流动加速腐蚀对亚临界机组锅炉减温水管道的危害与防治

发表时间:2019/3/28   来源:《电力设备》2018年第29期   作者:李轩昂 张杰
[导读] 摘要:随着存量亚临界机组运行时间的增加,许多给水氧含量处理很低的电厂减温水管道不断受到流动加速腐蚀(FAC)的危害。
        (安徽淮南平圩发电有限责任公司  232089)
        摘要:随着存量亚临界机组运行时间的增加,许多给水氧含量处理很低的电厂减温水管道不断受到流动加速腐蚀(FAC)的危害。本文结合某电厂减温水管道严重减薄事例,介绍了FAC的原因及防治措施。
        1、流动加速腐蚀(FAC)的原理
        一般认为FAC金属在静水中腐蚀的一种延伸,不同的是FAC的氧化膜表面存在流体流动,这种流动使氧化膜溶解减薄速率大大增加。
        FAC的影响因素较多,主要有以下几点:
        1.1 管道材质。研究表明Cr含量0.2%以上(如15CrMo、12Cr1MoV)可有效降低FAC速率。【1】
        1.2 流体氧含量。碳钢在流体中微量溶解氧的作用下生成疏松的氧化膜(Fe3O4),由于溶液中存在H+,氧化膜与水质溶液接触的部分会发生局部溶解。Fe离子在扩散驱动力下会逐渐扩散到主体溶液当中,并随流体被带走,此过程随着流体的运动不断进行,最终使该处材质不断腐蚀减薄。当流体氧含量增加时,疏松的Fe3O4氧化膜氧化为较为致密的Fe2O3氧化膜,该氧化膜对管材起到一层保护作用,FAC可得到极大遏制。
        1.3 流体流速及流体状态。在弯管、节流孔板、阀门、变径处或上述管件下游不远处,流体流速较大或为紊流,FAC速率加重明显。
        1.4 流体温度。FAC通常在90-230℃才导致破坏,腐蚀最大值出现在150-175℃之间.【2】
        2、火电厂减温水管道FAC的现状
        目前,FAC已经引起核电企业重视,相关研究较多。但在火电行业,针对FAC的研究多数还集中于汽机侧,如给水、凝结水相关管道,给水加热器被当做重点监视对象。大多数电厂对锅炉侧对FAC的认识还不够,甚至有些人对FAC一无所知,只是把它当做平常的流体冲刷对待。根据FAC的产生机理,锅炉减温水管道存在巨大的安全风险。首先,锅炉减温水取自给水系统,多数取自给水泵出口或给水泵抽头,温度恰好处于150-175℃左右,普遍采用碳钢材质。其次,对于亚临界机组,因以往凝汽器多为铜管,常见给水处理方式为AVT方式,氧量难以除尽,管道内表面又不足以形成致密氧化膜,非常有利于FAC现象的形成。最为致命的是,当前亚临界机组运行时间普遍较长,部分机组甚至接近20万小时,即使FAC速率较低,仍有减温水管道减薄爆裂风险。对于减温水用量较大的机组,尤其要关注FAC现象的发展。
        3、火电厂减温水管道FAC的实例
        图一为某亚临界机组过热器减温水母管割管检查图片(减薄位置为弯头焊缝下游)。
        该过热器减温水管道材质为碳钢(20G),规格为Φ168×20mm,该管段累计运行时间约19 万小时。测厚发现最薄处仅有4mm,超过100mm×100mm范围厚度低于7mm,存在非常大的爆裂风险。该管道进行检测,其结果显示的化学成分符合GB5310对相应钢种的要求、平均硬度值均满足DL/T438标准对该钢种的要求、室温拉伸性能满足GB5310-2008标准对相应钢种的要求、在金相显微镜蔡司“Axiover”200MAT下观察基体组织为珠光体+铁素体,晶粒度为6-7 级,组织未见明显的老化特征、断口附近内表面凹坑电镜微观观察及能谱分析表明,减薄区主要为Fe和O的氧化膜,氧含量很低。综上检验结果分析,送检减温水母管的金相组织正常,化学成分和硬度值满足相关标准对20G 钢的要求。宏观检查及微观检查发现,减温水母管内表面呈现为密密麻麻的蹄形凹坑(或鱼鳞坑状)形貌,此形状为典型的FAC形貌。减薄处放大形貌如图二。
 
        4、火电厂减温水管道FAC的应对措施
        目前,针对FAC问题及产生机理,应对方法有以下几种思路:
        1、改变给水处理方式。传统的AVT方式为FAC提供了有利的氧环境。部分电厂将AVT(R)改为AVT(O)或将AVT(O)改为AVT(R)方式,但终归不能将氧除尽且无法形成致密氧化膜。部分电厂将AVT改为加氧处理,目的是提高氧含量,形成致密的Fe2O3氧化膜涉及到的改造较大,成本较高,且这种改造的前提是凝汽器为非铜管,因为给水中的氧会严重腐蚀铜合金管。
        2、将减温水管道由碳钢改为铬钼系低合金钢。一般的300MW以上亚临界机组减温水管道要100米以上,且更换施工工作量很大,成本较高。
        3、加强检查。不同于锅炉四大管道,炉外高压小管道由于数量多、无施工图纸等原因,是大多数电厂检查的薄弱点甚至盲点。减温水管道距离长,弯头、焊缝多,检查需要大量的打磨、测厚、保温、脚手架等工作量。
        对比以上几种方法,加强检查是最经济的方法。为防止检查出现遗漏,可根据机组大小修甚至临检安排检查计划。对于减温水管件如弯头、流量孔板、阀门以及焊缝后方区域,在机组A级或B级检修时,对弯头、弯管背弧和其两侧直管段以及焊缝两侧直管段按不低于数量的20%进行测厚检查。后次A级或B级检修的抽查为前次未检区域,并重点检查质量较差、返修、壁厚减薄的部位循环检查。每次检查后做好材料归档,防止漏查、查重。
        参考文献
        【1】于涛 流动加速腐蚀对碳钢管道的影响,电力与能源 2095一1256(2016)03一0357一02
        【2】张 贤  邵 杰,低温环境下的流动加速腐蚀,能源研究与管理 2015(2),1005-7676(2015)02-0025-04
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