某电厂 机组 2号高加泄漏原因分析

陈建东

中国华电集团公司福建分公司，福建福州， 350000

摘要：某电厂机组168小时试运结束。9个月后，机组首次启动过程中，对三台高加水侧注水，2号高加出现泄漏。高加组解列转检修后，内窥镜抽查发现各高加均有异物或杂质、深度不同的腐蚀坑。经研究，除设备具备氧腐蚀条件以外，还有例如：残留的EDTA铵盐溶液也能造成高加换热管的点蚀等其他因素，特总结经验供同行业研究参考。

关键词：EDTA铵盐 高压加热器 泄漏 腐蚀

中国图书分类号：TM621 文献标识码：A

Cause analysis of leakage of no. 2 high additive in a unit of a power generation company

Chen Jiandong

(Fujian Branch of China Huadian Group Corporation, Fuzhou, 350000,China)

Abastract: The 168-hour trial operation of a power plant unit ended. Nine months later, when the unit was started for the first time, water was injected into the water side of the three units, and the No.2 unit leaked. A set of the high pressure heate are turned off from operation interruption and entered maintenance state, endoscope spot check found that there are foreign bodies or impurities, different depth of corrosion pits. Through the study, in addition to the equipment with oxygen corrosion conditions, there are other factors such as: residual EDTA ammonium salt solution can also cause pitting corrosion of the heat exchange tube of the high pressure heater, and the experience is summarized for the reference of the same industry.

Key words: ammonium salt of edta; high pressure heater; leakage; corrosion

0 引言

高压加热器是发电厂的主要辅助设备，利用高加的回热抽气加热给水^[1]，高加在运行过程中常因各种原因发生泄漏。

某电厂机组168小时试运结束。9个月后，机组首次启动过程中，对三台高加水侧注水，2号高加出现泄漏。

1 高加泄漏调查

针对此次高加泄露事件电厂开展了汽机专业、金属专业及化学清洗档案调查等多项现场调查工作，高加加热器如图1所示。调查过程发现不少问题，总结如下：

汽机专业检查：（1）对比168试运期间2号高加的运行与设计参数，在满负荷运行时，没有超压运行、超温运行等异常情况发生；（2）各高加水室和给水母管放水管均不同程度的存在钢管泄露、异物堵塞，积水未放尽等问题；（3）通过2号高加入口与出口流量差值数据分析，2018.10～2019.08，不同负荷条件下，流量偏差随负荷增加而增加；在满负荷660MW下，流量偏差基本在170-210t/h，自2019.08.19起，流量偏差明显增加。

图1 高加加热器

金属专业检查：（1）外置蒸汽冷却器使用内窥镜^[2]检查下部进水管右侧约300根，发现少量管子内壁存在腐蚀坑；（2）随机对2号高加2700多根卧U型换热管束使用内窥镜检查，普遍存在有异物、腐蚀严重以及腐蚀坑较多较深等现象。（3）同时1，3号高加也存在不同程度内壁腐蚀情况；（4）腐蚀坑主要位于在管子的底部，多数的腐蚀坑分布在距离管板1米范围内，个别腐蚀坑分布在距离管板2米至4米处。

化学清洗档案调查：（1）3号机组化学清洗范围：高加水侧、给水管道、省煤器、水冷壁系统以及分离器系统；（2）过热器不参加酸洗，酸洗前充满pH值为10.5的保护液，清洗介质：EDTA；（3）与化学清洗系统连接的所有热工仪表、取样、疏水管道等一次、二次门在化学清洗时关闭；（4）锅炉酸洗后共冲洗3次，高加都是在旁路状态。

2 原因分析

2.1 流量偏差

负荷350MW至满负荷660MW之间，流量差值在106t/h～208t/h，随着负荷增加，流量差值成正向变化^[3]。机组负荷从660MW降到550MW时，2号高加疏水调门开度由62.7%降至60%开度，对比4号机组2号高加在负荷从660MW降到540MW时，2号高加疏水调门开度由63%降至54.5%。说明2号高加入口流量与出口流量存在一定偏差。

2.2 金属腐蚀

2.2.1 电化学腐蚀

金属与环境介质发生电化学作用而引起的破坏称为电化学腐蚀。主要是金属在电解质溶液、天然水、海水、土壤、熔盐及潮湿的大气中引起的腐蚀。

电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）。介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中，获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。

（1）发生电化学腐蚀必备的三个条件：①金属表面上的不同区域或不同金属在腐蚀介质中存在着电极电位差；②具有电极电位差的两电极处于短路状态；③金属两极都处于电解质溶液中。

(2)进行腐蚀反应的三个过程：①阳极过程，即金属溶解：M+n·ne→Mn+ + ne；②电子从阳极区流入阴极区；③阴极过程，从阳极区来的电子被去极化剂（如酸性溶液中的氢离子或中性和碱性溶液中的溶解氧等）所吸收。a、氢去极化腐蚀，其还原反应： H⁺+e→H H+H → H₂；b、氧去极化腐蚀，其还原反应：O²+2H₂O+4e→4OH^-。

(3)影响金属电化学腐蚀的因素：①电解质溶液pH值的影响；②溶液的成分及浓度的影响；③溶液温度的影响；④腐蚀介质流速的影响 ；⑤外力作用对腐蚀过程的影响。

2.2.2 电偶腐蚀

两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀，就是电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。当两种或两种以上不同金属在导电介质中接触后，由于各自电极电位不同而构成腐蚀原电池，电位较正的金属为阴极，发生阴极反应，导致其腐蚀过程受到抑制;而电位较负的金属为阳极，发生阳极反应，导致其腐蚀过程加速。

(1)不同接触金属产生电偶腐蚀必须具备三个条件：①具有不同腐蚀电位的材料（二者的电位差越大则电偶腐蚀倾向愈大）；②存在离子导电支路；③存在电子导电支路。

(2)电偶腐蚀的影响因素：①阴、阳极面积比的影响；②环境因素的影响与电偶极性的逆转；③金属特性影响及其他。

2.2.3 氧腐蚀

2.2.3.1 氧腐蚀原理

铁受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀，铁和氧形成腐蚀电池^[4]。铁的电极电位总是比氧的电极电位低，所以在铁氧腐蚀电池中，铁是阳极，遭到腐蚀，反应式:Fe→Fe²⁺+2e，氧为阴极，进行还原，反应式：O₂+2H₂O+4e→4OH^－。

在这里溶解氧起阴极去极化作用，是引起铁腐蚀的因素，这种腐蚀称为氧腐蚀。

2.2.3.2 氧腐蚀的特征

氧腐蚀的形态一般表现为：溃疡和小孔型的局部腐蚀，其腐蚀的产物表现为黄褐、黑色、砖红色不等。对金属的强度破坏非常严重。铁受到溶解氧腐蚀后产生Fe²⁺，它在水中进行下列反应：

Fe²⁺+2 OH^－→ Fe (OH )₂

Fe (OH ) ₂+2H₂O+O₂ → 4Fe (OH )₃

Fe (OH ) ₂+2Fe (OH)₃ → Fe₃O₄+4H₂O

在上述反应中， Fe (OH ) ₂是不稳定的，使反应继续往下进行，最终产物主要是 Fe (OH ) ₃和Fe₃O₄。

2.3 腐蚀分析

2.3.1 腐蚀试验（定性）

为了进一步弄清3号机组2号高加管道腐蚀问题，从现场取与2号高加同批次换热管1根，加工成6段约5cm长的管样，在试验室进行腐蚀模拟试验，试验方法如下：

把6段管样分成了三组，每组由两个管样组成（一根光管样，一根用金属导线连接一片异种材质的腐蚀试片）。三组管样分别置于不同的腐蚀介质中，①用EDTA铵盐浸泡24小时后，在置于留有少量EDTA铵盐溶液中；②浸泡在除盐水溶液中；③直接暴露在空气中。

从定性试验来看，残留EDTA铵盐溶液的样管底部表面有一长条腐蚀面，同时在底部还有深度不一的腐蚀坑；连接异种材质的样管底部腐蚀面更大，也有不同程度的腐蚀坑存在。

得出试验结论：残留的EDTA铵溶液也能使样管产生点蚀；在盐溶液中，外部条件一样的情况下，连接异种材质的样管会加速样管的腐蚀速率；在水溶液中，样管表面出现大面积的片状氧腐蚀。

2.3.2 现场管道腐蚀分析

2018年7月，3号机组酸洗结束后，关闭高加旁路三通阀，外置蒸汽冷却器出口阀处于开启状态，到2018年8月高加再次开启旁路三通阀为止。这段时间高加系统内充满空气，为氧腐蚀提供了基础。

从腐蚀产物的成分分析结果，主要成分为Fe₂O₃、CaO、MnO₂、SiO₂百分比含量分别为92.9%、1.15%、1.02%、0.92%。主要是金属氧化物和灰尘等杂质。

2.3.3 管道内腐蚀分析

外置蒸汽冷却器、1号高加、2号高加以及3号高加系统的水侧管束均存在腐蚀面大、腐蚀坑较多且普遍存在异物堵塞，如图2所示。腐蚀坑主要位于在管子的底部，多数分布在距离管板1米范围内，个别分布在距离管板2米至4米处。

(a) 管中异物堵塞

(b) 底部沉积物

(c) 管道内腐蚀坑

图2 管道腐蚀示意图

从各专业的情况和现场图片可知，管中存在大量的异物，高加水室和高加紧急排放水管被堵塞^[5]或堵塞一部分，造成高加系统在安装完成后的各阶段均有排水不彻底、管内有积水或积液的现象。异物中可能含有焊条或其他遗留材料或金属与高加管道的材料的组分不一致，或者管道材质也由不同的金属材料组成。不同的金属材料或不同的金属材料组分之间存在的电位差；由于异物或别的原因造成高加系统管道内部排水（排液）不彻底，管道底部留有积水（或积液），积水（或积液）客观上为电化学腐蚀提供了电解质溶液；异物堆积在管内或管道材料的不同成分之间均是相互接触的，满足了具有电极电位差的两电极处于短路状态。电化学腐蚀的三个条件都具备了，管道发生电化学腐蚀的必然的。

电化学腐蚀的腐蚀速度还与电解质溶液中的pH值、盐浓度等因素有关^[6]。不管电解质溶液是酸性、中性还是碱性，均使腐蚀电池的阴极过程更容易进行，引起腐蚀的速度加快；多数金属的腐蚀速度随着盐浓度的增加而加快。这些因素均有可能引起腐蚀速度的加快。由于异物在管道内的分布在不同位置、且数量较多，因此在各局部形成不同的腐蚀电池，造成局部腐蚀（点蚀）数量多，同时杂物中不同是金属材质与管道材质之间的点位差值不一样，形成的腐蚀坑的深度不一样。

2.3.4 管端异种金属腐蚀

某电厂两台机组1-3号高压加热器是东方锅炉制造的，U型管/卧式加热器，换热管材质为SA-556C2；另外给水进口端的换热管装有不锈钢防冲套管，其材质为15NiCuMoNb5-6-4。从电化学腐蚀可知，管端也处于一个电解质溶液中，满足了电偶腐蚀的三个条件，所有在管端不锈钢套管处反生腐蚀的必然的。同时电解质溶液的电阻、溶液的PH值、环境工况等因素均对电偶腐蚀的腐蚀速率有重要的影响。

3 结语

综上所述，造成某电厂机组2号高加系统泄漏主要原因如下：

（1）酸洗结束后，高加系统内充满了空气；机组停备用期间保护不到位，为氧腐蚀提供了条件。

（2）管道内部存在异物、杂质或者残留的积水、积液造成了换热管道内的点蚀。

（3）管道内部杂物中存在不同于管道材质的各种金属材料，或管道材质由不同的金属材料组成，加速了电化学腐蚀速率。

（4）氧腐蚀和电化学腐蚀的共同作用，进一步加速了设备的腐蚀速率。

参考文献：

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[3] 林志勇. 高加泄漏的影响及处理的探讨. 科技风, 2014.

[4] 吕林芝. 火电厂高压加热器泄漏原因分析及对策[J]. 热力发电, 2007, 36(005):46-48.

[5] 曹枝阳. 300MW机组高压加热器泄漏原因分析和对策[J]. 热力发电, 2007(01):54-57.

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