高參數發電機組腐蝕的原因及其防范措施

徐文強

(中國大唐集團科學技術研究院有限公司 火力發電技術研究院，北京 100040)

某火力發電廠600MW發電機組由HG-2030/17.5-YM型鍋爐、汽輪機和QFSN-600-2YHG型汽輪發電機組成。HG-2030/17.5-YM型鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、固態排渣、單爐膛、Π型半露天布置、全鋼構架、懸吊結構、控制循環汽包鍋爐，最大連續蒸發量為2 030 t/h，主蒸汽額定溫度541 ℃，主蒸汽經二級減溫進入汽輪機。汽輪機為亞臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽、單軸凝汽式600MW汽輪機。QFSN-600-2YHG型汽輪發電機采用水-氫-氫冷卻方式冷卻。鍋爐給水處理采用還原性全揮發處理方式，爐水加氫氧化鈉處理。

在某600MW火力發電機組大修檢查中，發現其汽輪機低壓缸的隔板和葉片發生了腐蝕，本工作對隔板和葉片的腐蝕形貌進行了觀察，對葉片上的腐蝕產物成分進行了分析，并根據機組運行時的汽水報表、水質檢測報告及工作狀況等分析了該發電機組發生腐蝕的原因。

1 大修檢查情況

大修過程中檢查發現：汽輪機低壓缸葉片一共有7級，第1至第7級葉片上均有針狀腐蝕坑和潰瘍性的腐蝕帶，局部堆積磚紅色腐蝕產物，第2至第6級葉片的腐蝕情況逐級加重，呈潰瘍性斑狀腐蝕，表面粗糙，末級葉片情況相對好些，見圖1(a)；汽輪機低壓缸隔板腐蝕較嚴重，表面全部呈銹紅色，見圖1(b)。

(a) 葉片

(b) 隔板圖1 汽輪機低壓缸的宏觀腐蝕形貌Fig. 1 Macrographs of low pressure cylinder: (a) blades; (b) baffles

部分腐蝕產物潮濕。pH試紙測試結果表明，低壓缸隔板表面pH在8～10。從低壓缸葉片表面刮取腐蝕產物，并用等離子體發射光譜儀進行測定，分析結果見表1。結果表明：腐蝕產物主要是氯化物，金屬氧化物約占15%(質量分數)，這說明汽輪機低壓缸的腐蝕主要是由于氯離子造成的。

表1 低壓缸葉片上腐蝕產物的成分(質量分數)Tab. 1 Components of corrosion product on blades of low-pressure cylinder (mass fraction) %

2 腐蝕原因分析

查看歷年氯離子檢測報告(每年兩次)，如表2所示。根據GB/T 12145-2016標準《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》，給水和凝結水中氯離子質量濃度應不大于2 μg/L，爐水中氯離子質量濃度應不大于400 μg/L。由表2可知，在不同時期，該機組給水、凝結水和爐水中氯離子含量均有超標甚至嚴重超標現象。氯離子對機組的腐蝕危害很大，主要表現為破壞水冷壁管金屬表面的鈍化膜，進而向金屬晶格里面滲透，引起金屬表面性質的變化。氯離子的蒸汽攜帶系數非常可觀，會造成汽輪機蒸汽通流部位積鹽、結垢，并增加汽輪機葉片發生點蝕及應力腐蝕的危險，因此，必須對爐水中的氯離子含量進行控制[1]。汽水中氯離子主要由鍋爐補給水帶入、外界漏入、爐內加藥處理時從藥劑中帶入以及精處理系統中從樹脂中釋放出來等。

表2 歷年水質檢測中氯離子含量Tab. 2 Concentrations of chlorine ion in water quality testing for years μg/L

查看該機組近一年的汽水化驗報表(日常)發現，機組汽水品質基本上符合要求，但凝結水溶氧含量經常存在超標現象，期間最大值達到200 μg/L，按GB/T 12145-2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》規定，該機組凝結水溶氧應不大于30 μg/L。凝結水系統在不同時期可能存在不同程度的泄漏，泄漏導致系統接觸空氣，造成凝結水中溶氧含量超標，凝結水溶氧超標或長期處于不合格的狀況會加速管道內腐蝕現象的發生，降低受熱面的傳熱效率。凝結水精處理系統長期氨化運行，雖然運行時間長，周期制水量大，但是漏氯現象嚴重。

氨的分配系數較大，原來維持蒸汽pH的氨絕大多數留在汽相中，因此這時水相的pH很低，呈酸性，會引起酸性腐蝕。此時若有空氣漏入汽輪機或溶解氧含量超標，則會加劇這種酸性腐蝕[2]。

凝汽式汽輪機結構存在缺陷，其末級動葉后汽流中攜帶大量水滴，回流的蒸汽攜帶水滴沖擊高速旋轉的葉片下半部和隔板形成水沖蝕，機組在低負荷下運行時間越長，這種水沖蝕作用越明顯[3]。

經查看歷年資料發現該機組啟停次數較多，而且停運時間較長，如果停運期間對機組的整體腐蝕防護不到位，也會促進機組的腐蝕，而且停運期間的腐蝕對機組的影響更全面、更嚴重。

該廠所處地區在7月至9月間空氣濕度較大，可達80%左右，且該期間溫度也是一年中最高的，從理論上講，這兩種極端條件的結合會極大地提高金屬發生腐蝕的可能，且腐蝕的程度也是最嚴重的。

3 結論與建議

給水、凝結水和爐水中氯離子含量經常超標甚至嚴重超標，導致電機組汽輪機低壓缸的葉片和隔板發生了腐蝕。另外，凝結水中溶氧含量超標、凝汽式汽輪機葉片結構缺陷、機組啟停次數較多及機組所處地理環境都對機組腐蝕產生不利影響。針對該機組發生腐蝕的原因，提出以下建議：

(1) 該機組凝結水精處理系統周期制水量低，為了保證周期制水量，長期氨化運行，導致出水中氯離子長時間超標，建議對凝結水精處理系統進行運行優化，將出水中氯離子含量控制在合格范圍內，在保證出水品質的情況下提高周期制水量。加大對給水、凝結水、爐水、蒸汽和精處理設備出水中氯離子含量的監控，如增加化驗頻率。加強大宗藥品進廠的檢驗工作，保證有效成分合格的同時，也要對藥劑中其他雜質離子進行化驗，比如氯離子含量的測定，使用高純度的再生劑[4]。

(2) 大修期間發現汽包水位線不明顯，日常運行中水位控制不善。應加強該機組的運行調整，對汽包內部缺陷進行徹底檢查處理，運行人員要加強水位調節控制，盡量使汽包水位平穩在正常區域，避免水位波動造成蒸汽帶水。保證蒸汽溫度、壓力在要求工況，降低蒸汽的濕度，將進入低壓缸做功的蒸汽初凝區推后，避免進入低壓缸做功的蒸汽變成飽和蒸汽甚至是濕蒸汽。

(3) 該機組啟停頻繁，必須加強機組停運期間的保護與監督，減少機組停運期間發生的腐蝕。停運時間在一個月內時，要做好帶壓放水干保護，保證系統的干燥度，避免低壓缸積水情況；停運時間超過一個月以上時，可采用對機爐都有保護效果的十八胺保護或其他方法保護。

(4) 目前，該機組還原性揮發處理的堿化劑只有氨，建議給水pH控制在標準上限，提高運行系統的pH；加聯氨控制在標準下限，防止還原劑過量破壞高溫氧化保護膜。

(5) 加強該機組汽水系統的查漏工作，發現有泄漏問題要及時處理，控制水質溶氧在標準范圍內。

(6) 應確保該機組汽水品質監督的及時、準確，特別是在線氫電導、pH表、溶氧表等均應準確可靠，及時反應水質的實際情況，以便調整。

(7) 加強該機組檢修過程中容器及系統底部清理工作，如熱水井底部、高低加和除氧器等容易沉積雜質的部位，排盡高加、低加等容器的殘水，對于排不干凈的容器應進行鼓風干燥，直到沒有水分為止。加強機組啟動過程中的冷態沖洗、熱態沖洗以及啟動初期的化學監督工作，及早投入凝結水精處理系統，提高汽水品質。

(8) 大修后建議安排該機組進行熱化學試驗，改善目前存在的腐蝕狀況，優化機組的運行化學處理工況及機組的運行工況，爐水低磷酸鹽處理，根據運行情況調整加藥量。