冷凝器銅管的成分分析及防腐作用
冷凝器銅管是 大型火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)件,電力銅棒腐蝕泄漏是 影響發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的一大禍害,它不僅造成換管損失和停機(jī)損失,而且換管過程會進(jìn)一步污染水質(zhì),加速余下的冷凝器銅管的進(jìn)一步腐蝕。統(tǒng)計數(shù)字表明, 大型鍋爐的腐蝕損壞事故中,大約有30%是 由于冷凝器的腐蝕失效引起的,在國內(nèi),這個比例 高一些。白銅冷凝管使役過程中容易發(fā)生點腐蝕,但迄今為止,關(guān)于點腐蝕產(chǎn)生的原因仍然不清楚,這是 因為除冷凝器銅管材質(zhì)外,循環(huán)冷卻水水質(zhì)、處理、阻垢處理、循環(huán)水流速、鍍膜和清洗情況以及凝汽器的停用等,都將影響到冷凝器銅管的腐蝕。
長銅公司生產(chǎn)的白銅冷凝管在西北某電廠使用過程中也發(fā)生了腐蝕,用戶現(xiàn)場檢測結(jié)果表明,使役條件不同,腐蝕的程度也不同。因此,本文作者從用戶現(xiàn)場取回尚未安裝使用的和已經(jīng)安裝但經(jīng)受不同使役條件的白銅冷凝管,采用成分分析、拉伸力學(xué)性能實驗、金相分析、X射線衍射物相分析對銅管的力學(xué)性能和顯微組織及其變化進(jìn)行 ,旨在探討腐蝕產(chǎn)生的原因和提出防止腐蝕失效的途徑。
除銅管材質(zhì)外,循環(huán)冷卻水中泥砂的沉積、微生物粘泥的附著、水垢的生成,都能在銅管內(nèi)壁形成沉積物。循環(huán)冷卻水水質(zhì)、處理、阻垢處理、循環(huán)水流速、鍍膜和清洗情況以及凝汽器的停用等,都是 影響沉積物形成的重要因素。由于銅管內(nèi)壁沉積物分布不均勻,不同部位存在供氧差異和介質(zhì)濃度差異,從而形成微電池效應(yīng),導(dǎo)致局部腐蝕。
黃銅管成膜處理包括兩種方式,一種是 新機(jī)組投產(chǎn)前成膜,另一種是 機(jī)組運(yùn)行一段時間后再成膜。新機(jī)組投產(chǎn)前成膜,新銅管只要堿洗除去表面的油污便可直接成膜。機(jī)組運(yùn)行一段時間后再成膜,銅管表面會有硬垢,還會有生物粘泥, 進(jìn)行酸洗或者采用膠球進(jìn)行清掃。
成膜的實質(zhì)是 硫酸亞鐵水解并氧 化生成Fe0.OH膠體,之后與銅管表面自然生成的Cu2O膜產(chǎn)生吸附反應(yīng)。在這一過程中,會伴隨有氫氧 化鐵沉淀生成,沉積在銅管表面,阻礙成膜反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行,這是 成膜工藝中不希望的。成膜反應(yīng)的速度與水質(zhì)的pH值、Fe2+濃度、溶解氧的濃度和成膜的溫度有關(guān)。
pH升高有利于成膜,但pH太高,則會有Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生。Fe2+濃度越高成膜反應(yīng)速度越快,但pH會下降,導(dǎo)致溶液呈酸性,形成的膜會溶解??梢娫?nbsp; 的水質(zhì)條件下提高F擴(kuò)十濃度和提高pH值是 相互矛盾的,用戶實際操作中采用加生水的方法來調(diào)節(jié)pH。溶解氧是 成膜的 條件計算表明,當(dāng)加入1kgFeSOa.7H2O,需要消耗溶解氧1/32kg。
對水容積較大的機(jī)組,則需要采用吹壓縮空氣的方法來補(bǔ)充氧氣的消耗。溫度對成膜反應(yīng)的速度影響包括兩個方面,溫度提高,有助于加快成膜反應(yīng)的影響,但Fe2+的水解和氧 化速度也加快,導(dǎo)致Fe(OH)3沉淀增多,F(xiàn)e2+濃度減少,pH和Fe2+濃度不容易維持,不利于成膜;同時由于水中溶解氧含量隨溫度升高而顯著降低,無法成膜反應(yīng)中所需的氧濃度。但溫度過低,成膜反應(yīng)的速度又太慢,通常以20~30℃為宜。
新機(jī)組投產(chǎn)前成膜,銅管表面自然生成的Cu2O膜致密均勻,與基體附著牢固,因而硫酸亞鐵水解并氧 化生成的FeO.OH膠體可致密均勻地附著在Cu2O膜上,具有較好的作用。
機(jī)組運(yùn)行一段時間后再成膜,盡管進(jìn)行了酸洗及膠球清洗,但不可能 硬垢與生物粘泥,在這些部位會殘留酸洗液,同時由于“嬰兒期腐蝕”的影響,銅管內(nèi)壁產(chǎn)生輕微腐蝕現(xiàn)象,導(dǎo)致表面不平整,所形成的Cu2O膜不致密和厚度不均勻,從而使得在銅管表面的Cu2O膜上形成的一層鐵基氧 化物保護(hù)膜也存在不致密均勻的現(xiàn)象,因而作用相對較差。
結(jié)論
1)生產(chǎn)單位為電廠用戶提供的白銅管成分、組織和性能符合國標(biāo)GB/T8890-1998的要求,材質(zhì)正常。
2)對比不同鍍膜方式對管材內(nèi)壁能力的影響發(fā)現(xiàn),鍍膜后再使用比使用一段時間后再鍍膜的銅管性能要好。因此,建議電廠用戶在新管運(yùn)行前即進(jìn)行鍍膜處理。
3)從使用過的異型銅管腐蝕產(chǎn)物的成分和物相分析可以看出,冷卻水中含有大量的Ca,Mg,C1,S等離子,Ca,Mg等是 結(jié)垢層的主要成分,C1+和S2+則是 產(chǎn)生點腐蝕的主要原因,因此,建議電廠用戶增強(qiáng)循環(huán)水質(zhì)量的控制,包括凈化水質(zhì)、除垢處理和嚴(yán)格控制C1+和S2+的含量。