通过分析热网加热器304不锈钢管腐蚀穿孔原因,针对换热器材质和热网循环水水质,建议进行电化学试验,研究确定点蚀临界氯离子浓度,提供热网水质控制依据,保证加热器安全稳定运行。

火电厂冬季除发电外还肩负着集中供暖的职责,电厂利用汽轮机的抽汽或排汽加热热网管束中的循环水送入用户进行供暖,热量交换后的疏水回收至凝汽器或除氧器。热网加热器通常设计为管式,材质为TP304TP316L等。循环补水标准总硬度小于0.6mmol/L,但实际运行中热网水质通常不达标,轻则出现腐蚀与结垢,影响换热效率,重则发生穿孔,造成供热中断。一旦供热中断不仅造成经济损失,还会带来严重的社会影响。供热管网的安全稳定运行是冬季供暖的重要保障,研究热网管束穿孔产生原因提出应对措施对供热安全稳定运行至关重要。

304不锈钢管具有良好的耐蚀性能而获得了广泛的应用。但在氯离子的作用下,304不锈钢管会发生应力腐蚀破裂。华电红雁池发电有限葡萄浏览器官方下载 - 新萄京娱乐网址9热网1号站#4加热器系青岛青力锅炉辅机有限葡萄浏览器官方下载 - 新萄京娱乐网址9制造的JR-2600-25-00型卧式加热器,201810月正式投入运行。20194月,加热器发生异常水温波动,发现锅炉系统水质硬度严重超标。立即将1号站#4加热器停运,发现管束泄漏608根。为了进一步查明热器管束泄漏的原因,确保加热器后续安全稳定运行,割取泄漏管束进行试验分析。

1实验

1.1割管宏观情况

样管为冷拔无缝不锈钢管,材质06Cr19Ni10S30408),规格:φ19×1mm。外观检查、尺寸测量,304不锈钢管表面未发现宏观可见裂纹,未见明显减薄,只存在大小不均呈线型分布的孔洞。将样管段沿纵向刨开后,可见内壁呈棕红色,有一层沉积物,一侧有大小不均匀、深浅不一的腐蚀坑并伴有腐蚀穿孔,沿管子纵向呈线型分布,与304不锈钢管外部宏观检查结果一致。清洗管段内壁无均匀腐蚀,存在点状腐蚀坑及腐蚀孔,腐蚀点由内向外扩展见图1(清洗前),图2(清洗后)。由图可见此管并非腐蚀积累造成泄漏。

1.2Cl-诱发不锈钢点蚀的机理

1.2.1自催化理论

自催化理论就是在不锈钢表面存在如下过程:Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+,由于酸性阴离子Cl-的存在,促进了304不锈钢在表面活性点处腐蚀:Fe+2H+=Fe2++H2形成的凹坑阻碍了H+的扩散,促进了酸性环境的维持。另一方面新的Fe2+的形成又促进了水解的继续进行。

1.2.2竞争吸附理论

竞争吸附理论就是Cl-对氧的吸附取代导致了材料表面的局部缺氧,阻碍了304不锈钢表面的铬氧化,新的钝化膜难以形成,导致不锈钢钝化膜动态平衡被破坏,同时,Cl-扩散夺取钝化膜内的氧,直接导致不锈钢钝化膜的弱化。总之,Cl-的存在摧毁不锈钢膜保护作用。温度的升高会导致自催化效应加速,Cl-的竞争吸附破坏性增强。温度骤升自催化效应和Cl-的竞争吸附破坏性相互促进,会使得不锈钢管迅速穿孔。

1.3垢样分析

依据DL/T11512012《火力发电厂垢和腐蚀产物分析方法》及DL/T9542005《火力发电厂水汽试验方法痕量氟离子、乙酸根离子、甲酸根离子、氯离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、磷酸根》对送样管内壁垢样进行成分分析,称取垢样0.1g,检测结果如表1。垢样内40.36%Fe2O30.95%Cl-,管内壁存在深浅不一的凹坑及穿孔图3、图4,说明加热管内壁表面存在自催化腐蚀反应;通过观察分析图5、图6内壁沿晶裂纹微观形貌,管段内壁周向均存在晶间裂纹,符合Cl-竞争吸附理论,破坏加热管内壁不锈钢保护膜。由于临界点蚀温度随Cl-浓度的增大显著降低,不论是从自催化理论出发还是从竞争吸附理论出发,环境温度的升高和Cl-浓度的增大都会导致不锈钢点蚀加剧,对不锈钢点蚀的作用方向具有一致性。

由于加热器管内部循环水里存在一定数量的Cl-,如果环境温度不发生突变,管壁腐蚀会按照常规性腐蚀规律进行。本次事故原因是由于汽机值班员错误性操作,给Cl-腐蚀提供了契机,管束内部循环水量减少,造成管壁内表面上Cl-浓度相对增大,管道外壁加热蒸汽流量未变,导致管壁温度骤升,Cl-点蚀速率迅速增大,造成穿孔。

2结论

1)泄漏管段的宏观形貌为大小不均、深浅不一的腐蚀坑,并伴有腐蚀穿孔,腐蚀点内部直径大于外部直径,由内向外扩展,腐蚀点沿管子纵向呈一条线分布,点蚀特征明显。

2304系列不锈钢耐受氯离子的能力与浓度和温度密切相关。

3建议

1)化验室应定期监测热网循环水及补水水质,保证水质符合热网循环水标准,保持换热管内表面清洁无沉积物,防止换热管发生氯离子引起的点蚀。

2)针对换热器材质和热网水质,建议进行电化学试验,研究确定点蚀临界氯离子浓度,提供热网水质控制依据,保证加热器安全运行。

3)热网系统运行期间,建议循环水内加入高温阻垢缓蚀剂,可达到防止换热器结垢和抑制循环水系统腐蚀的目的,保证热网系统的安全运行。

4)热网系统保养办法选择应据实而定,采用干保措施,应将加热器管束内部水彻底放干净后,采用一定压力的除盐水冲洗后,再用压缩空气逐根吹干;采用湿法保养,应定期查看压力表的变化情况,防止空气进入发生氧腐蚀。