汽轮机低压缸叶片腐蚀诊断分析

汽轮机低压缸叶片腐蚀诊断分析
摘要：随着我国电站汽轮机向着大容量、高参数的方向发展，叶片的安全性、
可靠性显得尤为重要。

叶片的腐蚀和水蚀，对汽轮机运行的热经济性和安全可靠
性影响较大。

关键词：汽轮机；低压缸叶片；腐蚀诊断
前言
腐蚀对汽轮机性能的影响主要取决于腐蚀的程度和引起的表面粗糙度的变化，腐蚀还能改变动、静叶的型线、气动性能和轴向推力；末级叶片的水蚀会使动、
静叶栅的气动性能恶化，级效率降低，水蚀形成的锯齿状毛刺造成应力集中和叶
型根部截面积减小，影响叶片的振动特性，削弱叶片的强度，增加末级叶片断裂
的危险性，对汽轮机的安全运行造成威胁。

叶片发生腐蚀和水蚀后，若不及时采
取措施进行处理，长期运行导致损伤扩大、叶片断裂，轻则机组振动加剧，强迫
停机，更换转子叶片或对转子进行返厂处理；重则机组动、静部件摩擦，产生不
平衡振动，导致事故扩大，甚至整台机组损坏，造成重大经济损失。

尤其在电力
供需不平衡时，汽轮机偏离设计工况长期运行，即长期处于低负荷运行状态或反
复启停，由于设计、制造、安装、检修及运行等各种原因引起的叶片损伤故障便
会暴露出来。

因此，有必要对叶片腐蚀及水蚀产生的原因、机理进行分析，并制
定针对性的防范措施，对于指导汽轮发电机组的安全、经济运行，防止运行事故
的发生具有重要意义。

1腐蚀产生的机理
机组在正常运行时，流经高压缸通流部件的介质为过热干蒸汽，在高温条件
下会在缸内各部件金属表面形成一层钝化保护膜，通常不会发生腐蚀现象。

但是
在机组启停过程中和停机期间，热力系统未及时疏水或存在疏水死角，汽缸内各
部件金属表面会形成一层水膜；正常运行过程中积累在动、静叶上的盐类物质，
与残存在缸内的水分本身含有的活性离子和氧以及因汽缸各部件不严密而进入缸
体内部的空气，在处于水环境中的金属表面发生电化学反应：阳极反应：Fe-
2e→Fe2+
阴极反应：2H2O+O2+4e→4OH-
电化学反应的生成物之间也会发生反应：Fe2++OH-+O2→Fe2O3+H2O
上述电化学反应就是腐蚀发生的过程。

另外，机组频繁启停、长期低负荷运行，更易发生腐蚀现象。

在水、汽品质差，即给水溶解氧、过热蒸汽氢电导率长期严重超标的情况下，机组反复启停，
导致上述电化学反应反复进行，当电化学腐蚀进行到一定程度时，动、静叶表面
即使在高温过热蒸汽的作用下也很难形成钝化膜。

失去钝化膜的保护后，动、静
叶在高温高压的条件下，受到含氧量和氢电导率均严重超标的过热蒸汽的作用，
导致动、静叶迅速腐蚀。

2腐蚀原因
2.1酸腐蚀
汽轮机酸腐蚀其实就是结合金属腐蚀的基本机理进行分析后得出的腐蚀结论。

也就是说，汽轮机中的酸性物质聚集到低压区域后，被优先分配到初凝水当中，
此时的水碱化剂主要是氨，在气相当中时，酸性物质会得到浓缩，随后pH值有
所下降，这也是导致酸性物质敏感的主要原因。

从腐蚀形态上来看，其主要表现
为监护保护膜遭受到破坏，随着腐蚀产物而逐渐脱离，随后机体的结晶不断裸露
出来，直到表面的金属没有堆积物后结束。

在主蒸汽经过高压做功后，低压区域
的叶片温度压力、扩容等都会成为一个重要的影响因素。

2.2氧腐蚀
热力设备中经常会出现氧腐蚀的问题，该问题的出现一般都与下面几个方面
的因素具有一定的联系：水温、水压、水质条件以及水流速度等。

其中，溶解氧
以及pH值则是最为关键的因素。

从技术原理上来看，金属氧腐蚀实际上就是电
化学腐蚀，这种腐蚀的原理是金属内部的氧化铁的保护膜在热力的影响下遭受到
破坏而出现了一部分裸露的情况，此时的钢表面水以及保护膜形成了一个电化学
体系，而铁会不断从阳极析出，因而构成了腐蚀。

除此之外，钢的氧腐蚀特征在
被腐蚀的表面会形成大小不一的鼓包，此时颜色也会进行一定的转变，逐渐变成
砖红色，此时表层下的腐蚀产物为黑色的粉末。

在进行这些产物的去除时，可以
根据金属表面的腐蚀坑进行处理。

这是由于腐蚀产物的区域下方形成了阳极区域，而富氧阴极区域，从而形成了独特的电化学腐蚀模式，逐步导致产物聚集形成腐
蚀坑。

从发生原理不难发现，氧腐蚀主要是由于设备在使用过程中没有做好停机
保护导致的结果。

在停机过程中导致一部分空气漏入到气缸当中，再加上其中本
身就具有一定的水分，从而形成了一个电化学电池，形成了电化学氧腐蚀。

除此
之外，机组运行过程中还会有新的空气漏入，这也会进一步加重氧腐蚀问题的产生。

2.3水冲蚀
在低负荷运转过程中，汽轮机的低压部分的末级变化往往也相较于其他部分
更大。

这样一来，随着功率的不断提升，低压部分的扩张角也会不断扩大，随后
设计工况允许的容积流量则会持续减少，随后流场参数就会显著增加。

在这样的
条件下，末级可能会持续处于真空运转、小流量运转的状态，此时叶片的底部会
表现出一定的反动度，对于设计不妥的动叶片下部会形成一个回流压差。

在负荷
较低的时候，回流区域的面积也会相对更大。

在启动的初期，回流的范围也会直
接扩大到整个气缸。

在功率较高的汽轮机当中，末端的湿气比例往往也是最大的，所以末级的叶轮转动时会出现大量的水滴，这些水滴转动过程中必然会产生高速
旋转冲击，给下端的部分带来严重的水冲击。

水冲击虽然不像其他类型的冲击效
果那么显著，但是其同样也会与其他冲击混合作用带来许多新的问题，加重腐蚀
的影响。

3结语
为保证汽轮机安全、经济运行，避免机组运行过程中产生高压通流部件腐蚀，要严格执行《火力发电厂水汽化学监督导则》（DL/T561-2013），确保机组正常
运行后水汽质量符合《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T12145-2016）的各项规定，防止因水汽质量劣化引发设备事故。

停机期间，要检查汽机
本体和与之相连的热力系统的疏水情况，确保疏水及时、彻底，对于通流部件金
属材料Cr含量低于12%的机组，由于其耐腐蚀性差，长期停机时，要研究制定相应的防腐蚀措施，防止发生腐蚀。

为防止低压转子末级叶片发生严重水蚀，除保
证水汽质量符合GB/T12145-2016的要求外，要避免机组频繁启停，同时减少低负荷运行时间，尽可能多地使机组按设计工况运行。

汽轮机叶片腐蚀是汽轮机常见
的故障类型，其主要的诱发因素是氧腐蚀、水冲蚀以及酸腐蚀，结合实际导致腐
蚀的原因进行适当的防护处理，能够有效提升汽轮机的耐腐蚀性能，延长整体使
用寿命。

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