凝汽器铜管的腐蚀与防护

腐蚀与防护

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ＨＥＭＩＣＡＬ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＡＮＴＩＣＯＲＲＯＳＩＯＮ

化工设备与防腐蚀

＆１　前　言

凝汽器也称冷凝器，是汽轮发电机组最重要的辅助设备。其主要任务是将凝汽式汽轮机的排汽凝结成水，并在汽轮机排汽口建立并保持一定的真空度。

常规凝汽器是以水作为冷却介质经过凝汽器冷却管作表面式冷却，在极端缺水的地区使用空气作冷却介质时，也是通过水作间接换热的。凝汽器及其附件设备可靠性的好坏，一般认为会影响发电机组可用率的３．８％。一旦凝汽器冷却管发生结垢，将造成冷却管导热系数下降，使凝汽系统的换热效率乃至整个汽轮机组的效率下降，特别是冷却管腐蚀乃至泄漏造成冷却水漏入凝结水中，将恶化凝结水水质，造成炉前系统、锅炉、汽轮机等腐蚀与结垢，严重影响整个电厂的安全、经济运行。凝汽器冷却

管的质量，特别是它的耐腐蚀、耐结垢性能，对于确保电厂的安全、经济运行，乃至整个发电厂的热经济性和运行可靠性，具有十分重要的意义。 我国绝大多数凝汽器冷却管材料为铜合金，部分机组使用钛管。国外除使用上述管材外，还使用不锈钢和青铜，但仍以黄铜用量最大。对于广为应用的凝汽器铜管，目前最主要问题就是泄漏和使用寿命短。为了有效解决凝汽器铜管的泄漏问题，极有必要对凝汽器铜管泄漏的机理进行系统研究，并研究出切实可行的防护办法。

２　凝汽器铜管的腐蚀和防腐研究

凝汽器冷却管内侧受冷却水中杂质的腐蚀，也受水流中携带的漂砂、气泡及水流本身的侵蚀；其外侧受蒸汽携带水滴的侵蚀，也受蒸汽中所含的氨、二氧化碳等杂质的腐蚀。因此，对于凝汽器冷却管的要求是应有足够的耐蚀性，此外作为热交换管，它必须有良好的导热性能，足够的强度和较薄的壁厚

腐蚀和防护研究凝汽器铜管的

凝汽器是汽轮发电机组最重要的辅助设备，其冷却管的耐腐蚀、耐结垢性能，对于

确保电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。本文综述了凝汽器铜管的腐蚀和防

护情况，介绍了国内外凝汽器铜管的研究和发展方向。

谢苏江　马玉录 张文武 翟志柏

（华东理工大学化工机械研究所，上海 ２００２３７） （扬子石化热电厂，江苏 南京 ２１００４８）

以承受压力，降低投资和热阻。其中又以耐腐蚀性最为关键。

铜管作为凝汽器冷却管应用最为广泛，因此对于凝汽器铜管的腐蚀和防腐研究也较为透彻。

２．１ 凝汽器铜管的腐蚀形态和腐蚀机理

各电厂凝汽器铜管尽管采取了一系列防腐措施，但腐蚀现象仍不同程度存在。研究表明，这些凝汽器铜管的腐蚀主要表现为：脱锌腐蚀、冲刷腐蚀、应力腐蚀、沉积物下腐蚀等。不同的腐蚀形式，其腐蚀机理不相同，防腐措施也不相同。而不同工况，特别是不同冷却水水质，凝汽器铜管的腐蚀形式不尽相同，因此，只有对凝汽器的腐蚀形式和腐蚀机理进行较为细致而深入的研究，才能从根本上达到彻底根除或防止腐蚀的目的。

２．１．１　脱锌腐蚀

脱锌腐蚀是凝汽器铜管普遍存在的一种腐蚀形式，也是选择性腐蚀的典型例证，表现为合金中锌的选择性溶解。对泄漏铜管的化学分析和剖管检查发现，加砷铜管泄漏均为斑状点穿孔所致，通过对腐蚀铜管和新铜管的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和能量散射Ｘ光谱（ＥＤＳ）分析表明腐蚀铜管和新铜管的最根本区别是腐蚀铜管均不含锌，即合金中的锌被溶解，说明铜管发生的腐蚀为典型脱锌腐蚀，即脱锌腐蚀是造成绝大多数凝汽器铜管泄漏的一个根本原因。但是对于铜管脱锌腐蚀机理的解释目前尚无定论，一种认为脱锌是合金中的锌发生选择性优先溶解，即锌优先溶解历程；另一种认为合金中的铜和锌同时发生氧化溶解，而铜又可以从水中析出沉积在腐蚀部位，形成一层紫铜层，即所谓溶解-再沉积历程。促进脱锌的因素除与水的pH值和含盐量有关外（一般在低硬度、pH值较低、含盐量较大的水中，铜管易发生层状脱锌腐蚀），管内工质运行工况亦有较大影响，当冷却水流速缓慢、管内表面有疏松附着物时也会加剧脱锌腐蚀。

研究表明根据冷却水水质，合理选用铜管是防止凝汽器铜管脱锌腐蚀的关键措施。采用含硼管材，利用硼在管材表面的富集，填补脱锌后的空穴，堵塞锌原子透过膜的通道，使铜管加硼后表面具有较大的阻力，可以抑制脱锌腐蚀；向铜管中添加1%～2%的锡，或是添加2%的铝可以提高其耐蚀性，抑制脱锌倾向；在铜管内添加微量的砷亦能有效地抑制脱锌。同时，研究表明，铜管在长期使用过程中，介质中的Fe2+等形成的氢氧化物沉积在管壁上，在脱锌速度小的情况下，沉积物能形成牢固、致密而较薄的表面层；反之，脱锌速度较大时，铜管表面不断有沉积产物产生，使水中沉积物附着不牢，因此表面粗糙，覆盖也较厚。

对铜管进行硫酸亚铁处理及定期进行胶球清洗均可起到一定的防蚀效果，而采用钛管则基本上可以解决脱锌腐蚀问题，但并不能从根本上解决因管壁沉积而导致热交换性能变差的问题，而且使用成本将大大提高，从而使该方法的推广应用受到一定限制。

２．１．２　冲刷腐蚀

冲刷腐蚀主要发生在管端，管端冲刷腐蚀也是铜管的重要腐蚀形态。管端冲蚀不仅与材质有关，还与管端流速、流态、水中固体颗粒性质密切相关。水室设计不当，管口被异物局部堵塞都会引起部分管端流速和湍流程度加大。一切改善管端流速、流态，减少水中固体颗粒的措施，改善管端表面耐冲蚀性能的措施都能防止或减缓铜管管端的冲刷腐蚀。２．１．３　应力腐蚀

应力腐蚀必须有一定的腐蚀介质环境和足够的拉应力。凝汽器铜管的应力腐蚀介质环境主要是氨。应力来源有两个方面：一是生产运输过程中产生的应力，二是安装运行中产生的应力。

防止应力腐蚀的措施有：减小氨浓度，如改进空抽区结构、喷水等；减小应力，如减少水锤现象和空抽区振动；安装铜管时轻拿轻放，禁止敲击，铜管安装前做氨熏试验；选用凝汽器工况下无氨蚀、无应力腐蚀的管材等。

２．１．４　沉积物下腐蚀

主要是由于微生物、污泥等在凝汽器铜管表面形成水垢而发生垢下腐蚀。这些污垢会造成凝汽器管壁局部区域的介质环境（pH值、侵蚀性离子浓度等）发生改变，从而造成局部腐蚀。铜管的清洗保洁，消除冷却水滞流不动的死区，加杀生剂等对防止沉积物下腐蚀都是有效的方法。

除了上述4种主要腐蚀形式，常见的凝汽器腐