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专题ㅣ电力工业防腐蚀方法简述及其效益分析
2017-03-31 16:39:52 作者:王元 来源:《腐蚀防护之友》

  电力工业是能源工业的重要组成部分,确保发电设备的安全生产是非常重要的。在我国的发电设备中,火力发电设备占 71.8%,是主要的电能生产方式,除此之外,还有水电设备、核电设备及地热与风力发电设备等。经调查,不同电力设备均存在腐蚀问题。腐蚀故障轻者使发电设备运行不正常,影响电能质量,重者引起意外停机而中断电力供应,因此世界各国对电力设备的防腐工作都给予足够的重视。

 

  一、腐蚀形式

 

  火力发电厂水系统设备的腐蚀火力发电是靠燃煤或燃油 / 气释放的热能将水加热成蒸汽,来推动汽轮机作功,转化为电能。蒸汽的冷却是由冷却水系统通过凝汽器完成的。为了节约用水,滨海电厂的冷却水通常采用敞开式海水冷却。但因海水是较强的腐蚀介质,必然会对设备产生不同程度的腐蚀。在火力发电厂中,容易产生腐蚀的设备通常是与海水接触的输水管、凝汽器、泵、轴、叶轮、旋转滤网、拦污栅等。腐蚀形式有以下几种:


  电化学腐蚀

 

  钢铁在海水中主要发生氧腐蚀,碳钢是电厂循环水设备主要用材,如输水管道、水室等。由于海水的强腐蚀性,因此,必须采用相应的保护措施。


 
电偶腐蚀

 

  电偶腐蚀是由于具有不同电极电位的材质在介质中电连接造成的,电位负的金属腐蚀加速,而电位正的金属受到保护。如凝汽器的管束和管板多用不同的材质, 并采用胀接方式连接, 如黄铜-不锈钢、黄铜 - 碳钢、白铜 - 不锈钢、钛 - 钛的组合形式;旋转滤网的碳钢 -不锈钢组合等,在海水介质中,使电位负的金属加速腐蚀,在火力发电厂此种腐蚀也是常见的。


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中国主要水电站、火电站、核电站分布

 

  选择性腐蚀

 

  主要是指黄铜在海水中发生的黄铜脱锌腐蚀。产生黄铜脱锌腐蚀的机理主要有两种:一种是锌选择性溶解理论,另一种是溶解 - 沉积理论。可采用低锌黄铜或在黄铜中加一定量的砷来抑制黄铜脱锌的腐蚀。


 
局部腐蚀

 

  由于海水中活性阴离子 Cl - 的存在,破坏材料表面的钝化膜,形成小阳极大阴极的腐蚀电池,使局部出现孔蚀,缩短设备的使用寿命,造成海水泄漏。与全面腐蚀相比,局部腐蚀的危害性更大。在碳钢设备内壁涂刷涂料时, 要避免局部的破损。另外,在海水介质中要选择耐孔蚀的金属材料。不锈钢是电厂凝汽器管束、管板、泵轴、轴套的可选材之一,一定要选择含钼不锈钢才能避免孔蚀的发生。


 
冲刷腐蚀

 

  冲刷腐蚀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,常发生在拐弯处和水流直接冲到的位置。此种腐蚀的解决存在一定的难处。除了以上所列腐蚀形式外,还存在缝隙腐蚀、应力腐蚀等。这里不再叙述。


  二、防护措施

 

  选择耐蚀材料

 

  选择耐蚀材料,可以从根本上解决腐蚀问题,是大家所希望的。但所花经费太多,实际上不可能把所有的设备都换成贵金属材料。所以,通常在关键部位选用,如用钛制作凝汽器的管束及管板等。


 
阴极保护

 

  阴极保护是防止或减缓设备腐蚀行之有效的方法。根据阴极保护极化电流的来源不同,阴极保护技术分为外加电流的阴极保护和牺牲阳极的阴极保护,均已成为成熟的技术在工程上得到应用。这两种方法的原理相同,但供给电流的方式不同,各有优缺点。


  1. 外加电流的阴极保护

 

  利用直流电源,通过辅助阳极给被保护的金属通以恒定电流,使之阴极极化,以减轻和防止腐蚀。主要优点,输出电流可调,有效保护范围大,大型工程投资费用较小, 施工地点集中。 缺点是,需要外部电源,平时需专门人员管理。


  2. 牺牲阳极的阴极保护

 

  在被保护的金属上连接一种电位更负的金属或合金作为阳极,它与被保护金属在电解质溶液中组成大电池,使被保护金属变成阴极而阴极极化, 从而得到保护。主要优点:不需外部电源, 不用维护管理,不会对邻近非保护金属构筑物产生干扰腐蚀,在有杂散电流影响的区域,可以起到排流的作用。 缺点是:输出电流不易调节,大型工程投资费用较高。


  综上所述,无论是由外部电源引入的保护电流还是由电池内产生的电流,都必须达到足够克服和抵消离开金属阳极区的腐蚀电流,也就是说,如果能把腐蚀电流抵消掉等于零,金属腐蚀就停止了。


  工程实践表明:防止碳钢循环水管、凝汽器等设备的腐蚀,阴极保护是常采用的较好方法。但为了减少保护面积,节约电能,对碳钢材料的保护常采用阴极保护与涂层联合的保护方法。国内外火力发电厂大多都采取了相应的措施,如华能大连电厂、华能营口电厂、华能丹东电厂、深圳妈湾电厂、镇江电厂等,取得较大的经济效益。在阴极保护设计与实施中,保护电流密度的选择、如何使保护电流均匀分布,是十分关键的。
另外在对与钛电连接的设备实施阴极保护时,还要防止钛的氢脆问题,即控制使钛产生氢脆的临界电位值。关于引起钛氢脆的临界电位值究竟是多少,围绕此研究开展了许多工作。


 
三、腐蚀经济与管理

 

  腐蚀是材料在各种环境作用下发生的破坏和变质,遍及国民经济各部门,给国民经济带来巨大的损失。根据工业发达国家的调查,每年因腐蚀造成的济损失约占国民生产总值的 2% ~ 4%,2014 年中国腐蚀总成本超过 2 万亿元。腐蚀的经济损失可分为直接损失和间接损失两大类。直接损失是指更换被腐蚀掉的结构、机器或零件所需的经费和采取防护措施的经费。而间接损失较难估计,通常包括停工、产品损失、降低产品效率、产品的污染以及腐蚀导致的人身安全事故等所需的费用。材料性能是技术判据,资源、能源和环保即是社会问题,也有经济问题,因此,经济是材料的重要判据。腐蚀即是材料的一种破坏现象,就必须考虑经济问题。搞好腐蚀与防护工作,关系到节约能源、节省材料、保护资源、保护环境、保证正常生产和人身安全,发展新技术等一系列重大的社会和经济问题。为了减少腐蚀的经济损失,以及对腐蚀的失效进行有效分析, 须从管理方面从事协调和配合。管理与科技信息具有同样的重要性。

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