近年來(lái)我國(guó)北方干旱地區(qū)興建的機(jī)組主要是直接空冷機(jī)組。用于建造直接空冷凝汽器的材料通常為碳鋼，耐蝕性較差，且進(jìn)入空冷凝汽器的乏汽流速較快，高速流動(dòng)的蒸汽夾雜著水滴沖刷管道表面，導(dǎo)致管道發(fā)生單相和汽液兩相流的流動(dòng)加速腐蝕（FAC）。

    本文對(duì)影響流動(dòng)加速腐蝕的幾個(gè)重要因素，初凝水的pH值、溶解氧、溫度、流速進(jìn)行研究，提出抑制流動(dòng)加速腐蝕的方法。

    1.試驗(yàn)

    空冷系統(tǒng)FAC的模擬試驗(yàn)在自制的流動(dòng)加速腐蝕試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。試驗(yàn)臺(tái)由試驗(yàn)主回路、水質(zhì)監(jiān)控回路以及CP6電化學(xué)測(cè)量裝置組成。試驗(yàn)中的運(yùn)行流程如圖1所示。

    圖1 流動(dòng)加速腐蝕試驗(yàn)臺(tái)流程圖

    由于二電極系統(tǒng)可以減小因測(cè)量過(guò)程中腐蝕電位漂移引起的測(cè)量誤差，比單方向線性極化電阻測(cè)量準(zhǔn)確，故試驗(yàn)采用二電極系統(tǒng)進(jìn)行線性極化。試驗(yàn)中兩個(gè)電極相對(duì)布置，旋緊、固定在電極安裝槽內(nèi)，見圖2。

    圖2 試驗(yàn)電極及其安裝槽

    2.結(jié)果與討論

    1.pH值影響的試驗(yàn)結(jié)果及分析

    控制溫度為50℃，溶液中溶解氧質(zhì)量濃度為100μg/L，通過(guò)電極的流速為6.2m/s，加氨調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)誰(shuí)的pH為8.80，9.25，9.40，9.50，9.55，9.65，9.75，9.80，9.90，10.00，測(cè)量Q235鋼電極在不同pH溶液中的表面極化電阻，結(jié)果見圖3。

    圖3 不同pH值下的電極表面極化電阻趨勢(shì)線

    從圖3可見，隨著溶液pH值的升高，Q235鋼電極表面極化電阻增大，即溶液pH值越高，電極的腐蝕速率越小，這表明提高溶液pH可以抑制FAC。

    2.溶解氧含量影響的試驗(yàn)結(jié)果及分析

    按照GB/T 12145-2008的規(guī)定，直接空冷機(jī)組凝結(jié)水溶解氧濃度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)小于100μg/L，期望小于30μg/L。空冷機(jī)組的溶解氧相對(duì)較高，試驗(yàn)控制氧含量分別為<10μg/L，45～55μg/L，150～200μg/L以及200～500μg/L，加氨控制溶液pH為9.4，溫度50℃，流速6m/s。測(cè)量Q235鋼電極在不同溶解氧條件下的表面極化電阻，結(jié)果見圖4。

    圖4 溶解氧含量對(duì)電極表面極化電阻的影響

    如圖4所示，氧含量在0μg/L～100μg/L左右時(shí)，極化電阻隨著氧含量的上升而上升的速度較快；在氧含量超過(guò)100μg/L后，極化電阻隨著氧含量上升而上升的速度逐漸減慢。

    3.溫度影響的試驗(yàn)結(jié)果及分析

    空冷機(jī)組在夏季凝結(jié)水溫最高可達(dá)到70℃（343K），在冬季最低可達(dá)到40℃（313K）。試驗(yàn)控制試驗(yàn)溫度分別為313，323，328，333，343K， pH約為9.4，溶解氧量為150μg/L，流速8.5m/s，測(cè)量Q235鋼電極在不同溫度試驗(yàn)溶液中的表面極化電阻，結(jié)果見圖5。

    圖5不同溫度下的電極表面極化電阻趨勢(shì)線

    由圖5可見，Q235鋼電極表面極化電阻與1/T幾乎呈線性關(guān)系（y=75411.4x-196.7，線性相關(guān)系數(shù)R=0.989），即溫度越高，F(xiàn)AC速率越大。在低溫（t<150℃）條件下腐蝕反應(yīng)速度為限制因素，因此溫度越高腐蝕越快，溫度繼續(xù)升高反應(yīng)速率受腐蝕產(chǎn)物擴(kuò)散速率控制會(huì)逐漸降低。因此空冷機(jī)組在夏季的腐蝕速率應(yīng)高于在冬季的，機(jī)組負(fù)荷高時(shí)的腐蝕速率應(yīng)大于負(fù)荷低時(shí)的。

    溫度是影響碳鋼以及低合金鋼FAC的重要因素。溫度越高碳鋼腐蝕反應(yīng)的速率越快，水相以及蒸汽相的pH越低，腐蝕產(chǎn)物離開基體金屬的速率越快。空冷凝汽器運(yùn)行溫度條件下，溫度較低，水的氧化能力弱，不能使Fe2+氧化為Fe3+，F(xiàn)e3O4氧化膜活性高且多孔、疏松，腐蝕產(chǎn)物很容易通過(guò)孔隙傳輸，隨著溫度的升高傳質(zhì)速率加快。在夏季清洗空冷機(jī)組以及噴水減溫時(shí)，可以將時(shí)間盡量選擇在溫度較高的下午。

    4.流速影響的試驗(yàn)結(jié)果及分析

    試驗(yàn)控制溫度為50℃，pH為9.5，溶解氧質(zhì)量濃度為20μg/L，調(diào)節(jié)溶液流線速為1.9，3.5，4.9，7.1，8.5m/s，測(cè)量Q235鋼電極在溶液中的表面極化電阻，結(jié)果見圖6。

    圖6 不同水流線速度下的電極表面極化電阻趨勢(shì)線

    由圖6可見，在試驗(yàn)條件下FAC速率隨著流速的增加而升高，流速增加一方面加速了腐蝕產(chǎn)物（Fe2+）向主體溶液中的傳質(zhì)速率，另一方面流體流動(dòng)時(shí)對(duì)管道產(chǎn)生了剪切力，剪切力越大，管壁氧化層越薄，傳質(zhì)阻力越小，F(xiàn)AC速率越快。研究表明，F(xiàn)AC主要發(fā)生在局部流速較高以及發(fā)生湍流的位置；在碳鋼中增加鉻含量可以明顯降低FAC速率。低合金鋼抵抗FAC的能力遠(yuǎn)高于普通碳的鋼。通常合金中添加1％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）鉻就能使FAC速率降到很低，甚至忽略不計(jì)，因此在今后的設(shè)計(jì)選擇時(shí)，建議在易發(fā)生FAC的部位選擇低合金材料。

    試樣在不同流速下試驗(yàn)后的表面形貌見圖7。由圖7可見，腐蝕坑點(diǎn)零散地分布在電極表面，腐蝕很輕微，隨著流速的增加，極化電阻的減少，電極表面布滿均勻分布著密集的腐蝕坑點(diǎn)，腐蝕逐漸嚴(yán)重。

    圖7 放大50倍的電極表面照片

    3.結(jié)論

    1） 提高空冷凝汽器初凝水的pH能有效抑制其FAC速率，在不影響凝結(jié)水精處理負(fù)擔(dān)的情況下可以考慮在低壓缸排氣管加入適量霧化的汽液分配比較低的有機(jī)胺來(lái)提高初凝水的pH。

    2） 提高溶解氧含量至100μg/L以上能有效抑制FAC，但實(shí)際運(yùn)行中加氧會(huì)影響凝汽器的真空，能否通過(guò)加入適量過(guò)氧化氫等方式來(lái)提高初凝水的溶解氧含量還有待進(jìn)一步研究。

    3） 溫度升高將提高空冷凝汽器FAC速率，因此夏季運(yùn)行時(shí)要密切監(jiān)測(cè)空冷凝汽器的背壓及凝結(jié)水的溫度等參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行噴水減溫或調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等操作。

    4） 流速高對(duì)應(yīng)的FAC速度也高，F(xiàn)AC通常發(fā)生在流體擾動(dòng)較大的湍流區(qū)域，在變彎或者拐彎處等流體擾動(dòng)較大的部位可使用低合金鋼來(lái)抑制FAC。

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責(zé)任編輯：王元

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