空冷凝汽器流动加速腐蚀影响因素的研究

2017-03-01 11:43:23 作者：孟龙来源：西安热工研究院有限公司分享至：

近年来我国北方干旱地区兴建的机组主要是直接空冷机组。用于建造直接空冷凝汽器的材料通常为碳钢，耐蚀性较差，且进入空冷凝汽器的乏汽流速较快，高速流动的蒸汽夹杂着水滴冲刷管道表面，导致管道发生单相和汽液两相流的流动加速腐蚀（FAC）。

本文对影响流动加速腐蚀的几个重要因素，初凝水的pH值、溶解氧、温度、流速进行研究，提出抑制流动加速腐蚀的方法。

1.试验

空冷系统FAC的模拟试验在自制的流动加速腐蚀试验台上进行。试验台由试验主回路、水质监控回路以及CP6电化学测量装置组成。试验中的运行流程如图1所示。

图1 流动加速腐蚀试验台流程图

由于二电极系统可以减小因测量过程中腐蚀电位漂移引起的测量误差，比单方向线性极化电阻测量准确，故试验采用二电极系统进行线性极化。试验中两个电极相对布置，旋紧、固定在电极安装槽内，见图2。

图2 试验电极及其安装槽

2.结果与讨论

1.pH值影响的试验结果及分析

控制温度为50℃，溶液中溶解氧质量浓度为100μg/L，通过电极的流速为6.2m/s，加氨调节系统内谁的pH为8.80，9.25，9.40，9.50，9.55，9.65，9.75，9.80，9.90，10.00，测量Q235钢电极在不同pH溶液中的表面极化电阻，结果见图3。

图3 不同pH值下的电极表面极化电阻趋势线

从图3可见，随着溶液pH值的升高，Q235钢电极表面极化电阻增大，即溶液pH值越高，电极的腐蚀速率越小，这表明提高溶液pH可以抑制FAC。

2.溶解氧含量影响的试验结果及分析

按照GB/T 12145-2008的规定，直接空冷机组凝结水溶解氧浓度标准值应小于100μg/L，期望小于30μg/L。空冷机组的溶解氧相对较高，试验控制氧含量分别为<10μg/L，45～55μg/L，150～200μg/L以及200～500μg/L，加氨控制溶液pH为9.4，温度50℃，流速6m/s。测量Q235钢电极在不同溶解氧条件下的表面极化电阻，结果见图4。

图4 溶解氧含量对电极表面极化电阻的影响

如图4所示，氧含量在0μg/L～100μg/L左右时，极化电阻随着氧含量的上升而上升的速度较快；在氧含量超过100μg/L后，极化电阻随着氧含量上升而上升的速度逐渐减慢。

3.温度影响的试验结果及分析

空冷机组在夏季凝结水温最高可达到70℃（343K），在冬季最低可达到40℃（313K）。试验控制试验温度分别为313，323，328，333，343K， pH约为9.4，溶解氧量为150μg/L，流速8.5m/s，测量Q235钢电极在不同温度试验溶液中的表面极化电阻，结果见图5。

图5不同温度下的电极表面极化电阻趋势线

由图5可见，Q235钢电极表面极化电阻与1/T几乎呈线性关系（y=75411.4x-196.7，线性相关系数R=0.989），即温度越高，FAC速率越大。在低温（t<150℃）条件下腐蚀反应速度为限制因素，因此温度越高腐蚀越快，温度继续升高反应速率受腐蚀产物扩散速率控制会逐渐降低。因此空冷机组在夏季的腐蚀速率应高于在冬季的，机组负荷高时的腐蚀速率应大于负荷低时的。

温度是影响碳钢以及低合金钢FAC的重要因素。温度越高碳钢腐蚀反应的速率越快，水相以及蒸汽相的pH越低，腐蚀产物离开基体金属的速率越快。空冷凝汽器运行温度条件下，温度较低，水的氧化能力弱，不能使Fe2+氧化为Fe3+，Fe3O4氧化膜活性高且多孔、疏松，腐蚀产物很容易通过孔隙传输，随着温度的升高传质速率加快。在夏季清洗空冷机组以及喷水减温时，可以将时间尽量选择在温度较高的下午。

4.流速影响的试验结果及分析

试验控制温度为50℃，pH为9.5，溶解氧质量浓度为20μg/L，调节溶液流线速为1.9，3.5，4.9，7.1，8.5m/s，测量Q235钢电极在溶液中的表面极化电阻，结果见图6。

图6 不同水流线速度下的电极表面极化电阻趋势线

由图6可见，在试验条件下FAC速率随着流速的增加而升高，流速增加一方面加速了腐蚀产物（Fe2+）向主体溶液中的传质速率，另一方面流体流动时对管道产生了剪切力，剪切力越大，管壁氧化层越薄，传质阻力越小，FAC速率越快。研究表明，FAC主要发生在局部流速较高以及发生湍流的位置；在碳钢中增加铬含量可以明显降低FAC速率。低合金钢抵抗FAC的能力远高于普通碳的钢。通常合金中添加1％（质量分数，下同）铬就能使FAC速率降到很低，甚至忽略不计，因此在今后的设计选择时，建议在易发生FAC的部位选择低合金材料。

试样在不同流速下试验后的表面形貌见图7。由图7可见，腐蚀坑点零散地分布在电极表面，腐蚀很轻微，随着流速的增加，极化电阻的减少，电极表面布满均匀分布着密集的腐蚀坑点，腐蚀逐渐严重。

图7 放大50倍的电极表面照片