某海滨电厂凝汽器防污防腐措施研究

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摘 要：汽轮机凝汽器作为火电厂热力系统的循环终端设备，其运行工况不仅影响机组的稳定运行，还影响机组的汽水品质。文章针对某海滨电厂海水水质特点，对凝汽器的污损和腐蚀进行详细论述，并提出了有效的防污防腐措施。

关键词：海滨电厂；凝汽器；防污防腐

1 工程概况

某海滨电厂建设2×1000MW机组，采用海水直流冷却。其厂外循环水系统为：取水口前池粗拦污栅旋转滤网循环泵取水入口循环水泵凝汽器循环水供水管道。其中在取水口处采用外购次氯酸钠的加药方式进行防污工艺。

2 凝汽器冷却管材的选型

凝汽器冷却管是凝汽器的传热元件，是凝汽器最主要的部件，冷却水的水质是选择冷却管管材的决定因素。在海水中，尤其在被污染海水的腐蚀下，像不锈钢、黄铜、白铜等材质很快就会发生如点蚀、孔蚀、应力腐蚀及磨蚀等现象，到一定程度时，管材发生泄漏，从而迫使电厂停机。

钛，具有密度小，比强度高和耐腐蚀等良好的物理性能和机械性能，特别是能耐海水及有污染海水的腐蚀。钛对于海洋生物、堆积物都有很强的抗腐蚀性能，而且对于凝汽器空抽区的氨腐蚀更有优异的抗蚀性，而耐高速度海水冲刷性能尤为突出[1]。

本工程循环冷却水水源为海水，因此，凝汽器冷却管材选用钛管。钛管虽然有优异的耐蚀性，但钛凝汽器管在使用时会发生或可能发生缝隙腐蚀、电偶腐蚀、吸氢脆化、水滴侵蚀及生物污损等问题，需引起我们的重视。

3 凝汽器防腐措施

3.1 缝隙腐蚀

缝隙腐蚀与所处的工艺条件有关，同时还受构成缝隙的材料影响。钛的缝隙腐蚀一般发生在处理热的氯化物溶液的换热器的胀接部位。又因凝汽器运行条件下的海水温度一般最高为50℃，处于安全区域，但为了防止可能发生的腐蚀，制造厂一般对钛管/钛管板采用胀接加密封焊接来消除缝隙。

3.2 电偶腐蚀

钛在海水中电位约为-0.1V（SCE），电位序列靠近贵金属。在多数情况下，钛在电偶中呈阴极，因此本身不会腐蚀，但会使与其接触的其它金属更快的腐蚀，而腐蚀程度与它们的面积比相关性很大，如钛的面积显著超过其它金属面积，则会产生严重腐蚀。同时，钛与电位序列低的金属连接时，由于呈阴极，会在表面产生析氢现象，和外加电流的作用一样，当温度到达一定程度时，就可能发生氢脆。吸氢速度不仅与温度有关，还与氢分压有关，在阴极吸氢、氢分压较大的情况下，即使在较低温度下，也会发生吸氢。实践证明，为避免钛管吸氢而产生氢脆，应控制电位小于-0.75V，由此可知，就理论而言碳钢水室就不可能达到完全保护（碳钢的保护电位为-0.85V）。因此，对于钛管凝汽器的碳钢水室最好采用衬胶方法防腐。目前，凝汽器制造厂在海水凝汽器制造中，对凝汽器水室均采用耐腐蚀、抗老化龟裂、性能稳定具有较长寿命且耐沙粒冲蚀的氯丁橡胶。

3.3 水滴侵蚀

水滴侵蚀是钛凝汽器由于水滴和蒸汽同时以较高的速度反复冲向管束外周部位而产生的。日本的广野火电厂和福岛核电厂应用钛凝汽器10多年来，未出现过任何事故，但在运行4万～5万小时后，出现了水滴侵蚀现象。经研究发现，在钛凝汽器上产生水滴侵蚀的严重程度与水滴大小、速度和冲击数量有关，可通过在钛管管束外测设置环状保护管解决。

3.4 生物污损

汽轮机凝汽器的生物污损一般发生在含氧的海水中，污损物体大多以藻类为主，由于铜管内表面会溶出抑止海藻生物的繁殖得微量铜离子，而钛管没有，所以钛管比铜合金管更容易出现生物污损。当采用加氯处理措施和海绵球清洗措施就能有效抑止生物污损。

另外，根据制造公司提供的1000MW超超临界机组热平衡图及背压对功率和热耗的修正曲线，凝汽器压力每升高1KPa，汽轮机功率将减少0.8%，热耗增加0.4%。这意味着，背压每升高1KPa，汽轮机功率将减少8MW。因此，防止凝汽器生物污损，保证凝汽器钛管的清洁度，对确保机组背压在设计值下运行就显得特别重要。若想实现上述要求，仅在设计时根据规范要求考虑一定设计裕量的换热面积显然不够，还需要采取其他外加措施。对需要采用海水进行冷却的火力发电厂，常见的做法是在循环水泵前加设粗拦污栅和旋转滤网以及对循环水加氯的前提下，在凝汽器前设置二次滤网和在循环水系统中装设胶球清洗系统[2]。

4 凝汽器防污措施

4.1 凝汽器进口加装二次滤网

火电厂的循环水系统一般是在循环泵取水入口前设置粗拦污栅及旋转滤网。

然而粗拦污栅的栅条间距一般为6厘米，拦污效果有限，只能清除较粗大污物、集中污物和其他飘浮物。

同时，因为旋转滤网安装在循环泵取水入口前，而循环水泵房至主厂房间距离较长。贝壳类或鱼虾类等的幼虫可轻易穿过旋转滤网的网孔进入到循环水泵房至主厂房间的管路上进行二次生长后进入凝汽器。这种情况下，原有的过滤系统难以保证凝汽器内的清洁，需在凝汽器入水口处安装性能优良可靠的二次滤网。

通过调研发现，沿海电厂尽管在循环水入口安装有旋转滤网（一次滤网），但在不同海域存在区域性差异。在富含微生物的海域中，循环水加氯或电解海水加氯都收效甚微，因为蛤蜊大量附着在栏污栅、旋转滤网上，而其幼虫具有很强的的耐氯性，在氯性状态下可存活长达58小时之久，所以常规的加氯方法效果不明显，这也是海水冷却电厂目前存在的共性问题。另外研究表明，蚌、贝类等生物不仅耐药性强，而且对氯离子不敏感，加氯只能抑制其生长速度，并不能将其杀死。同时通过交流发现，发生凝汽器堵塞和大量海生物出现和二次生长首次出现多在机组投产1年至1年半期间，说明微生物二次生长需要一定的周期，前期杀死其幼虫十分重要。许多电厂发生过凝汽器水室、钛板、钛管堵塞现象，其根本来源为：（1）在幼龄期内的贝类和海藻等海生物幼虫体积小，很容易穿过一次滤网，然后逐渐长大到100mm。从几个电厂看，蚌类、贝类在旋转滤网后水域二次生长问题较为突出。（2）垃圾碎粒随着循环水流能通过有缺陷的一次滤网密封装置进入凝汽器内，从而造成堵塞。

因此，在凝汽器进口加装二次滤网是必要的。二次滤网的工作原理是利用凝汽器循环水进出口的压差，根据二次滤网前后的压差信号，对二次滤网上的网格进行逐格反清洗。二次滤网的网孔直径通常为5～8mm，最小可做到3mm。

4.2 设置胶球清洗装置

胶球清洗装置由收球网、装球室和胶球输送泵等组成的。使用胶球清洗装置不但可以在不减负荷的情况下清洗凝汽器，而且能提高凝汽器的传热效率，还有防止汽轮机热效率因背压升高而降低、防止冷却管因结垢而腐蚀及延长冷却管的使用寿命等优点。

根据《大中型火力发电厂设计规范》（GB50660-2011）中的相关规定“湿冷凝汽器宜装设胶球清洗装置。但对水中含沙较多或可证明管道不结垢、也不沉积的直流供水系统，则可不设胶球清洗装置。”本工程项目可研报告指出，电厂所处海域的含沙量不大，一般均小于0.02kg/m3，结合规程规范要求及广东电厂的一些实际运行情况，厂内循环水系统设置胶球清洗装置。

5 结束语

随着火电厂机组容量的不断增大，对热力系统汽水品质的要求也相应提高。海滨电厂因其特殊的地理位置，需要用海水作为冷却水，因此对海水冷却系统采取有效的防污防腐措施，才能更好的保障机组的安全高效运行。

参考文献

[1]吕旺燕，苏伟，刘世念，等.凝汽器的腐蚀与防护研究进展[J].全面腐蚀控制，2014，28（2）：25-28.

[2]朱小红，姚杰新.开式冷却机组凝汽器不锈钢管微生物腐蚀研究[J].中国科技信息，2011（17）.