽輪機(jī)發(fā)生葉片斷裂等嚴(yán)重事故。

【關(guān)鍵詞】汽動(dòng)給水泵;汽輪機(jī);葉片;腐蝕;原因

0電廠汽輪機(jī)服役狀況

熱力發(fā)電力汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)（以下簡(jiǎn)稱小機(jī)）的汽源主要為抽汽，易出現(xiàn)過熱度低的現(xiàn)象形成濕蒸汽，同時(shí)小機(jī)與主機(jī)（與發(fā)電機(jī)配套的汽輪機(jī)）相比轉(zhuǎn)速更高（小機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)5200r/min，主機(jī)一般為3000r/min），容易引起小機(jī)葉片腐蝕甚至發(fā)生葉片斷裂等事故，給電廠的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅。

某廠2號(hào)機(jī)組為600MW汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為HG-2008/17.4-YM5型，最大連續(xù)蒸發(fā)量2008t/h，額定蒸發(fā)量1757t/h，給水溫度280.3℃。汽輪機(jī)型號(hào)TC4F-40，為一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、雙背壓沖動(dòng)凝汽式。該機(jī)組在最近一次大修時(shí)，對(duì)小機(jī)進(jìn)行了揭缸檢查，在對(duì)小機(jī)葉片逐級(jí)檢查后發(fā)現(xiàn)，其第4級(jí)至第12級(jí)均存在不同程度的腐蝕。

1小機(jī)葉片的材質(zhì)及制造工藝

為適應(yīng)汽輪機(jī)采用不同參數(shù)的蒸汽、高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的情況，轉(zhuǎn)子采用高強(qiáng)度合金鋼為材料的整鍛轉(zhuǎn)子，其直徑小，為無(wú)中心孔的實(shí)心轉(zhuǎn)子。正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)速范圍較寬，所以轉(zhuǎn)子上的動(dòng)葉片全部采用不調(diào)頻葉片，選用具有較高的熱強(qiáng)性、良好的減振性和抗腐蝕性的馬氏體型耐熱不銹鋼制造，第1至第9級(jí)為直葉片，末兩級(jí)為扭葉片。葉根采用外包雙菌型葉根，在葉片的頂端裝有圍帶，圍帶和葉片分組鉚接在一起。

2小機(jī)葉片腐蝕狀態(tài)和腐蝕產(chǎn)物分析

2.1小機(jī)葉片腐蝕狀態(tài)

對(duì)小機(jī)葉片腐蝕情況的檢查結(jié)果見表1。

2.2小機(jī)葉片腐蝕產(chǎn)物成分分析

由該廠2號(hào)機(jī)組小機(jī)第8級(jí)葉片腐蝕產(chǎn)物的X射線熒光測(cè)試分析相關(guān)結(jié)果可知：小機(jī)第8級(jí)葉片腐蝕產(chǎn)物主要成分是鐵的氧化物及葉片本體的其余金屬元素，還有少量硅、磷和鈉，氯含量占0.17%。從腐蝕產(chǎn)物成分來看，水汽中氯離子對(duì)小機(jī)葉片產(chǎn)生了一定的腐蝕。

3小機(jī)葉片腐蝕特定服役環(huán)境分析

根據(jù)葉片外觀檢查、腐蝕產(chǎn)物分析、運(yùn)行工況等因素綜合分析，小機(jī)相比較主機(jī)而言更易發(fā)生腐蝕，主要表現(xiàn)在：

1）小機(jī)在啟動(dòng)沖車時(shí)和正常運(yùn)行工況與大機(jī)存在差別，一般小機(jī)啟動(dòng)時(shí)均為冷態(tài)，沖車時(shí)蒸汽瞬間接觸溫度較低的葉片可使其形成濕蒸汽，小機(jī)在沖車及運(yùn)行時(shí)蒸汽參數(shù)在后幾級(jí)蒸汽過熱度降低，發(fā)生蒸汽帶水尤其在末級(jí)已經(jīng)是飽和蒸汽，在此狀態(tài)下易發(fā)生腐蝕。

2）在北方冬季供暖季節(jié)輔助蒸汽用汽量大且機(jī)組負(fù)荷低時(shí)，輔助蒸汽時(shí)蒸汽參數(shù)也會(huì)降低，此時(shí)利用輔助蒸汽沖車時(shí)小機(jī)后幾級(jí)葉片發(fā)生腐蝕相對(duì)更嚴(yán)重。

3）爐內(nèi)水工況對(duì)蒸汽的影響：該型鍋爐由于汽包分離器數(shù)量少，分離效果差，蒸汽攜帶鹽量大，機(jī)組在大修揭缸時(shí)都發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)積鹽嚴(yán)重。因此改變爐內(nèi)處理方式，停止加磷酸三鈉，僅在給水中加入氨水，1年后在爐水中加氫氧化鈉，在此工況下大機(jī)積鹽情況減輕，但不論是全揮發(fā)處理還是氫氧化鈉處理，蒸汽更容易攜帶氯離子，在防腐蝕方面均不如低磷酸鹽處理也是引起小機(jī)腐蝕的主要原因。

4）在小機(jī)停運(yùn)期間，由于真空破壞，空氣中的氧和二氧化碳進(jìn)入，加之小機(jī)外在潮濕的氣氛中，點(diǎn)腐蝕會(huì)加劇。

4小機(jī)葉片腐蝕類型和機(jī)理分析

4.1低溫氧腐蝕及原因分析

小機(jī)葉片在發(fā)生酸性腐蝕后露出銀灰色鋼鐵基體，發(fā)生氧腐蝕呈磚紅色，低溫溶解氧腐蝕是1種電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成2個(gè)電極，組成腐蝕原電池。在腐蝕電池中鐵的電極電位總是比氧的電極電位低，所以鐵是電池的陽(yáng)極，遭到腐蝕。其反應(yīng)如下：Fe→Fe2++2e;氧為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：O2+2H2O+4e→4OH-。

鋼鐵發(fā)生氧腐蝕時(shí)，常在其表面形成許多直徑為1～30mm不等的小型鼓包，鼓包表層顏色由黃褐色到Fe2O3磚紅色不等，次層是Fe3O4黑色粉末狀腐蝕坑。

4.2酸腐蝕及原因分析

蒸汽在小機(jī)的做功過程中還經(jīng)歷相變過程，在小機(jī)后幾級(jí)有一部分凝結(jié)成水滴，在最初凝結(jié)成的水滴中，往往含鹽量很高，具有較強(qiáng)的腐蝕性。

由于蒸汽中的各種鹽類和無(wú)機(jī)酸等的汽、水分配系數(shù)都非常低，通常都在10-4數(shù)量級(jí)以下，也就是說，這些鹽類和無(wú)機(jī)酸更傾向于溶解于液相中。所以，小機(jī)的初凝水不再是一般意義的凝結(jié)純凈水而是鹽水，這樣初凝水中濃縮的鹽類和酸性物質(zhì)如果沒有被堿性物質(zhì)中和，則初凝水會(huì)呈酸性，甚至成為較高濃度的酸液，只有在初凝水被帶到溫度更低的區(qū)域才被稀釋。

在低溫時(shí)，二氧化碳的分配系數(shù)遠(yuǎn)大于氨的，因此當(dāng)水中同時(shí)有二氧化碳和氨時(shí)，在熱力系統(tǒng)汽、水發(fā)生相變的部位的水和汽中，二氧化碳與氨含量的比值也會(huì)改變。因此，在小機(jī)尾部的濕蒸汽區(qū)域，氨大部分存在于氣相中，二氧化碳大部分存在于液相中，即使給水中加入的氨量是足夠的，初凝水中的氨量卻明顯不足。實(shí)際上，小機(jī)初凝水的pH值可能降到中性或酸性，并含有Cl-、 、 、 、CH3COO-、CuO和O2等，可發(fā)生各種類型的腐蝕，但主要是酸腐蝕。

酸性腐蝕主要以鹽酸腐蝕為代表。Cl-進(jìn)入水汽循環(huán)系統(tǒng)主要有2個(gè)途徑：一是Cl-是一價(jià)陰離子，最容易穿過凝結(jié)水精處理進(jìn)入水汽循環(huán)系統(tǒng);二是凝汽器泄漏，無(wú)論向鍋爐里漏入何種氯化物（CaCl2、MgCl2、NH4Cl），在初凝水中都表現(xiàn)為HCl。有機(jī)酸一般不會(huì)使小機(jī)發(fā)生酸性腐蝕。腐蝕部位主要發(fā)生在小機(jī)后幾級(jí)的動(dòng)、靜葉片、隔板以及排汽室缸壁等部位。受腐蝕部件的保護(hù)膜被全面或局部破壞，金屬晶粒裸露，表現(xiàn)為銀灰色，類似酸洗后的表面。如果這些部位已經(jīng)有垢附著，則會(huì)使垢呈酸性。在小機(jī)停運(yùn)后由于有空氣進(jìn)入，這些垢類大都吸潮性很強(qiáng)，通常會(huì)在小機(jī)停運(yùn)后仍然發(fā)生酸性腐蝕，并使金屬表面的顏色由銀灰色變?yōu)殍F銹紅色。

4.3點(diǎn)腐蝕及原因分析

初凝區(qū)最容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。點(diǎn)腐蝕可以發(fā)生在小機(jī)的運(yùn)行過程中，也可發(fā)生在停運(yùn)過程中。初凝水中的鹽類，特別是含Cl-和 的鹽是產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕的腐蝕介質(zhì)。在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中由于負(fù)荷的變化，初凝水區(qū)域會(huì)發(fā)生變化，部分初凝水可能被蒸干，形成含鹽量很高的鹽水。如果該區(qū)域有黏附性的垢附著，點(diǎn)腐蝕就會(huì)加劇。在停運(yùn)期間，由于真空破壞，導(dǎo)致空氣中的氧和二氧化碳進(jìn)入汽輪機(jī)，在潮濕的氣氛中，點(diǎn)腐蝕就會(huì)加劇。

4.4葉片的水滴磨蝕及原因分析

由于無(wú)機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸鹽的汽、水分配系數(shù)非常小，非常傾向于進(jìn)入初凝水中，所以在蒸汽從汽輪機(jī)排出前，蒸汽中的這些雜質(zhì)幾乎完全富集到濕分中。而氨的汽水分配系數(shù)較大，幾乎全留在蒸汽中。甲酸、乙酸雖然不象無(wú)機(jī)酸那樣汽、水分配系數(shù)非常小，但也小于1，溶入濕分中的量也要比留在蒸汽中的量多，這樣濕分中有較高的雜質(zhì)濃度和較低的pH值。由于蒸汽流過汽輪機(jī)時(shí)流速較高，含有鹽分、低pH值的水滴流過小機(jī)就會(huì)對(duì)末級(jí)葉片產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊、磨損腐蝕。

參考文獻(xiàn)：

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[2]佚名.汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)突發(fā)振動(dòng)故障原因及處理[J].安徽電力，2018，35（4）：27-30.

（作者單位：華潤(rùn)電力（盤錦）有限公司）