電力工業是能源工業的重要組成部分,確保發電設備的安全生產是非常重要的。在我國的發電設備中,火力發電設備占 71.8%,是主要的電能生產方式,除此之外,還有水電設備、核電設備及地熱與風力發電設備等。經調查,不同電力設備均存在腐蝕問題。腐蝕故障輕者使發電設備運行不正常,影響電能質量,重者引起意外停機而中斷電力供應,因此世界各國對電力設備的防腐工作都給予足夠的重視。
一、腐蝕形式
火力發電廠水系統設備的腐蝕火力發電是靠燃煤或燃油 / 氣釋放的熱能將水加熱成蒸汽,來推動汽輪機作功,轉化為電能。蒸汽的冷卻是由冷卻水系統通過凝汽器完成的。為了節約用水,濱海電廠的冷卻水通常采用敞開式海水冷卻。但因海水是較強的腐蝕介質,必然會對設備產生不同程度的腐蝕。在火力發電廠中,容易產生腐蝕的設備通常是與海水接觸的輸水管、凝汽器、泵、軸、葉輪、旋轉濾網、攔污柵等。腐蝕形式有以下幾種:
電化學腐蝕
鋼鐵在海水中主要發生氧腐蝕,碳鋼是電廠循環水設備主要用材,如輸水管道、水室等。由于海水的強腐蝕性,因此,必須采用相應的保護措施。
電偶腐蝕
電偶腐蝕是由于具有不同電極電位的材質在介質中電連接造成的,電位負的金屬腐蝕加速,而電位正的金屬受到保護。如凝汽器的管束和管板多用不同的材質, 并采用脹接方式連接, 如黃銅-不銹鋼、黃銅 - 碳鋼、白銅 - 不銹鋼、鈦 - 鈦的組合形式;旋轉濾網的碳鋼 -不銹鋼組合等,在海水介質中,使電位負的金屬加速腐蝕,在火力發電廠此種腐蝕也是常見的。
中國主要水電站、火電站、核電站分布
選擇性腐蝕
主要是指黃銅在海水中發生的黃銅脫鋅腐蝕。產生黃銅脫鋅腐蝕的機理主要有兩種:一種是鋅選擇性溶解理論,另一種是溶解 - 沉積理論。可采用低鋅黃銅或在黃銅中加一定量的砷來抑制黃銅脫鋅的腐蝕。
局部腐蝕
由于海水中活性陰離子 Cl - 的存在,破壞材料表面的鈍化膜,形成小陽極大陰極的腐蝕電池,使局部出現孔蝕,縮短設備的使用壽命,造成海水泄漏。與全面腐蝕相比,局部腐蝕的危害性更大。在碳鋼設備內壁涂刷涂料時, 要避免局部的破損。另外,在海水介質中要選擇耐孔蝕的金屬材料。不銹鋼是電廠凝汽器管束、管板、泵軸、軸套的可選材之一,一定要選擇含鉬不銹鋼才能避免孔蝕的發生。
沖刷腐蝕
沖刷腐蝕是由于海水存在一定的流速,而且海水中含有少量的泥砂造成的,常發生在拐彎處和水流直接沖到的位置。此種腐蝕的解決存在一定的難處。除了以上所列腐蝕形式外,還存在縫隙腐蝕、應力腐蝕等。這里不再敘述。
二、防護措施
選擇耐蝕材料
選擇耐蝕材料,可以從根本上解決腐蝕問題,是大家所希望的。但所花經費太多,實際上不可能把所有的設備都換成貴金屬材料。所以,通常在關鍵部位選用,如用鈦制作凝汽器的管束及管板等。
陰極保護
陰極保護是防止或減緩設備腐蝕行之有效的方法。根據陰極保護極化電流的來源不同,陰極保護技術分為外加電流的陰極保護和犧牲陽極的陰極保護,均已成為成熟的技術在工程上得到應用。這兩種方法的原理相同,但供給電流的方式不同,各有優缺點。
1. 外加電流的陰極保護
利用直流電源,通過輔助陽極給被保護的金屬通以恒定電流,使之陰極極化,以減輕和防止腐蝕。主要優點,輸出電流可調,有效保護范圍大,大型工程投資費用較小, 施工地點集中。 缺點是,需要外部電源,平時需專門人員管理。
2. 犧牲陽極的陰極保護
在被保護的金屬上連接一種電位更負的金屬或合金作為陽極,它與被保護金屬在電解質溶液中組成大電池,使被保護金屬變成陰極而陰極極化, 從而得到保護。主要優點:不需外部電源, 不用維護管理,不會對鄰近非保護金屬構筑物產生干擾腐蝕,在有雜散電流影響的區域,可以起到排流的作用。 缺點是:輸出電流不易調節,大型工程投資費用較高。
綜上所述,無論是由外部電源引入的保護電流還是由電池內產生的電流,都必須達到足夠克服和抵消離開金屬陽極區的腐蝕電流,也就是說,如果能把腐蝕電流抵消掉等于零,金屬腐蝕就停止了。
工程實踐表明:防止碳鋼循環水管、凝汽器等設備的腐蝕,陰極保護是常采用的較好方法。但為了減少保護面積,節約電能,對碳鋼材料的保護常采用陰極保護與涂層聯合的保護方法。國內外火力發電廠大多都采取了相應的措施,如華能大連電廠、華能營口電廠、華能丹東電廠、深圳媽灣電廠、鎮江電廠等,取得較大的經濟效益。在陰極保護設計與實施中,保護電流密度的選擇、如何使保護電流均勻分布,是十分關鍵的。另外在對與鈦電連接的設備實施陰極保護時,還要防止鈦的氫脆問題,即控制使鈦產生氫脆的臨界電位值。關于引起鈦氫脆的臨界電位值究竟是多少,圍繞此研究開展了許多工作。
三、腐蝕經濟與管理
腐蝕是材料在各種環境作用下發生的破壞和變質,遍及國民經濟各部門,給國民經濟帶來巨大的損失。根據工業發達國家的調查,每年因腐蝕造成的濟損失約占國民生產總值的 2% ~ 4%,2014 年中國腐蝕總成本超過 2 萬億元。腐蝕的經濟損失可分為直接損失和間接損失兩大類。直接損失是指更換被腐蝕掉的結構、機器或零件所需的經費和采取防護措施的經費。而間接損失較難估計,通常包括停工、產品損失、降低產品效率、產品的污染以及腐蝕導致的人身安全事故等所需的費用。材料性能是技術判據,資源、能源和環保即是社會問題,也有經濟問題,因此,經濟是材料的重要判據。腐蝕即是材料的一種破壞現象,就必須考慮經濟問題。搞好腐蝕與防護工作,關系到節約能源、節省材料、保護資源、保護環境、保證正常生產和人身安全,發展新技術等一系列重大的社會和經濟問題。為了減少腐蝕的經濟損失,以及對腐蝕的失效進行有效分析, 須從管理方面從事協調和配合。管理與科技信息具有同樣的重要性。
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