摘要：汽轮机是火力发电厂的主要设备之一，是机组安全运行的重要保证，汽轮机在运行中会出现腐蚀和积盐而影响机组的安全和经济运行，因此查明汽轮机腐蚀的主要原因、产生腐蚀物质的来源及防止腐蚀发生的措施，是电厂化学工作的重要内容之一。以下通过对腐蚀产物成分、除盐水水质、水处理使用树脂的检测，查找汽轮机腐蚀原因并提出防范措施。
关键词：火力发电厂；汽轮机；腐蚀原因；分析与处理
前言
在超临界热力系统中,直流锅炉逐渐取代了传统的汽包锅炉,以更优越的性能适应了目前的技术要求.但是直流锅炉运行的过程中,对汽水排污工作不能很好的进行,因此对使用的水质要求比较高,而水质的好坏对整个汽轮机和锅炉的健康安全运行有很大的影响。
1 FAC机理及影响因素
FAC是碳钢管内的保护性氧化膜被水流或湿蒸汽破坏的情况下才发生的一种腐蚀过程。FAC分为2个过程：一是腐蚀过程，另一个是流动动力过程（物理过程）。腐蚀过程是引起FAC的基本过程，而流体动力过程则加快了FAC的发生。碳钢管壁上附着的磁性氧化铁是FeO和Fe2O3混合物，FeO中的铁是二价的铁离子，FAC对其十分敏感。在不考虑流动所产生的影响的情况下。其中过程包括以下2个化学反应Fe+2H2OFe2++2OH-+H2Fe(OH)2+H2（1）3Fe2++4H2O=Fe3O4+6H++H2（2）过程②为式（1）中释放的亚铁离子融入水中的过程。过程③为式（2）中生成的Fe3O4逐渐沉积在金属表面形成覆盖层的过程。虽然Fe3O4在金属表面形成氧化膜阻碍了铁的进一步氧化，但Fe3O4本身是多孔疏松且微溶于软化的、中性或稍微碱性（pH在7.0～9.2之间）的水中，且化学反应过程中所产生的H2会使其变得更加疏松，不能很好地隔断水与金属铁的直接接触。当流体在静止状态时，液固界面处被溶解物质的浓度较高，化学腐蚀的速率也很低，在一定时间内甚至可达到平衡。由于流动的存在，过程④不但使流体中的被溶解物质（如二价铁离子）的浓度不断地被稀释，当流速大到一定程度时，金属表面疏松的覆盖层可能被冲蚀，使更多的金属直接暴露在水中，化学反应的平衡被打破，向着金属被“水解”的方向快速推进，越来越多的金属离子溶入水中，管壁逐渐变薄，当金属管壁变薄到一定程度时就将导致管壁的突然爆裂。
2 影响FAC的主要因素以及抑制措施
对汽水系统管路中的碳钢和低合金而言，有几个关键因素影响着FAC速率。概括起来主要分为3类。材料因素，指的是材料中Cr、Ni等抗氧化合金的含量；传质系数，与流体的流速以及管路的几何形状有关；环境因素，主要包括给水的温度T、含氧量、亚铁离子含量以及pH值。为了有效地抑制FAC，可以从3个方面出发，一是改善材料本身，使材料本身能形成良好的保护膜，一般将容易发生FAC的低温受热面的弯头部分及低压蒸汽发生器的材质改为低合金钢，这是从根本上防止FAC的最有效措施之一，其不足之处是这种管材价格昂贵，只能少量使用；二是调节pH值，研究表明，高的pH值对抑制FAC有很好的效果。故可提高给水或凝结水系统的pH值，从而减轻FAC，工程实际中一般通过加氨保持水的弱碱性来实现抑制FAC的效果；三是对水实施加氧处理，通过在水中注入适量的氧，使金属表面生成致密的氧化膜以降低给水中亚铁离子的含量，抑制FAC的发生。对于上述3种抑制FAC的措施，加氧处理是消除FAC的最有效的手段，从本质上可以消除FAC。
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2.1给水加氧处理
给水加氧处理是通过在给水系统中加入适量的氧，将二价的铁离子氧化为三价的铁离子，使金属表面产生较致密、溶解度非常低的氧化膜。在氧化性工况下，通过加氧处理，实现对金属表面进行不断供氧，使水的氧化还原电位升高，氧化能力增强。发生的主要反应如式（3）所示。4Fe2++O2+4H2O2Fe2O3+8H+（3）水中的溶解氧使Fe3O4层微孔扩散而迁移出来的Fe2+被氧化，生成为Fe2O3，Fe2O3颗粒会沉积到Fe3O4层的微孔或颗粒的空隙中去，使碳钢表面形成了一层致密而稳定的氧化膜，这个氧化膜有效地隔断了水与金属管壁的直接接触，另外由于Fe2O3比Fe3O4稳定，其在水中的溶解度远小于Fe3O4在水中的溶解度，故可以显著降低管壁FAC速率。
2.2最优给水加氧量的选取
对给水进行加氧处理能有效地抑制FAC，但对于如何选取给水加氧量，控制给水中的溶解氧浓度却存在一定的盲区。《火电厂汽水化学导则第一部分：直流锅炉给水加氧处理》中要求在加氧初始阶段，一般控制给水加氧量的质量浓度在150~300μg/L。而在稳定运行阶段水中溶解氧浓度控制在30~300μg/L，然而这一数值并不是绝对的。由以上的分析可知，当给水中溶解氧浓度过低，水中溶解氧浓度处于容易发生FAC的危险区域，金属管道的腐蚀速率很大。当逐渐增加水中含氧量时，金属管道的腐蚀速率逐渐减小。但是高的溶解氧浓度遇到水质恶化时，容易产生局部腐蚀，尤其有酸性腐蚀危险的水质，在高氧浓度条件下，会导致闭塞区的局部腐蚀，其危害甚至高于发生FAC，导则中规定对给水或凝结水进行加氧处理一个十分重要的前提条件是水质必须十分纯，其氢电导率必须低于0.15μS/cm。然而在运行过程中，水质难免会受污染而恶化，在这种情况下，越低的溶解氧浓度，发生局部腐蚀的风险越小，危害越小。且加氧量升高会加重过热器，再热器金属表面氧化皮脱落问题。故给水或凝结水中的溶解氧浓度不能仅仅参照导则所给的溶解氧浓度范围，最佳的浓度应该是能有效抑制FAC的最小浓度。日本ShunsukeUchida，MasanoriNaitoh等人研究发现有效抑制FAC存在一个最小的溶解氧浓度，在这一临界溶解氧浓度附近，随着氧浓度的变化，FAC腐蚀速率变化十分显著。低于这一临界值时，增加水中溶解氧浓度对抑制FAC腐蚀速率效果非常有限，而当水中溶解氧浓度高于这一临界值时，FAC腐蚀速率能得到很好的控制。但其未给出如何确定此临界溶解氧浓度的方法。KazutoshiFujiwara，MasafumiDomae等人进一步研究发现在中性和弱碱性（7＜pH＜9）条件下当增加溶解氧浓度超过42μg/L时，FAC腐蚀速率急剧下降。另K.Fujiwara，O.D.Bouvier等众多研究人员的相关研究表明，当给水或凝结水中溶解氧浓度达到临界溶解氧浓度时，FAC腐蚀速率能得到有效的控制。故最优加氧量应为使给水溶解氧浓度达到临界溶解氧浓度的加氧量。
3结语
FAC现象普遍存在于火电和核电机组中，对人身安全和机组的安全经济运行危害极大。因此，必须十分重视FAC现象。为了抑制、汽轮机腐蚀的主要原因、产生腐蚀物质的来源。本文参考国内外文献，分析FAC的产生机理及影响因素，提出最优给水加氧量，并通过分析给水加氧处理抑制FAC的原理，火力发电厂汽轮机腐蚀原因得到处理。
参考文献
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[4]林顺卿.大型汽轮机的腐蚀[J].四川电力技术,1983,03:22-28.
论文作者:康传辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/26
标签：溶解氧论文; 浓度论文; 汽轮机论文; 水中论文; 过程论文; 速率论文; 抑制论文; 《电力设备》2017年第16期论文;