4金属腐蚀及给水处理

培训内容脱硝处理（重点氨系统）净水处理（沉淀池、滤池）热力系统水汽流程、凝结水精处理热力系统腐蚀、给水处理（AVT、OT）结垢、积盐及化学清洗取样、水汽质量标准超临界和超超临界的定义超临界发电机组（SC）的压力一般在24Mpa，过热蒸汽温度一般在530~570℃。超超临界发电机组（USC）的压力达到30~35MPa，蒸汽温度达到593~650℃或者更高参数保证超（超）临界机组设计和运行成功的关键解决好材料和化学两个专业方面的问题金属材料锅炉钢管在高温、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。省煤器。省煤器一般水的温度只有300℃左右。常用优质碳钢。水冷壁。选用低合金耐热钢过热器和再热器。过热器与再热器的工作环境最为恶劣。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。凝汽器。可选用TP304、TP316等不锈钢，钛或B30加热器。低压加热器和轴封加热器管材常采用TP304不锈钢，高压加热器材管材一般采用低合金耐热钢，成为无铜系统。第一节概述电极电位由于金属表面和溶液间存在着双电层，所以有电位差，这种电位差称为该金属在此溶液中的电极电位双电层的示意腐蚀电池由于金属组织和金属表面相接触的介质不可能完全均匀，因此在金属的某两个部分会形成不同的电极电位，所以也会组成原电池。这种原电池是使金属发生电化学腐蚀的根源，称为腐蚀电池。腐蚀电池的组成和工作历程热力设备腐蚀发生的主要原因？由于金属组织和金属表面相接触的介质不可能完全均匀，因此在金属的某两个部分会形成不同的电极电位，所以也会组成原电池。这种原电池是使金属发生电化学腐蚀的根源；其次、、温度、水中含盐量及成分、水的流速及热负荷等外在因素影响了热力系统金属腐蚀。第一节概述一、腐蚀的定义腐蚀是金属受环境介质的化学或电化学作用而引起的破坏或变质。三、热力设备腐蚀的类型氧腐蚀、酸性腐蚀、锅炉炉水浓缩腐蚀、汽水腐蚀、应力腐蚀、氢脆、电偶腐蚀、磨耗腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、锅炉烟侧的高温腐蚀、锅炉尾部受热面的低温腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀是在腐蚀性介质与金属表面间发生相对运动时，由介质的电化学作用和机械磨损作用共同引起的一种局部腐蚀例如，凝汽器管水侧发生的冲刷腐蚀就是一种典型的磨损腐蚀；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金属表面的保护膜，而发生的空泡腐蚀(空蚀)；流动加速腐蚀(FAC)流动加速腐蚀指由于水的流速对碳钢和低合金钢材料表面的冲击造成的腐蚀，也就是在钢铁表面水的流速过高或处于紊流状态时，对钢铁表面的氧化膜造成冲蚀，冲蚀后的表面在当时的水环境下继续形成氧化膜，之后又被高流速水冲蚀，如此恶性循环造成了钢铁的快速腐蚀减薄状态，直到管道腐蚀泄漏。采用AVT(R)的氧化膜结构示意图流动加速腐蚀发生机理在给水系统中，金属铁离子在低含氧的金属表面会形成双层Fe3O4氧化膜－致密的内伸Fe3O4层和多孔疏松的Fe3O4外延层，四氧化三铁膜不太致密，附着力差，在水流的冲击下撕裂、溶解。流动加速腐蚀发生部位在水流突然改变方向，突然缩径的部位最容易发生流动加速腐蚀。AVT工况下给水系统特别是省煤器管道中的紊流区（弯头、三通、变径处。）可用下列方法之一解决流动加速腐蚀问题：1)更换材料。使用含铬的材料使金属表面的氧化膜附着力增强，一般不会发生流动加速腐蚀。2)改变介质的性质。将还原性水处理方式该为氧化性处理方式。3)改进设计，避免产生水流急变的部位。例如，尽量不使用缩径的管系，尽量避免使用90°的弯头。当不可避免时，应增加弯头的曲率半径。点蚀（孔蚀，金属表面产生小孔）。危害性大，与下列因素有关：溶液成分Cl-、O2、H+、SO42-、Fe3+、Cu2+流速；金属材料。热力设备中的点蚀主要发生在不锈钢部件上，铜和铜合金部件也可能发生点蚀。例如，凝汽器不锈钢管水侧、汽轮机初凝区热处理、表面光洁度等晶间腐蚀。这种腐蚀首先在晶粒边界上发生，并沿着晶界向纵深处发展。这时，虽然从金属外观看不出有明显的变化，但其机械性能确已大为降低了。通常，晶间腐蚀主要可能发生在304系列等奥氏体不锈钢部件上。热处理（回火在某一时间范围内）、元素成分C↑、Cr↓、Ni↑等电偶腐蚀。由于两种不同金属在腐蚀介质中互相接触，导致电极电位较负的金属在接触部位附近发生局部加速腐蚀称为电偶腐蚀。三、热力设备腐蚀的特点首先，热负荷在热力设备的腐蚀过程中起很重要的作用。其次，机组的运行工况对热力设备腐蚀的影响较大。再次，随着机组参数的提高，腐蚀速度增加。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。第二节超超临界机组汽水腐蚀一、腐蚀机理是化学反应而不是电化学反应，其反应如下：Fe+H2O＝FeO+H2↑3FeO+H2O＝Fe3O4+H2↑4Fe3O4+O2＝6Fe2O3蒸汽系统的腐蚀过程主要是氧化皮的生成、剥离、堵塞和爆管过程，且管壁减薄二、氧化皮的生成制造过程形成的氧化皮。分三层，由钢表面起向外依次为FeO、Fe3O4、Fe2O3。试验表明，与金属基体相连的FeO层，其结构疏松，晶格缺陷多，并且有很多空洞，很易造成氧化皮的脱落。因此，在新炉投产前，一定要用蒸汽对过热器进行吹洗，将易脱落的氧化铁皮吹掉，否则，在投运后汽轮机会产生大量冲蚀坑。二、氧化皮的生成运行中形成的氧化膜分两层，内层的原生膜是水蒸气对铁直接氧化的结果，生成的是FeO，颜色为黑色；外层的延伸膜的增厚过程是水蒸气对FeO进一步氧化使之形成Fe3O4，颜色为黑灰色。蒸汽中O2首先与管壁上的Fe3O4反应，生成的Fe2O3保护膜阻止了O2与铁基体接触，没有增加氧化膜的厚度。三、氧化皮的剥离氧化皮剥离有两个主要条件：一是垢层达到一定厚度，不锈钢0.10mm，铬钼钢0.2～0.5mm(运行5万h可以达到)；二是超温或温度变化幅度大、速度快、频率高。试验表明，在温度超过570℃的条件下，不锈钢氧化的速度逐渐加快，不锈钢在氧化过程中随着温度的增加很可能产生新相。此时不锈钢的氧化层会迅速增厚，达到一定厚度时就会在运行条件变化(如温度)时剥落，成为氧化皮。根据国内外机组运行的经验，奥氏体不锈钢材料虽然有良好的抗氧化能力，但粗晶粒钢在一定的运行条件下，会发生氧化层很薄时就剥落的情况，造成堵塞管短期过热甚至爆管事故。四、腐蚀部位氧化皮最容易剥离的位置是在U形立式管的上端，尤其是出口端。原因出口端蒸汽温度最高，氧化皮最厚；上端承受着很大的拉力，当温度变化大时，在这个部位受到的拉伸力最大。五、防止过热器和再热器管氧化皮剥离方法采用沉积稀土氧化膜、铬酸盐处理、铬化处理等技术，改善氧化膜的质量，提高金属的抗高温氧化性能和氧化膜的附着力。改善锅炉燃烧和调整运行控制技术，防止过热器超温（对于奥氏体合金钢来说，超过设计温度10℃以上就可能使内表面氧化皮迅速增厚，当达到一定厚度时就容易脱落）。机组启动时建议采用启动旁路系统。机组运行时做好氧化皮监测工作，可通过监测蒸汽中的氢质量分数来了解高温氧化的变化和发展。锅炉检修时测量过热器和再热器管氧化皮的厚度。第三节热力设备氧腐蚀一、热力设备运行氧腐蚀的特征和机理1.氧腐蚀过程阴极还原反应：O2+2H2O+4e→4OH-阳极氧化反应：Fe→Fe2++2e2.钢铁氧腐蚀的一般特征“溃疡”3.运行氧腐蚀的部位运行时的氧腐蚀主要发生在水温较高的给水系统，疏水系统和发电机的内冷水系统二、热力设备运行氧腐蚀的影响因素1.水中溶解氧浓度的影响2.水的pH值的影响无论溶解氧浓度高低，铜合金最佳防腐蚀的pH值均为8.8～9.1，而碳钢为9.6以上。3.温度的影响4.水中离子成分的影响5.水的流速的影响三、热力设备运行氧腐蚀的防止方法(1)严格控制凝结水和给水的纯度，这是应用各种水化学工况的前提条件。(2)依照不同水化学工况的要求，加氨适当提高凝结水和给水的pH值，并通过除氧（包括热力除氧和联氨处理）或加氧控制水中溶解氧的浓度，促使钢表面形成良好的钝化膜。第七章热力设备金属腐蚀第四节热力设备的酸性腐蚀与防止一、水汽系统中酸性物质的来源1．二氧化碳补给水中所含的碳酸化合物；凝汽器泄漏时冷却水带入的碳酸化合物；当这些设备的结构不严密时，外界空气会漏入。2．低分子有机酸和无机强酸离子交换树脂漏入；给水中残余的有机物在炉内分解浓缩二、水汽系统中的二氧化碳腐蚀1.二氧化碳腐蚀的部位、特征、影响因素凝结水系统；均匀减薄２.防止二氧化碳腐蚀的方法减少补给水带入的碳酸化合物；防止凝汽器泄漏，提高凝结水质量；注意防止空气漏入水汽系统，在进行AVT水工况时应提高除氧器的效率，以提高排除水中游离二氧化碳的效率；加入氨等碱化剂来中和游离CO2，提高水的pH值三、锅炉的酸性腐蚀产生锅炉酸性腐蚀的原因：给水和锅炉水的pH值过低，酚酞碱度降低或甚至完全消失。常引起氢脆防止方法：提高补给水质量；防止凝汽器泄漏；汽包炉炉水水质调节氢脆(氢损伤)氢腐蚀是一种不可逆的脆性，当氢进入钢，在温度的作用下组织内部成分发生变化，致使钢内部脱碳并造成裂纹，此时使钢脱氢，也不能使钢的性能恢复。水垢下面生成的原子H受到沉积物的阻碍，无法扩散到汽水混合物区，使金属管壁与水垢之间积聚了大量的氢，此时产生的氢不能立刻被汽水带走，于是溶于钢中，氢分子和钢中的渗碳体发生反应：Fe3C+4H→3Fe+CH4↑。甲烷在钢中的扩散能力很低，极易聚集在晶界原有的微观空隙内，随着反应不断进行，晶间上的甲烷量不断积聚增多。与原先氢原子所占的容积相比，甲烷的分子很大，无法在钢中扩散，于是在晶粒间产生巨大的局部内压力，其数值可达1.8×104MPa，于是沿晶界生成晶间裂纹，进而产生微裂纹，使钢的性能急剧降低。易发生在比较致密的沉积物下四、汽轮机的酸性腐蚀腐蚀部位：主要发生在低压缸的入口分流装置、隔板、隔板套、叶轮，以及排汽室缸壁等腐蚀原因：(1)氨和酸的分配系数不同，造成初凝水pH值低；过热蒸汽中携带的酸性物质（盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、丙酸）的分配系数值通常都小于1，因此，当蒸汽中形成初凝水时，它们将被初凝水“洗出”，造成酸性物质在初凝水中富集和浓缩。(2)氨是弱碱，它只能部分地中和初凝水中的酸性物质；防止汽轮机酸性腐蚀的方法：(1)最根本的措施是合理地改进补给水处理系统，提高除盐设备的运行水平，提供合格的补给水；(2)在热力设备的水汽系统中加入分配系数较小的挥发性碱性药剂，也是防止汽轮机酸性腐蚀的一项措施。(可以考虑采用将联氨或催化联氨喷入汽轮机低压缸的导气管)(3)也可从改变受酸性腐蚀区域汽轮机部件的材质和材料性能方面考虑，如采用等离子喷镀或电涂镀措施，在金属材料表面镀覆一层耐蚀材料层第五节热力设备的应力腐蚀与防止热力设备发生的应力腐蚀，主要有过热器、再热器、汽轮机叶片等不锈钢部件的应力腐蚀破裂，以及水冷壁炉管等低合金钢部件的腐蚀疲劳。一、应力腐蚀破裂1.应力腐蚀破裂的必备条件特定的腐蚀介质中才可能发生应力腐蚀破裂。例如，锅炉钢在碱溶液中的“碱脆”，奥氏体不锈钢在含氯离子的溶液中的“氯脆”，黄铜在含氨介质中的“氨脆”。2.部位：碱脆易发生在水冷壁炉管沉积物下；过热器、再热器、汽轮机叶片等不锈钢部件“氯脆”，凝汽器铜管在含氨介质中的“氨脆”。3.防止方法：（1）合理选材（2）改变介质环境二、热力设备的腐蚀疲劳腐蚀疲劳是金属材料受交变应力和腐蚀介质共同作用引起的一种破坏形式发生部位主要是水冷壁炉管等低合金钢部件。即联箱的排水孔处；汽包和管道结合处；汽、水混合物时快、时慢的流过的管道；频繁启、停的锅炉防止热力设备腐蚀疲劳可采取下列措施：(1)降低设备在运行中承受的交变应力。为此，机炉启停不应过于频繁，运行中锅炉负荷也不应波动太大，以免产生交变应力；(2)尽量降低介质的腐蚀性，减少给水和蒸汽中Cl-等腐蚀性阴离子