凝汽器铜管的腐蚀与防护

腐蚀与防护ＣＨＥＭＩＣＡＬ　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，常见的凝汽器腐腐蚀与防护ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＡＮＴＩＣＯＲＲＯＳＩＯＮ化工设备与防腐蚀＆蚀和泄漏形态还有因胀接不良而引起管板胀口处腐蚀（微生物腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀），以及因设计不合理和制作不良而导致汽侧冲击及机械损坏形成的泄漏。

针对不同腐蚀形态和腐蚀机理，人们研究了不同的防腐处理方法和工艺，并取得了一定效果。

２．２ 冷却水水质的影响和处理 王卉等研究了冷却水中细菌滋生对凝汽器铜管腐蚀的影响和防护方法，认为冷却水中含有的无机质和有机质在凝汽器铜管内生成的附着物是铜管发生腐蚀的最主要因素。

一些真菌、藻类、产黏泥细菌，尽管本身没有腐蚀性，但由于它们沉积在金属表面，建立起浓差腐蚀电池，使金属发生沉积物下腐蚀；有些微生物直接引起金属腐蚀，如铁沉积菌、产硫化物细菌、产酸细菌等。

同时，由于附着物的传热性很差，它的形成将使凝汽器热交换性能变差，严重影响整个系统的效率和运行的经济性。

而且，铜管的腐蚀减弱了凝汽器的机械强度，严重时甚至危及汽轮机的安全运行，这些附着物的形成和冷却水中微生物的生长有着密切的关系，杀死水中的微生物，可以有效地减缓附着物的形成和铜管的腐蚀。

为此研究采用了多种灭菌方法，如加氯、使用紫外线照射、臭氧处理、防护涂层、阴极保护等。

其中使用较普遍的仍是以氯杀菌的方法，称为氯化处理。

该方法具有价格低，工艺简单，运行可靠，便于管理，并有保护性余氯等优点，是我国目前应用最广泛的方法。

但是，应用表明仅仅对冷却水进行杀菌处理，虽然可以在一定程度上减轻因附着引起的腐蚀，但还不能彻底解决凝汽管铜管的腐蚀。

为此，国内外学者还在不断研制具有针对性的杀生剂以防止微生物的腐蚀。

冷却水的pH 值、阴离子和冷却水流速对凝汽器铜管的腐蚀影响也十分明显。

研究表明，pH 值对于某种金属腐蚀速率的影响往往取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对pH 值的依赖关系。

用氨水或NaOH 适当提高水的pH 值都能促进覆盖在铜表面具有保护性的氧化物生成，使铜腐蚀速率下降。

但pH值过高，生成了铜氨络离子和HCuO -2、CuO 2-2及锌的碱性溶解时又会使铜腐蚀速率急剧上升。

阴离子中HCO 3－有利于铜表面形成稳定保护膜，Cl -和Ｓ２－则引发和促进点蚀，尤以Ｃｌ－较常见，如弱碱性淡水系统中铜管的孔蚀，就是由于Ｃｌ－对铜管表面膜的局部破坏。

这也限制了氯杀菌的效果和应用。

冷却水水流速度是影响凝汽器铜管寿命的另一个重要参数，流速很低甚至为零时，淀渣、泥沙和悬浮颗粒会沉积在管材内壁，被覆盖的表面会产生沉积物下腐蚀，而流速过高，大到能冲走管材表面的腐蚀产物时又不利于形成良好的保护膜。

２．３　凝汽器铜管的结污和清洗除污 研究表明，大多数电厂的凝汽器水室和铜管内有污泥、黏泥、塑料袋、水草、海草、木条、石块，有的还有烂鱼、河蜊、贝壳等异物。

一定条件下，这些污物会污染堵塞铜管并形成硬垢，从而形成局部腐蚀直至泄漏穿孔。

为此，许多电厂均采用了不少有效的清洗除污措施，主要有胶球清洗、机动工具清洗、高压水射流清洗和化学清洗等方法。

胶球清洗的工作原理是借助水流的作用，将大于铜管内径的海绵球挤过凝汽器铜管，对铜管进行擦洗，可在机组不减负荷情况下循环清洗凝汽器铜管，降低凝汽器的端差和汽轮机背压，提高汽轮机组热效率，降低发电煤耗，同时可减缓凝汽器铜管内侧腐蚀，延长铜管使用寿命，是节能和改善劳动条件的理想设备。

日本有许多用海水作为凝汽器冷却介质的电站，冷却管材采用铝黄铜管。

调查表明，异物堵塞而发生局部侵蚀是该类电站凝汽器管材腐蚀的主要原因。

通过采用防污措施，特别是海绵胶球清洗装置、马塞尔过滤器和逆洗装置，在２０年前就已将黄铜管的泄漏率控制在年平均０．５根／万根的水平。

国内部分厂家通过胶球清洗，也大大缓解了铜管的腐蚀，但由于设计上的不完善以及制造工艺不能满足要求，尤其是胶球质量得不到保证，使得大多数电厂的胶球系统使用效果往往不理想。

机动工具清洗和高压水射流清洗基本原理与胶球清洗类似，依赖机械力清除污垢，大多需停机清洗，易损伤设备，清洗控制困难，导致除垢效率较低。

化学清洗技术是借助于清洗剂对结垢及其附着物进行溶解、剥离以达到除垢效果。

化学清洗需根据污垢种类和结垢程度选择不同种类的清洗剂。

研究表明，化学清洗除垢效果好，清洗时间短、工艺简单，可以避免铜管残余垢物的腐蚀，并能有效防止铜管的机械损伤。

过去凝汽器铜管化学清洗常采用盐酸清洗，其溶垢性虽好，但盐酸中氯离子极易使铜管产生脱锌腐蚀及晶间腐蚀，而受到限制。

因此，正确选用清洗剂，控制清洗反应速度，正确选择缓蚀剂，是保证化学清洗质量的前提。

２．４　凝汽器铜管的表面处理 水质控制和清洗除污均不能彻底根除凝汽器铜管的腐蚀，为此国内外开发、研究了不少凝汽器铜管的表面处理技术和工艺以提高铜管的耐腐蚀性能。