凝汽器的陰(yin)極(ji)保護(hu)
凝汽器簡介：
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凝汽器是將汽輪機排汽冷凝成水的一種換熱(re)器，又稱冷凝器。按蒸汽凝結方式的不同凝汽器可分為(wei)表麵式（也稱間壁式）和混合式（也稱接觸式）兩類。在表麵式凝汽器中，與(yu)冷卻介質(zhi)隔開的蒸汽在冷卻壁麵上（通常為(wei)金屬(zhu)管子）被冷凝成液體。冷卻介質(zhi)可以是水或空氣(qi)。本文主要討論表麵式（間壁式）的陰(yin)極(ji)保護(hu)。
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凝汽器的腐蝕(shi)
凝汽器管材主要有以下幾種：（1）銅合金，凝汽器主凝結區(ou)用的多是黃銅，空冷區(ou)和頂部幾層用白銅；（2）不鏽鋼，在淡水、微鹹水、鹹水中使用的奧氏體不鏽鋼主要是Fe、Cr、Ni的合金，比如美國(guo)AISI300係(ji)列不鏽鋼；（3）工業(ye)純鈦，高純度鈦強度低，塑性好，耐腐蝕(shi)。工業(ye)純鈦含有少量鐵、矽、氮、氫、氧等雜(za)質(zhi)，增大了強度，降低了塑性，凝汽器管多選用ASTM SB 338 Gr.2標(biao)準(zhun)的焊接鈦管。
在實(shi)際(ji)運用中，在凝汽器中除了常見化學腐蝕(shi)、各種不同金屬(zhu)的混用，不同金屬(zhu)之間的直接接觸，很容易導致嚴(yan)重的電(dian)偶腐蝕(shi)。另外，由於(yu)運行環(huan)境條件所限，冷卻水的水質(zhi)好壞直接影響其對(dui)凝汽器部件的腐蝕(shi)程度。比如附件如果有汙水排放，或者含鹽量較高，對(dui)該凝汽器的冷卻水管的腐蝕(shi)是非常大的。最後由於(yu)腐蝕(shi)造成設(she)備(bei)提早報廢、停產(chan)、重新購買材料、安裝(zhuang)，期中的耗費時間、費用、人力等損失是非常驚人的。
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凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)
目前，傳(zhuan)統(tong)的塗層對(dui)凝汽器的保護(hu)並不是具有很理想的效果，因為(wei)在實(shi)際(ji)運用中，塗層很難做到100%，而且實(shi)際(ji)安裝(zhuang)過程也很容易破壞塗層。另外，隨著(zhuo)時間推移，塗層老化、開裂等直接導致凝汽器防腐蝕(shi)的失效。在普通塗層中，分子之間也存在不小的孔隙，冷卻水中的離子很容易穿過塗層滲透進(jin)入管材，也很難保證(zheng)凝汽器防腐蝕(shi)的有效性。
陰(yin)極(ji)保護(hu)解決(jue)了塗層很難做到的防腐蝕(shi)難題，因為(wei)其有效、經(jing)濟、省事等優(you)點，在國(guo)內(nei)外的冷凝器的陰(yin)極(ji)保護(hu)工程中，也取得良好的應(ying)用實(shi)踐。
陰(yin)極(ji)保護(hu)原理是基於(yu)金屬(zhu)結構提供陰(yin)極(ji)電(dian)流的方法，使金屬(zhu)電(dian)位降低（陰(yin)極(ji)極(ji)化），使得金屬(zhu)不容易失去電(dian)子變為(wei)氧化物狀態。根據(ju)陰(yin)極(ji)保護(hu)的方法不同，分為(wei)外加電(dian)流和犧(xi)牲陽(yang)極(ji)兩張陰(yin)極(ji)保護(hu)方法。兩種方法都有其優(you)缺點，在淡水中，由於(yu)水的電(dian)阻率較高，犧(xi)牲陽(yang)極(ji)的驅動電(dian)壓較小，輸(shu)出的電(dian)流有限，而且輸(shu)出電(dian)流不能調(diao)節，隨著(zhuo)犧(xi)牲陽(yang)極(ji)表麵的反應(ying)產(chan)物生成、陽(yang)極(ji)縮小等都會造成防腐蝕(shi)的失效，另外犧(xi)牲陽(yang)極(ji)壽命一般為(wei)3-5年，超期使用也會導致陰(yin)極(ji)保護(hu)的失效，還有就是某些管件更換犧(xi)牲陽(yang)極(ji)也是很複雜(za)的工作。外加電(dian)流的陰(yin)極(ji)保護(hu)方法，有不少優(you)點，電(dian)位可以自動或者手動調(diao)節，非常方便操作，尤其是接觸的水質(zhi)發生改變的時候，外加電(dian)流有著(zhuo)不可比擬的優(you)勢，可以更改輸(shu)出電(dian)壓來使得受保護(hu)的管件在合理正常的陰(yin)極(ji)保護(hu)中。外加電(dian)流的使用壽命一般取決(jue)於(yu)陽(yang)極(ji)的壽命，使用新型的MMO陽(yang)極(ji)，使用壽命可以長達15-20年。
當然陰(yin)極(ji)保護(hu)也有其局限之處，就是其保護(hu)環(huan)境必須是液體的環(huan)境，幹燥的環(huan)境隻能使用塗層作為(wei)防腐蝕(shi)保護(hu)。
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凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)技術(zhu)的應(ying)用案例
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某電(dian)廠(han)7號(hao)機組凝汽器概況
某電(dian)廠(han)7號(hao)機組容量為(wei)100MW凝汽器式火力發電(dian)機組，凝汽器為(wei)對(dui)分雙流表麵式，所用的銅管牌號(hao)為(wei)HSn-70-1A，銅管數量為(wei)10336根，冷卻表麵為(wei)6815m2,1992年全部更換為(wei)銅管後使用2年即開始發生點蝕(shi)穿孔泄露，1997年就因銅管泄露停機9次。同時7號(hao)機組凝汽器的管板曾於(yu)1997年刷塗塗料，然而僅一年後，管板表麵就出現(xian)了明顯的局部腐蝕(shi)，7號(hao)機組的銅管泄露與(yu)管板的腐蝕(shi)使得機組難以連續滿載發電(dian)，成為(wei)完成發電(dian)計(ji)劃的重大障礙。為(wei)防止腐蝕(shi)繼續發展和擴展，在7號(hao)凝汽器上采用外加電(dian)流式陰(yin)極(ji)保護(hu)技術(zhu)與(yu)耐腐蝕(shi)塗料的聯(lian)合防腐蝕(shi)保護(hu)措施。
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該電(dian)廠(han)7號(hao)機組凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)防腐蝕(shi)係(ji)統(tong)
凝汽器外加電(dian)流的陰(yin)極(ji)保護(hu)係(ji)統(tong)主要由自動控製(zhi)的恒電(dian)位儀(yi)、輔助陽(yang)極(ji)及參(shen)比電(dian)極(ji)等組成。
輔助陽(yang)極(ji)選用新型金屬(zhu)鉑(bo)铌陽(yang)極(ji)，這種陽(yang)極(ji)屬(zhu)於(yu)不溶性陽(yang)極(ji)，可保證(zheng)長期使用，具有排流量大、電(dian)流發射均勻、覆蓋麵積大、消耗量低、可靠性高、重量輕、安裝(zhuang)方便、機械性能和穩定性能好等特點。
參(shen)比電(dian)極(ji)采用了在淡水中電(dian)極(ji)電(dian)位穩定、電(dian)位波動小的高純鋅(xin)材料。電(dian)極(ji)設(she)計(ji)為(wei)有特殊的密封結構的直棒型。
根據(ju)凝汽器的結構、冷卻水質(zhi)和水室中水動力工況等因素，7號(hao)機組凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)設(she)計(ji)為(wei)多點分散控製(zhi)式。
為(wei)了保障和增強管板及銅管管束末端部位及脹口處的保護(hu)，同時減少陰(yin)極(ji)保護(hu)裝(zhuang)置的功率，在7號(hao)機凝汽器中設(she)計(ji)了室內(nei)塗裝(zhuang)耐腐蝕(shi)衝刷塗層。實(shi)際(ji)上7號(hao)機組凝汽器的防腐蝕(shi)工程是陰(yin)極(ji)保護(hu)與(yu)塗層裝(zhuang)保護(hu)的聯(lian)合防腐蝕(shi)方法。
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該電(dian)廠(han)7號(hao)凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)防腐蝕(shi)效果
7號(hao)凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)防腐蝕(shi)係(ji)統(tong)於(yu)1998年11月15日投入運行
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管板與(yu)銅管頂端的腐蝕(shi)被抑製(zhi)
在該係(ji)統(tong)投入運行的停機檢(jian)查中看到原先的管板上，尤其是銅官區(ou)存在的較嚴(yan)重的局部腐蝕(shi)發展被抑製(zhi)，原先的蝕(shi)坑中及管板上已無明顯的黃褐色腐蝕(shi)產(chan)物的堆積。管板端內(nei)壁無點蝕(shi)等腐蝕(shi)的發展，表麵無堿式碳酸銅等產(chan)物痕跡。
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降低了銅合金平均腐蝕(shi)速率
銅管安裝(zhuang)的監測(ce)測(ce)試(shi)片的表麵狀況和重量的檢(jian)查也可以說服力的說明陰(yin)極(ji)保護(hu)係(ji)統(tong)投運後防止凝汽器腐蝕(shi)的效果。
在凝汽器中330天未收到保護(hu)的黃銅試(shi)片的表麵狀況可以看到，試(shi)片表麵的黃褐色的堿式碳酸銅及白色的氫氧化鋅(xin)等腐蝕(shi)產(chan)物附著(zhuo)，表麵在未收到外加電(dian)流陰(yin)極(ji)保護(hu)時，銅合金材料在機組冷卻水中存在明顯腐蝕(shi)。由試(shi)片的失重量可測(ce)出平均腐蝕(shi)速率達到0.022mm/a。
在凝汽器中330天受外加電(dian)流的陰(yin)極(ji)保護(hu)銅片的表麵狀況。從照片可以看出，黃銅片表麵光潔，基本無腐蝕(shi)產(chan)物的沉積。表麵有一層牢固的紅黑色氧化亞銅和氧化銅層。由試(shi)片失重量測(ce)得，在受到陰(yin)極(ji)保護(hu)作用下，黃銅材料的平均腐蝕(shi)速率降到了0.0015mm/a。
7號(hao)機組凝汽器在陰(yin)極(ji)保護(hu)工況下對(dui)黃銅平均腐蝕(shi)速率的減少達到93%以上。
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印製(zhi)碳鋼局部腐蝕(shi)傾向，降低碳鋼的平均腐蝕(shi)速率
在凝汽器中330天未受外加電(dian)流陰(yin)極(ji)保護(hu)的碳鋼試(shi)片的表麵狀況可以清楚地看出，碳鋼試(shi)片表麵腐蝕(shi)嚴(yan)重，呈明顯的局部腐蝕(shi)—潰瘍性腐蝕(shi)坑形態。降表麵附著(zhuo)的腐蝕(shi)產(chan)物去掉後，可見較深的腐蝕(shi)坑，並已經(jing)大於(yu)1mm。此外，還可見試(shi)片邊緣已經(jing)腐蝕(shi)缺損。由試(shi)片失重量可算出在該工況下，碳鋼的平均腐蝕(shi)速率為(wei)0.57mm/a。
試(shi)片表麵無潰瘍狀局部腐蝕(shi)，附著(zhuo)一層疏鬆的黃褐色沉澱物。除去表麵附著(zhuo)物後，試(shi)片表麵平整無坑。此外，試(shi)片邊緣無缺損。從測(ce)定是的受陰(yin)極(ji)保護(hu)工況下，碳鋼的平均腐蝕(shi)速率減小到0.0144mm/a。
7號(hao)機組凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)狀態工況下，對(dui)碳鋼平均腐蝕(shi)速率減少達到74.8%。
碳鋼在淡水冷卻水中平均腐蝕(shi)速率不大，但常見的局部性孔蝕(shi)潰瘍狀的腐蝕(shi)，這對(dui)金屬(zhu)結構最危險的腐蝕(shi)形態。在凝汽器中因碳鋼管板與(yu)銅管直接脹接形成的電(dian)偶作用將加劇碳鋼管板的局部腐蝕(shi)發展。由試(shi)片所得的平均腐蝕(shi)速率不能直接反映這種局部孔蝕(shi)或潰瘍狀腐蝕(shi)程度和危害。而在實(shi)際(ji)工程中，如果金屬(zhu)僅以不大可以接受的腐蝕(shi)速率均勻腐蝕(shi)，采用的保護(hu)措施可以減輕或者防止金屬(zhu)發生這種危險的局部腐蝕(shi)形態，則表明這種防腐蝕(shi)措施是有效的。從對(dui)7號(hao)機組凝汽器管板的腐蝕(shi)檢(jian)查和試(shi)片表麵狀況的評(ping)價說明陰(yin)極(ji)保護(hu)對(dui)防止管板腐蝕(shi)已取得明顯的效果。因此，7號(hao)凝汽器采用陰(yin)極(ji)保護(hu)防腐蝕(shi)是很有效的，陰(yin)極(ji)保護(hu)係(ji)統(tong)的控製(zhi)也是適宜的。
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電(dian)廠(han)7號(hao)機組凝汽器實(shi)施陰(yin)極(ji)保護(hu)的經(jing)濟效益分析
陰(yin)極(ji)保護(hu)不是一種表麵處理的方法，它是一種從根本上穩定金屬(zhu)，降低金屬(zhu)在冷卻水中腐蝕(shi)傾向的技術(zhu)，它將帶來長期的效果，並且是一種十分有效、省事和經(jing)濟的方法。
在7號(hao)機組凝汽器實(shi)施的陰(yin)極(ji)保護(hu)防腐蝕(shi)措施不長的時間裏，就已經(jing)抑製(zhi)了管板脹口附近及銅管端部的點蝕(shi)、脫鋅(xin)和電(dian)偶腐蝕(shi)，這將推遲銅管發生泄漏，延長機組因凝汽器銅管堵漏而損失的發電(dian)量和增加的勞務(wu)量，同時也因凝汽器減少或不泄露冷卻水而改善而提高了水的品質(zhi)，保證(zheng)了給水品質(zhi)，使鍋爐結垢綠降低，提高了蒸汽品質(zhi)，從而改善了機組運行的安全經(jing)濟性和可靠性，延長了大修周期，減少了臨修次數。
目前，一台100MW機組凝汽器的銅管價值及換銅管費用已經(jing)在240萬左右。若銅管延長壽命一年，相當於(yu)獲得了年經(jing)濟效益12萬左右。若減少凝汽器銅管泄露檢(jian)測(ce)和堵漏次數，帶來的經(jing)濟效益是明顯的。如果考慮到100MW機組一天的發電(dian)量近300萬kWh，停電(dian)一天會給電(dian)廠(han)帶來的直接經(jing)濟損失近40萬左右，間接損失則更大。如因腐蝕(shi)而是銅管損壞至無法修補，則損失是難以估計(ji)的。此外，提高機組運行安全可靠性和減少機組維(wei)修等也會帶來明顯的經(jing)濟效益。
7號(hao)機組凝汽器陰(yin)極(ji)保護(hu)防腐蝕(shi)係(ji)統(tong)一次性投資(zi)及維(wei)護(hu)費用，一年不到1.8萬，與(yu)其它的防腐蝕(shi)措施費用相比是相對(dui)較少、節省的。
因此凝汽器中采用陰(yin)極(ji)保護(hu)係(ji)統(tong)防腐蝕(shi)可以獲得很高的投入產(chan)出回報，並且生產(chan)管理簡單，維(wei)護(hu)工作量極(ji)小，因而這項(xiang)技術(zhu)有較大的經(jing)濟社會效益，極(ji)具推廣應(ying)用價值。