1、l第三章第三章 超临界机组热力设备腐蚀概述超临界机组热力设备腐蚀概述 电站热力设备在制造、运输、安装、运行和停运期间，会发生各种形态的腐蚀。由于热力设备运行时，受高热负荷和应力作用，其中的水汽品质受机组运行工况的影响，所以热力设备的腐蚀既遵循金属腐蚀的一般规律，又有自己的特点。l 因此，研究热力设备的腐蚀控制，既要分析热力设备腐蚀的特点，了解腐蚀产生的条件，找出腐蚀产生的原因，从而确定控制腐蚀的方法，也要熟悉热力设备所接触介质的特点和设备金属材料的特性，掌握热力设备运行时介质的变化规律。广西中电防城港电厂一期工程2600MW为国产超临界直流锅炉凝汽式汽轮燃煤发电机组。其锅炉由东方锅炉（集团）股
2、份有限公司生产，型号为DG1950/25.4-II2，是单炉膛、对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型超临界参数变压直流锅炉。汽轮机由东方汽轮机厂有限责任公司生产，型号为N600-24.2/566/566；机组出力为：VWO工况670.054MW（阀门全开工况），TMCR工况642.788MW（最大连续出力工况），THA工况600.012MW（热耗验收工况）；热耗为7585kJ/kWh；额定参数（THA工况）：主汽门前蒸汽压力24.2MPa.a，主汽门前蒸汽温度566，中联门前蒸汽温度566，正常排汽平均背压5.88kPa.a，最终给水温度282.9，额定
3、转速3000r/min，旋转方向从汽机端向发电机端看为逆时针冷却水温(设计水温)24，维持额定功率时的最高冷却水温33（注：压力单位中“a”表示绝对压力）。发电机制造厂为东方电机股份有限公司，型号为QFSN-600-2-22C；型式为三相同步汽轮发电机，自并励静止励磁系统；冷却方式为水氢氢；额定容量667MVA，额定功率600MW，最大连续输出功率642.788MW，最大输出功率670.054MW，额定功率因数0.9（滞后），额定电压22kV，额定电流17495A，额定转速3000r/min，频率50Hz，相数3，极数2，效率（保证值）98.95%。冷却水系统为海水直流供水系统，为防止凝汽器管
4、腐蚀，采用钛管。为防止海生物、贻贝附着在冷却管外壁，设Q=90kg/h电解海水制氯装置2套。加氯管采用塑料管，沿海水引水沟敷设，加氯加至取水口。燃煤设计煤种为印尼KPC矿的烟煤，校核煤种采用山西平朔煤。第一节第一节 超临界机组热力设备水汽系统及介质特点超临界机组热力设备水汽系统及介质特点一、超临界机组热力设备水汽系统二、超临界机组水汽系统热力设备接触介质的特点一、超临界机组热力设备水汽系统一、超临界机组热力设备水汽系统 热力设备运行时，接触的介质有各种品质的水、蒸汽和烟气。部位不同，介质的特性不同；设备的运行工况变化，介质的特性也随之变化。热力设备停运时，由于保养方法不同，所接触的介质也有差别
5、。为便于分析超临界机组热力设备水汽系统的介质特点，必须熟悉超临界机组热力设备的水汽系统。超临界机组水汽流程为：补给水水处理设备凝汽器补水箱凝汽器（热井）凝结水泵前置过滤器高速混床轴封加热器低压加热器除氧器给水泵高压加热器省煤器水冷壁启动分离器过热器高压缸汽汽交换器高温再热器低温再热器中压缸低压缸凝汽器。超临界机组热力设备水汽系统的设备主要包括：水处理设备、凝汽器、凝结水泵、升压泵、凝结水净化设备、低压加热器、给水泵、高压加热器、省煤器、水冷壁炉管、启动分离器、过热器、再热器、汽轮机、各种输送水和蒸汽的管道以及水泵等。二、超临界机组水汽系统热力设备接触介质的特二、超临界机组水汽系统热力设备接触介
6、质的特点点 与超临界机组水汽系统的热力设备接触的介质有水、汽和烟气，其中水、汽包括：未经处理的水（生水）、补给水（除盐水）、给水、汽轮机凝结水、疏水、炉水、饱和蒸汽、过热蒸汽。这些水和汽的腐蚀性与其pH值、所含离子种类和数量、溶氧量、温度和压力等因素有关。锅炉燃烧产生的烟气的腐蚀性除与其温度和成分有关外，还与灰分的组成有关。进入水汽系统热力设备的杂质主要来自于补给水、除盐设备的泄漏、凝汽器的泄漏、漏入空气、水质调节剂以及设备的腐蚀产物，有时也因化学清洗后残留所带入。下面从腐蚀的角度分别讨论不同热力设备接触的介质的特点。（1）炉外补给水系统 它接触的介质有生水、除盐水，其中离子交换设备在离子交换
7、树脂再生时还接触酸、碱或食盐溶液，pH值变化很大。介质温度一般低于50，溶氧含量高；生水的含盐量高，而补给水的含盐量很低。（2）凝结水-给水系统 它包括凝结水泵、升压泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和省煤器等设备及连接管道，其中给水系统指除氧器到锅炉之间的设备和管道，包括给水泵、高压加热器、省煤器和相应的管道。低压和高压加热器水侧接触的分别是凝结水和给水，汽侧接触的是加热蒸汽。省煤器管的内侧和外侧接触的分别是给水和锅炉烟气。在该系统中，水温随流程逐渐升高，在高压加热器后，可达280左右。凝结水的pH值若低于7，在有氧的情况下会造成系统的严重腐蚀，使凝结水的铁、铜含量明显增加。为防止腐
8、蚀，必须对凝结水和给水的纯度、溶解氧含量和pH值进行控制。在联合处理水工况下，给水的pH值为8.09.0，溶解氧含量控制在30300g/L。这样可有效控制系统的腐蚀，但必须保证给水的电导率0.15s/cm，否则将发生严重的氧腐蚀。（3）水冷壁系统 对于直流炉来说，水冷壁管中的炉水水质和给水水质基本相同，不同的是，在系统的流程中水温进一步提高。值得注意的是，水冷壁炉管承受很高的热负荷，是锅炉中直接产生蒸汽的部位，在蒸发区炉水和饱和蒸汽并存，炉水在此区域有被局部浓缩的可能，由此可能造成后果严重的炉管结垢和腐蚀。因此必须严格保证给水的水质。（4）过热器和再热器 在正常情况下，超临界直流锅炉过热器和再
9、热器出口的蒸汽温度高达570左右，过热蒸汽压力最高可达25MPa左右，再热蒸汽压力为4MPa左右，因此过热蒸汽和再热蒸汽的含盐量都很低，不会引起过热器和再热器的积盐。但温度很高，高温段过热器和再热器管内壁有发生汽水腐蚀的可能性，所以必须采用耐高温汽水腐蚀性能较好的低合金耐热钢，甚至不锈钢；过热器和再热器的外壁与高温烟气接触，可能发生高温腐蚀。（5）汽轮机 过热蒸汽进入汽轮机后，随即作功，温度和压力逐渐降低，过热蒸汽中含有的杂质将逐步沉积到叶片上。在汽轮机的高压、中压和低压级中，蒸汽中的杂质种类和含量均不同，尤其在汽轮机的尾部几级，蒸汽中出现湿分，变成饱和蒸汽，这时蒸汽中的酸性物质及盐类（H+、
10、SO42-、Cl-、Cu2+等）会溶入湿分而导致腐蚀。（6）凝汽器 凝汽器汽侧是蒸汽和凝结水，其含盐量很低，但氨含量可能较高。其水室及凝汽器管的水侧接触的是含盐量较高的冷却水，水温较低、pH值大于7。当凝汽器发生泄漏时，冷却水会漏入凝结水使水质恶化，加剧腐蚀。（7）疏水系统 疏水的含盐量与凝结水相近，但其溶解氧和二氧化碳含量比凝结水高，所以疏水系统的金属材料的腐蚀比凝结水系统的严重，其含铁量比凝结水高。/第二节第二节 超临界机组水汽系统超临界机组水汽系统 热力设备的金属材质热力设备的金属材质一、概述二、超临界机组水汽系统热力设备的材质一、概述一、概述 制造热力设备的金属材料主要是碳钢，有的部件
11、采用合金钢。低压加热器和凝汽器的管材，目前国内主要采用铜合金管，当然也有用不锈钢管和钛管的。锅炉钢管用钢应具有下述特性：较高的耐腐蚀性，良好的塑性，优良的焊接性，足够高的机械强度。对于温度高于400450的设备，还要具有抗蠕胀性，即有较高的耐热性和长期高温运行的金相组织的稳定性。蒸汽温度在450以下的低压锅炉钢管，主要选用10号、20号优质碳素钢。蒸汽温度在450以上的中、高压锅炉，除水冷壁管和省煤器管用20号钢外，其他管子多采用合金钢。锅炉管子所使用的合金钢有：低合金珠光体耐热钢、马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢，其中以低合金珠光体耐热钢用的最多。l 壁温500的过热器管，一般采用20号钢。壁温为
12、500550的过热器管，采用15CrMo。壁温为550580的过热器管，采用12CrlMoV、12MoVWBSiRe。壁温为6 0 0 6 2 0 的 过 热 器 管，采 用12CrMoWVTiB和12Cr3MoVSiTiB。l 在国外，过热器壁温超过600的过热器管，采用Cr12%的马氏体耐热钢和1Cr18Ni9Ti等Cr-Ni奥氏体不锈钢。由于奥氏体钢价格昂贵，工艺性比珠光体耐热钢差，Cr12%马氏体耐热钢比珠光体耐热钢焊接困难，所以，当前国内外机组蒸汽参数，一般都在570以内、2.7423.52MPa的水平上，以保证锅炉运行时，锅炉管子处于良好的状态。但目前超临界、超超临界机组的蒸汽参数
13、超过了570。低、中压锅炉汽包一般采用锅炉用优质碳素钢20g、22g钢制造，高压或超高压锅炉汽包采用普通低合金钢制造，如14MnMoVg钢、18MnMoNbg钢。汽轮机叶片材料应有足够的常温和高温机械性能，良好的抗振性，较高的组织稳定性，良好的耐蚀性及冷、热加工工艺性能。叶片用钢主要是铬不锈钢lCr3、2Cr13和强化型不锈钢1Cr11MoV、1Cr12WMoV、2Cr12WMoVNbB等。lCr13钢主要用于温度450的高压级叶片，如200MW汽轮机612级高压叶片。2Cr13主要用于温度450的后几级叶片。lCr11MoV钢用于温度540的高压级叶片，如国产125MW机组、300MW机组的
14、前几级叶片。1Cr12MoV钢用于制造温度580以下的大功率汽轮机前级叶片。2Cr12WMoVNbB钢主要制造温度600以下的高压汽轮机叶片及围带。汽轮机主轴、叶轮的材料，要综合机械性能好，有一定的抗蒸汽腐蚀能力。对高温下运行的叶轮和主轴，还要求有足够高的蠕变极限、持久强度、持久塑性和组织稳定性，有良好的淬透性、焊接性等工艺性能。主轴和叶轮的材料主要是中碳钢和中碳合金钢，如35号钢、34CrMo、35CrMoV、20CrWMoV等。在国外，过热器壁温超过600的过热器管，采用Cr12%的马氏体耐热钢和lCr18Ni9Ti等Cr-Ni奥氏体不锈钢。但由于奥氏体钢价格昂贵，工艺性比珠光体耐热钢差，
15、Cr12%马氏体耐热钢比珠光体耐热钢焊接困难。所以，当前国内外机组蒸汽参数，一般都在570以内、2.7423.52MPa的水平上，采用低合金珠光体耐热钢，以保证锅炉运行时，锅炉管子处于良好的状态。汽缸、隔板等静子部件，因所处的温度和压力不同，可以选用灰口铸铁、高强度耐热铸铁、铸钢或低合金耐热钢。例如，灰口铸铁用于制造低、中参数汽轮机的低压缸和隔板。ZG25钢用来制造温 度 在 4 2 5 以 下 汽 轮 机 的 汽 缸 和 隔 板。ZG20CrMo钢用来制造温度在500以下的汽缸和隔板。ZG20CrMoV钢用来制造温度在540以下的部件。ZG15Cr1MolV钢用来制造温度在565以下的部件。
16、国产125MW高压中间再热双缸双排汽凝汽式汽轮机，其低压缸采用铅铝合金铸铁，中压排汽缸采用ZG25钢，高、中压外缸采用ZG20CrMo钢，高、中压内缸采用ZG15CrlMo1V钢。加热器和凝汽器所用的管材，要求传热性能好，有一定的强度，有良好的耐腐蚀性能。常用的黄铜管有：H68、HSn70-1、HAl77-2等。为了提高凝汽管的耐蚀性能，现采用加砷管，如H68A、HSn70-1A、HAl77-2A等，还可采用B10和B30等铜镍合金管、不锈钢管和钛管。高压加热器多用钢管。二、超临界机组水汽系统热力设备的材质二、超临界机组水汽系统热力设备的材质 火力发电机组水汽系统热力设备金属材料的选用取决于其
17、工况条件和工作介质，主要是工作温度、压力、应力以及介质的腐蚀性。机组参数越高，热力设备的工作温度和压力越高、工作应力越大，介质的腐蚀性也越强，对热力设备材料性能的要求也就越高。在超临界机组中，锅炉和汽轮机在高温、高压和腐蚀介质的作用下长期工作，这要求其部件的材料大量采用耐热钢。因此，首先对超临界机组热力设备常用的耐热钢做一分类介绍，然后主要介绍超临界机组锅炉和汽轮机主要设备和部件可选用的钢材。1.超临界机组常用的耐热钢 耐热钢的化学成分及热处理方法不同，其金相组织结构也有所不同。根据正火处理后的金相组织，耐热钢可大致分为铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢两大类，其中铁素体耐热钢又包括珠光体（铁素体与渗
18、碳体组成的机械混合物共析体）、马氏体（含碳量过饱和的铁素体）、贝氏体（含碳量过饱和的铁素体和细小颗粒状渗碳体的机械混合物）及其双相组织耐热钢。超临界机组常用的耐热钢主要有以下三类：（1）珠光体耐热钢 这类耐热钢的金相组织一般为铁素体和珠光体，所以称为珠光体耐热钢。在此类钢中常含有少量的铬、钼、钒等合金元素，且合金元素的总含量一般在5%以下，所以又称低合金耐热钢。超临界机组采用的珠光体耐热钢主要是Cr-Mo系、Cr-Mo-V系和多元复合合金化的低合金耐热钢。常用的Cr-Mo钢有SA-213T2（0.5%Cr,0.5%Mo）、SA-213T12和15CrMo（1%Cr,0.5%Mo）、2.25Cr
19、-1Mo(2.25%Cr,1%Mo)等。其中，2.25Cr-lMo钢是一个比较重要的钢种，特别是在一些工业发达国家生产了大量此类钢。例如，美国的SA-213T22和SA-335P22、德国的10CrMo910、日本的STBA24和STPA24、瑞典的HT8等均属此类。15CrMo的最高使用温度为550,2.25Cr-1Mo钢的最高使用温度可达580。在Cr-Mo钢的基础上,添加少量(如0.150.3%)的钒，就得到Cr-Mo-V钢，如12Cr1MoV，其最高使用温度是580。为了进一步提高低合金耐热钢的使用温度，国内外又研制出了一些多元复合合金化的低合金耐热钢，其使用温度高达600620，如我
20、国研制的12Cr2MoWVTiB（钢102）和12Cr3MoVSiTiB(11)，以及日本在T22钢基础上研制的HCM2S(2.25Cr-1.6W-V-Nb)，该钢已获得ASME规范的认可，列为SA-213T23钢。当锅炉蒸汽温度达到570时，高温过热器管的壁温可达620以上。此时，低合金耐热钢已无法满足要求，必须采用马氏体耐热钢，甚至必须采用奥氏体耐热钢。l （2）马氏体耐热钢l 这类耐热钢的金相组织一般为马氏体，其中铬的含量一般在9%13%。超临界机组使用的马氏体耐热钢主要是9%Cr和12%Cr这两个系列。l l 在9%Cr系列中,美国的SA-213T91/SA-335P91（9Cr-1M
21、o-V-Nb）钢已经在世界范围内得到广泛的应用。日本在T91/P91基础上，以W取代部分Mo而得到一新钢种9Cr-0.5Mo-1.8W-V-Nb,即NF616(SA-213T92/SA-335P92)。9%Cr系列马氏体钢的最高使用温度可达650。在12%Cr系列中，X20CrMoV121和X20CrMoWV121（HT91）钢在欧洲曾得到大量应用，但其焊接性能较差。HCM12（12Cr-lMo-lW-V-Nb）钢是在HT91的基础上研制出的一种铁素体-马氏体双相耐热钢，它具有良好的焊接性能。HCM12A（SA-213T122/SA-335P122）是在HCM12基础上用W取代更多的Mo，并添
22、加1%Cu而得到的一新钢种。其蠕变强度进一步提高，在600时许用应力比T91提高约25%，并因消除了铁素体而使韧性得到提高。这种钢特别适用于620以下的厚壁部件。（3）奥氏体耐热钢 这类耐热钢的金相组织为奥氏体，主要合金元素为铬、镍、锰。其中，应用最多的钢种是铬镍含量为18-8，以及在其基础上发展起来的耐热钢。在超临界机组中，过热器管壁温超过650后，常用SA-213TP304H和SA-213TP347H奥氏体耐热钢，这两种钢分别类同于我国的lCr18Ni9和1Cr19Ni11Nb。此外，一些新型的奥氏体耐热钢，如TP347HFG、Super304H（18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N）等也有
23、所应用。其中，TP304H容易敏化而发生晶间腐蚀，而TP347H由于添加了微量合金元素铌，晶间腐蚀的敏感性降低，具有较高的蠕变强度，以及优良的抗蒸汽氧化和耐烟气腐蚀性能。TP347HFG在TP347H的基础上，通过热处理使晶粒细化到8级以上，使其抗氧化能力大大提高。Super304H则是在TP304的基础上添加Cu、Nb、N合金化而得到的一种经济型奥氏体耐热钢。其高温下的蠕变断裂强度比TP347H高约20%,可用于700750以下的过热器和再热器部件。2.锅炉钢管材料 直流锅炉在高温下工作的部件主要是各种锅炉钢管，包括省煤器、水冷壁、过热器和再热器等受热面的管子和集箱，以及蒸汽管道和集汽联箱等
24、。这些锅炉钢管在高温、高压和腐蚀介质的作用下长期工作，这要求其金属材料应在高温下具有足够的持久强度和蠕变强度，优良的抗氧化性能和耐腐蚀性能，足够的组织稳定性，以及良好的焊接加工工艺性能。（1）省煤器 省煤器一般安装在烟气温度较低的尾部竖井烟道中，且省煤器管内给水的温度只有300左右。因此，省煤器管壁的温度较低，一般不需要用耐热钢，而常用优质碳钢，如SA-106C、SA-210C以及我国的20号钢。（2）水冷壁 在超临界机组水冷壁管中，水温可达临界温度（374），在靠近水冷壁出口的管排中水可能被全部汽化，并且管壁的热负荷很高。因此，在设计中必须选用低合金耐热钢，如SA-213T2、T12、T22
25、以及我国的15CrMo、12CrlMoV等。其中,T2、T12多用于温度较低的管排上，如位于炉膛下部的螺旋管圈水冷壁；在温度较高的部位，常用15CrMo、T22、甚至T23材料。（3）过热器和再热器 在锅炉中,过热器与再热器的工作环境最为恶劣。它们在锅炉中承受的温度和压力最高，管内壁与高温、高压蒸汽接触，管外壁与高温烟气接触，所以对管材的要求最高。在超临界机组中，除了低温再热器管因气温较低（进口温度只有320左右）可部分用SA-210C等碳钢外，过热器和再热器管必须选用低合金珠光体耐热钢、马氏体耐热钢、甚至奥氏体耐热钢。可选用的这些耐热钢管材主要有15CrMo、T22、12CrlMoV、T23
26、、T91、T92、T122、TP304H、HTP347H、TP347HFG、Super304H等。其中，温度较低管段多用15CrMo、T22、12CrlMoV等，温度较高的管段多用T23、T91等，高温过热器和再热器的出口管段多用TP304H、HTP347H等。过热器和再热器的出口集箱可使用P91、P92、P122等材料。（4）启动分离器及其贮水罐 汽水分离集箱的工作温度随负荷的变化而变化，一般为350430左右。虽然其工作温度不高，但需要承受机组频繁启停和快速负荷变化，要求器壁薄、材料强度高，以避免热疲劳引起的腐蚀破坏。启动分离器及其贮水罐可选用的材料有SA-336F12、P22、P91等。
27、若使用新型铁素体耐热钢P92或P122，可以使得器壁进一步减薄。（5）蒸汽管道 由于温度和压力的提高，超临界机组主蒸汽管道应采用强度较高的P91、P92、P122等材料。但是，对于中压再热蒸汽管道，尽管蒸汽温度依然很高，但蒸汽压力只有4MPa左右，所以也可选用P22管材。3.汽轮机主要部件的材料 （1）叶片材料 不同部位的汽轮机叶片接触的蒸汽具有不同的特性，所以对叶片的材质有不同的要求。高中压缸前几级叶片接触的蒸汽温度在538以上，所以要求叶片材料具有良好的高温力学性能；而低压缸叶片可能处于湿蒸汽中；最后几级叶片甚至会受到蒸汽中水滴的冲刷作用，所以要求叶片材料具有较高的耐蚀性。此外，叶片材料还
28、应具有良好的抗震性和加工工艺性能。在566/566参数的超临界汽轮机中，汽温在538以上时，可用lCrl0Co3MoWVNbN（MTB1OA）、lCrlONiMoW2VNbN和2Cr11NiMoVNbN等；汽温在538以下时，可用2Cr12NiMo1W1V（10705BU或C422）、1Cr12Mo和0Cr17Ni4Cu4Nb等。（2）转子材料 转子材料的强度主要取决于工作温度，566/566参数超临界汽轮机高中压转子目前多用3OcrlMo1V等Cr-Mo-V低合金钢或12%Cr型转子钢（如美国的C422钢）；由于低压缸进汽温度由亚临界的320提高到370，低压转子材料常用超纯3Ocr2Ni4
29、MoV取代亚临界常用的普通30Cr2Ni4MoV等。（3）汽缸等零部件材料 566/566参数超临界汽轮机高中压内缸、喷嘴室、主汽阀和主汽调节阀壳材料可采用MJC12（ZG1Cr1OMoVNbN）、ZG15Cr1MoV等；再热主汽阀材料可用ZG15Cr2Mo1等；低压内缸材料可用2Og等。4.凝汽器和加热器管材 （1）凝汽器管材根据冷却水水质,可选用TP304、TP316等不锈钢，钛或B30。为了防止电偶腐蚀，不锈钢或钛管凝汽器常采用在碳钢管板外侧包覆不锈钢或铁板的复合材料管板。凝汽器水室、壳体、管子支撑板和热井的材质均为Q235-A。（2）为了适应给水加氧处理的要求，超临界机组低压加热器管材
30、常采用TP304不锈钢，高压加热器管材一般采用低合金耐热钢，这样整个水汽系统没有铜或铜合金部件，成为无铜机组。在超临界机组的水汽系统中，热力设备的金属材料主要是优质碳钢、低合金钢和不锈钢。其中，给水管道和省煤器管材通常为优质碳钢；水冷壁炉管管材为低合金钢；过热器、再热器的管材在温度较低的部位可用优质碳钢，温度较高的部位必须用低合金钢、甚至不锈钢；汽轮机叶片材料通常采用不锈钢，高中压缸一般采用低合金钢，低压缸可采用碳钢。5.某电厂600MW超临界直流锅炉发电机组水汽系统主要设备的材质 某电厂一期工程新建2台600MW超临界直流锅炉发电机组，其水汽系统主要设备的材质如下：（1）给水管道和省煤器管分
31、别采用SA-106和SA-210C（即25MnG）优质碳钢。（2）水冷壁管采用SA-213T2低合金钢。（3）启动分离器和启动分离器贮水罐采用SA-336F12低合金钢。（4）过热器管材有SA-213T2、SA-209T1a、SA-213T12等低合金钢和SA-213TP347H（即1Cr19Ni11Nb）不锈钢，再热器管材有SA-210C和SA-2131TP347H。（5）汽轮机高压叶片材质为2Cr12NiMoWV，低压叶片可采用2Cr13不锈钢，中、低压缸材质为低合金耐热钢和铸钢。（6）凝汽器管材为TP304不锈钢，管板采用30mm+5mm、材质为Q235-A/1Cr18Ni9Ti的复合材
32、料，凝汽器水室、壳体、管子支撑板和热井的材质均为Q235-A。注意：防城港电厂冷却水为海水，其凝汽器管材为钛管。（7）为了适用给水加氧处理的要求，低压加热器管材采用TP304不锈钢，高压加热器管材采用SA556GrCz钢，这样整个水汽系统没有铜或铜合金部件，即为无铜系统。第三节第三节 超临界机组热力设备腐蚀的类型和特点超临界机组热力设备腐蚀的类型和特点一、热力设备腐蚀的类型一、热力设备腐蚀的类型二、热力设备腐蚀的特点二、热力设备腐蚀的特点一、热力设备腐蚀的类型一、热力设备腐蚀的类型 热力设备在运行或停用时，介质中的各种腐热力设备在运行或停用时，介质中的各种腐蚀性成分，会使设备发生严重的腐蚀。热
33、力设备蚀性成分，会使设备发生严重的腐蚀。热力设备发生的腐蚀，可按发生腐蚀的设备分类，也可按发生的腐蚀，可按发生腐蚀的设备分类，也可按腐蚀机理分类。按发生腐蚀的设备分类的优点是腐蚀机理分类。按发生腐蚀的设备分类的优点是可全面地掌握各种热力设备可能发生的各种腐蚀，可全面地掌握各种热力设备可能发生的各种腐蚀，便于采取综合防护措施。便于采取综合防护措施。但是，由于一种设备可能发生多种不同形态但是，由于一种设备可能发生多种不同形态的腐蚀，而不同的设备又可能遭受同一种腐蚀，的腐蚀，而不同的设备又可能遭受同一种腐蚀，因此，采用这种分类方法不便于分类讨论腐蚀机因此，采用这种分类方法不便于分类讨论腐蚀机理和防护
34、方法。按腐蚀机理分类虽然对于某一种理和防护方法。按腐蚀机理分类虽然对于某一种设备可能发生的腐蚀形态没有一个完整的概念，设备可能发生的腐蚀形态没有一个完整的概念，但它便于分析和讨论各种腐蚀形态的机理，掌握但它便于分析和讨论各种腐蚀形态的机理，掌握其变化规律和特点。因此，下面将按腐蚀机理的其变化规律和特点。因此，下面将按腐蚀机理的分类简要介绍超临界机组热力设备可能发生的各分类简要介绍超临界机组热力设备可能发生的各种腐蚀。种腐蚀。（1）氧腐蚀 氧腐蚀是由于腐蚀介质中的溶解氧发生阴极还原反应而导致的一种电化学腐蚀。它是热力设备常见的一种腐蚀形式，热力设各在运行和停用时，都可能发生氧腐蚀。运行时的氧腐蚀
35、主要发生在水温较高的给水系统，以及溶解氧含量较高的疏水系统和发电机的内冷水系统；停用时的氧腐蚀通常是在较低温度下发生的，如果不进行适当的停用保护，整个机组水汽系统的各个部位都可能发生大面积、严重的氧腐蚀，这种腐蚀又称为停用腐蚀。运行氧腐蚀和停用腐蚀的本质相同，但腐蚀产物有不同的特点。（2）酸性腐蚀 酸性腐蚀是由于酸性腐蚀介质中的酸性物质电离产生的氢离子发生还原反应而导致设备或管道发生的一种析氢腐蚀。热力设备可能发生的酸性腐蚀主要有：炉外水处理系统的酸性腐蚀、给水系统和疏水系统的游离CO2腐蚀、汽机低压缸内的酸性腐蚀、水冷壁管的酸性腐蚀等。（3）锅炉炉水浓缩腐蚀 它发生在高参数机组的锅炉水冷壁管
36、的蒸发区。主要是在炉水蒸发浓缩形成浓酸或浓碱时发生，尤其是当凝汽器泄漏，使水质恶化时。这是锅炉运行时出现的一种特有的腐蚀形态，也称为运行腐蚀。（4）汽水腐蚀 当过热蒸汽温度超过450时，蒸汽可与碳钢中的铁直接发生化学反应生成Fe3O4（3Fe+4H2OFe3O4+4H2）而使管壁减薄，这种化学腐蚀称为汽水腐蚀。汽水腐蚀一般发生在过热器或再热器管中，它既可能是均匀的，也可能是局部的。均匀腐蚀通常发生在金属温度超过允许温度的部位，并在金属过热部分形成密实的氧化铁皮。局部腐蚀可能以溃疡、沟痕和裂纹等形态出现。溃疡状汽水腐蚀常发生在金属交替接触蒸汽和水的部位。这些部位金属温度的变化经常70，这样就加速
37、了保护膜的局部破裂,使蒸汽得以反复地与裸露的局部金属表面接触，从而加快了局部的腐蚀速度,所形成的溃疡常为Fe3O4所覆盖。防止汽水腐蚀的主要措施就是选用适当的耐热钢和防止金属过热（控制蒸汽温度）。（5）应力腐蚀 应力腐蚀在热力设备水汽系统中广泛存在，如水冷壁炉管、过热器、再热器、高压除氧器、主蒸汽管道、给水管道、汽轮机叶片和叶轮，以及凝汽器管，在不同情况下都可能发生应力腐蚀破裂或腐蚀疲劳。（6）氢脆 对于热力设备，在锅炉酸洗或锅炉发生酸性腐蚀时，碳钢炉管可能发生氢脆。（7）电偶腐蚀 如在凝汽器的碳钢管板与铜管（或不锈钢管、钛管）之间，或在锅炉化学清洗时炉管表面沉积了铜，由于介质中电极电位较高的
38、金属与电极电位较低的碳钢相接触，而导致的碳钢的腐蚀。（8）磨耗腐蚀 例如，凝汽器管水侧、特别是入口端，因受液体湍流或水中悬浮物的作用而发生的冲刷腐蚀就是一种典型的磨耗腐蚀，其腐蚀部位常具有明显的流体冲刷痕迹特征。在AVT水工况下，给水系统，特别是省煤器管道中的紊流区（如管道弯头、三通、变径等处）常因湍流的冲击而发生加速腐蚀，这种腐蚀称为流动加速腐蚀（Flow Accelerated Corrosion，FAC）。另外，在高速旋转的给水泵叶轮表面的液体中不断有蒸汽泡形成和破灭。汽泡破灭时产生的冲击波会破坏了金属表面的保护膜，从而加快了金属的腐蚀。这种腐蚀称为空泡腐蚀或空蚀。（9）点蚀 热力设备中
39、的点蚀主要发生在不锈钢部件上。例如，凝汽器不锈钢管水侧管壁与含氯离子的冷却水接触，在一定条件下可能导致不锈钢管发生点蚀；汽轮机停运时保护不当，不锈钢叶片有可可能发生点蚀，这些腐蚀点又可能在运行时诱发叶片发生腐蚀疲劳。（10）缝隙腐蚀 在热力设备中，凝汽器管和管板间形成的缝隙，以及腐蚀产物、泥沙、脏污物、生物等沉积或附着在金属（如凝汽器不锈钢管或铜合金管）表面上所形成的缝隙等等，在含氯离子的腐蚀介质中都可能导致严重的缝隙腐蚀。（11）锅炉烟侧的高温腐蚀 这主要是指锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管的外表面，以及在锅炉炉膛中的悬吊件表面发生的一类腐蚀。它们主要是由钢材与锅炉燃料燃烧产物之间的化学和电
40、化学反应引起的。水冷壁管高温腐蚀是由于硫化物或硫酸盐的作用；过热器及再热器管高温腐蚀则是Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3等复盐在管表面积聚造成的。对于燃油锅炉，过热器和再热器的烟气侧将产生钒腐蚀。（12）锅炉尾部受热面的低温腐蚀 锅炉尾部受热面（空气预热器和省煤器）烟气侧的腐蚀，是由于烟气中的SO3和烟气中的水分反应生成H2SO4，而使装在锅炉尾部烟道的空气预热器和省煤器烟侧的金属材料腐蚀。除上述腐蚀形式外，热力设备水汽系统中还有一些特殊的腐蚀形式，如凝汽器铜管水侧的微生物腐蚀、点腐蚀、汽侧的氨腐蚀等，汽轮机油润滑系统微量水引起的锈蚀等。二、热力设备腐蚀的特点二、热力设备腐蚀的特点
41、 前面说过，热力设备的腐蚀除了具有腐蚀的一般特点之外，还有不少特殊的地方。首先，热负荷在热力设备的腐蚀过程中起很重要的作用。水冷壁管、过热器管和省煤器管的腐蚀，除了因汽水分层或汽塞的部位以外，都集中在热负荷较高的部位，如炉管的向火侧。其次，机组的运行工况对热力设备腐蚀的影响较大。对于水汽侧，生水水质变化、水处理设备运行状况变化、锅内处理方式变化、热力设备运行状况变化都将引起汽、水品质改变。对于烟气侧，燃料成分和热力设备运行状况变化，烟气成分也明显改变。此外介质温度、金属表面状态、各部分受力状态都会因锅炉运行状况变化而改变。由于这些因素的变化，腐蚀的类型和程度也将改变，因此，腐蚀现象比较复杂。再
42、次，随着机组参数的提高，腐蚀速度增加。因为水、汽温度和压力升高，金属腐蚀的热力学倾向增加，腐蚀的反应速度加快。所以，在同一水质条件下，高温高压机组比中温中压机组腐蚀严重，超高压机组又比高压机组腐蚀严重。同时，机组参数提高，设备的材质改变，补给水的纯度提高，腐蚀的形态也会发生改变。第四节第四节 防止热力设备腐蚀的必要性防止热力设备腐蚀的必要性 为了确保发电厂的安全经济运行，必须十分为了确保发电厂的安全经济运行，必须十分重视热力设备的腐蚀控制。因为：重视热力设备的腐蚀控制。因为：（1）在热力设备发生的事故中，因腐蚀问题）在热力设备发生的事故中，因腐蚀问题引起的占很大比重。引起的占很大比重。美国在美
43、国在1964年曾对年曾对438台锅炉发生的台锅炉发生的1415次事次事故进行分析，因腐蚀问题引起的占故进行分析，因腐蚀问题引起的占1/3。1973年美年美国统计，国统计，1955 1970年间运行的年间运行的640台高压锅炉有台高压锅炉有20%发生腐蚀。据日本统计，发生腐蚀。据日本统计，1972 1973年间年间160台锅炉发生事故台锅炉发生事故32次，其中与腐蚀有关的达次，其中与腐蚀有关的达24次。次。我国我国1976年的锅炉事故中，腐蚀引起的爆管占年的锅炉事故中，腐蚀引起的爆管占40%50%。美国。美国1974 1983年十年里，锅炉、汽年十年里，锅炉、汽轮机和给水加热器的事故中，一半是由
44、于腐蚀原轮机和给水加热器的事故中，一半是由于腐蚀原因引起的。因引起的。（2）热力设备的腐蚀直接威胁设备本身的安）热力设备的腐蚀直接威胁设备本身的安全运行，严重时发电机组被迫停运，造成重大的全运行，严重时发电机组被迫停运，造成重大的经济损失。经济损失。据估计，一座据估计，一座1000MW的电厂，因腐蚀事故停的电厂，因腐蚀事故停运一天，电厂损失在运一天，电厂损失在100万美元以上，而因停电造万美元以上，而因停电造成的工业产值损失将是它的成的工业产值损失将是它的50倍。可见电厂因腐倍。可见电厂因腐蚀造成的经济损失之大。事实上，电厂每年花费蚀造成的经济损失之大。事实上，电厂每年花费的维修经费，的维修经
45、费，50%消耗在腐蚀上。此外，热力设消耗在腐蚀上。此外，热力设备的腐蚀不仅危及设备的安全，还威胁操作人员备的腐蚀不仅危及设备的安全，还威胁操作人员的安全。例如，因碱性脆化锅炉发生爆炸，容器的安全。例如，因碱性脆化锅炉发生爆炸，容器被蚀穿、酸碱外泄等都使周围人员的安全受到直被蚀穿、酸碱外泄等都使周围人员的安全受到直接威胁。接威胁。（3）热力设备腐蚀的发展有一个过程，对于）热力设备腐蚀的发展有一个过程，对于在高温高压运行的、庞大的电厂水汽系统，其腐在高温高压运行的、庞大的电厂水汽系统，其腐蚀的发展不易监测，人们对此往往也不注意，以蚀的发展不易监测，人们对此往往也不注意，以至造成严重后果。至造成严重
46、后果。热力设备体积大，管道长、结构复杂，如一热力设备体积大，管道长、结构复杂，如一台台300MW发电机组的锅炉，需用优质钢材发电机组的锅炉，需用优质钢材4000吨，吨，凝汽器需要黄铜管凝汽器需要黄铜管130吨左右，铜管总长吨左右，铜管总长250公里。公里。由于热力设备在高温、高压、高热负荷、高应由于热力设备在高温、高压、高热负荷、高应力条件下使用，因此一般常温、常压下的防腐蚀力条件下使用，因此一般常温、常压下的防腐蚀方法的使用受到限制，例如不耐高温的油漆、涂方法的使用受到限制，例如不耐高温的油漆、涂料等就不能用于热力设备的高温部位的保护；也料等就不能用于热力设备的高温部位的保护；也不宜都选用高
47、等级的耐蚀材料，因为材料的价格不宜都选用高等级的耐蚀材料，因为材料的价格和产量都是应考虑的因素，如凝汽器用的钛合合和产量都是应考虑的因素，如凝汽器用的钛合合管，其价格为黄铜管的管，其价格为黄铜管的5 6倍。倍。因此，作为电厂化学的运行人员及管理人员，因此，作为电厂化学的运行人员及管理人员，必须了解金属腐蚀的基本原理，高参数、大容量必须了解金属腐蚀的基本原理，高参数、大容量机组出现的各种腐蚀的形态特点、发生条件和有机组出现的各种腐蚀的形态特点、发生条件和有效的防止方法。效的防止方法。为控制热力设备的腐蚀，在金属材料方面尽为控制热力设备的腐蚀，在金属材料方面尽可能选用在使用介质中耐蚀的材料；合理的
48、进行可能选用在使用介质中耐蚀的材料；合理的进行热力设备的制造和安装；保持热力设备良好的运热力设备的制造和安装；保持热力设备良好的运行工况；用添加化学药剂方法调整水、汽的化学行工况；用添加化学药剂方法调整水、汽的化学与电化学特性，降低其腐蚀性等。与电化学特性，降低其腐蚀性等。对已经建成投产的热力设备，使用的材料已对已经建成投产的热力设备，使用的材料已是确定的，设备的结构及运行也是确定的。为了是确定的，设备的结构及运行也是确定的。为了防止设备的腐蚀，应注意设备的运行维护、停用防止设备的腐蚀，应注意设备的运行维护、停用时的保护、适当的定期检修和水汽系统的清洁以时的保护、适当的定期检修和水汽系统的清洁以及合理的水汽及合理的水汽品质调整。品质调整。习习 题题1.超临界机组热力设备水汽系统及介质的特点。超临界机组热力设备水汽系统及介质的特点。
