铝合金直接空冷凝汽器腐蚀试验研究

郝树宏 ,尚玉珍

(山西电力科学研究院,山西太原 030001)

铝合金直接空冷凝汽器腐蚀试验研究

郝树宏 ,尚玉珍

(山西电力科学研究院,山西太原 030001)

利用专用试验装置模拟直接空冷机组空冷岛运行工况,考察了高铁含量和长期运行水质波动对铝合金凝汽器腐蚀的影响以及铝钢结合部位的耐腐蚀性能。结果表明,铝合金用于直接空冷机组凝汽器,具有较好的耐腐蚀性能,能经受机组启动期间水汽系统高铁含量的运行,也能满足机组长时间运行和水质波动的要求,钢铝结合处没有明显破坏。

直接空冷机组;凝汽器;铝合金;腐蚀

0 引言

直接空冷机组凝结水的温度比较高,一般在50℃以上,最高可达80℃以上。直接空冷机组凝汽器的管材都采用普通碳钢,钢材的传热系数较小,而铝的传热系数是钢的4倍[1]。如果用铝材替代钢材制作凝汽器管材,换热效率将明显提高,对于降低机组背压、减小空冷岛体积、提高机组效率和降低制造成本有重要意义。

纯铝作为凝汽器管在海勒式间接空冷机组应用已有20多年,采用中性加氧工况,运行良好。但纯铝因强度较低等原因不能用于直接空冷机组凝汽器,在其中加入铜、铁、锰、硅、锌等一些微量元素所制成的铝合金,机械强度等性能得到改善,能够满足直接空冷机组空冷凝汽器的要求。纯铝和铝合金是两种不同性能的材料,作者曾利用专用试验装置模拟直接空冷机组空冷岛运行工况,考察了铝合金和钢共存条件下不同水质铝合金的腐蚀情况[2],结果表明,铝合金在中性纯水中有较好的耐腐蚀性能,应用在直接空冷机组作为空冷凝汽器管材,给水采用中性加氧工况,在腐蚀方面能够满足要求。本文进一步研究了机组启动和特殊情况下运行水汽系统铁含量较大对铝合金空冷凝汽器腐蚀的影响,并对铝合金试片和钢铝结合试片在专用模拟试验装置中进行不同水质长时间运行腐蚀试验,为该类系统的实际应用奠定了基础。

图1 模拟试验装置示意图

1 模拟试验装置和试验方法

试验装置示意图见图1,反应釜和管路全部由1Cr18Ni9Ti不锈钢制成,每个釜内装有聚四氟乙烯挂片装置,试验前首先对装置进行真空严密性试验,然后在反应釜中安装所需材质试片,加入不同Cl-含量、Fe含量、pH、电导率的试验用水,通过真空和氮气系统调节水中含氧量,进行不同时间的恒温腐蚀试验。试验中定时测定试验用水的电导率和含氧量,通过真空和氮气系统调节,使水中溶解氧保持在试验要求范围内。试验结束后记录试片外观,测定试片重量变化,利用离子色谱、原子吸收、酸度计、分光光度计等测定水质,计算腐蚀速率。

2 模拟试验结果与讨论

2.1 高Fe含量中性纯水中铝合金的腐蚀

机组启动时,凝结水中Fe含量比正常运行大得多,通常在100μg/L以上,Fe含量较高将对铝的腐蚀性能产生影响。试验考察了当纯水中Fe含量150μg/L时铝合金的腐蚀 (试验时间168 h),试验前后试片外观见图2。结果显示,Fe含量在150μg/L、溶氧150μg/L和250μg/L左右的中性纯水中,即使在75℃的较高的水温下,铝合金仍表现出较好的耐腐蚀性能:试验后试片增重,表明试片氧化膜增厚,试片表面没有明显局部腐蚀,呈铝氧化状态,平均腐蚀速率0.003mm/a,腐蚀情况同Fe含量小于20μg/L中性纯水中接近[2]。试验表明,铝合金在机组启动初期Fe含量较大的情况下不会明显加剧腐蚀。

图2 高Fe含量中性纯水中试验前后铝合金试片外观

2.2 铝合金长时间腐蚀试验

为进一步考察试验用铝合金在钢铝共存热力系统中的耐腐蚀性能,进行了不同溶氧条件下长时间腐蚀试验。试验时间合计共1 611 h(67.1 d),试验水质大部分时间处于较好稳定条件,短时间有大幅度波动,用以模拟机组运行不稳和启停工况;两组试片氧含量分别保持在100μg/L和200μg/L左右(占总试验时间94%)纯水中,最大达到519μg/L;中性水条件时间1 009 h,占总试验时间62.6%,最高pH 8.35;电导率、C l-含量、Fe含量等大部分时间维持在较低水平 (高于机组正常运行指标),短时间有较大幅度波动。试验后试片重量变化见图3。结果表明,经过长时间腐蚀试验,铝合金试片表面没有明显局部腐蚀,在第一阶段168 h试验,试片显著增重,以后增重明显减缓,在300～400 h后重量基本保持不变至试验结束,表明试验初期试片表面进一步氧化,氧化膜增厚,经过一定时间后,氧化膜不再增厚,试片腐蚀非常缓慢,重量基本保持不变。长时间腐蚀试验充分说明,该铝合金在中性纯水中具有较好耐腐蚀性能,能经受水质波动和长时间运行考验。

图3 长时间腐蚀试验铝合金试片的重量变化

2.3 铝钢结合试片的腐蚀试验

直接空冷机组凝汽器采用铝合金后,与其连接的管道等部位采用焊接方法将钢与铝合金连接到一起,在连接部位存在钢和铝合金两种金属材质,而且紧密接触,在水溶液中因为电极电位不同而有可能加速铝的腐蚀。试验考察了在较高水温下 (75℃)中性纯水中钢铝复合试片的腐蚀情况,试验共进行648 h(27 d),具体试验控制条件见表1,试验后试片外观见图4,试片重量变化见图5。

表1 铝钢结合试片腐蚀试验条件表

图4 钢铝结合试片腐蚀试验后外观

图5 铝钢结合试片腐蚀试验重量变化

试验结果显示,试片铝合金部分没有明显局部腐蚀,但是A l腐蚀速率在 0.006 5 mm/a以上,高于Al3003铝合金试片在相近条件下0.003 mm/a左右的腐蚀速率[2],说明钢铝结合部位铝合金腐蚀有所加速,Cl-含量较高时腐蚀加快,平均腐蚀速率0.009 mm/a以上;在溶解氧约200μg/L纯水中试片钢部分表面呈褐色Fe3O4膜,平均腐蚀速率0.025mm/a左右。试片重量变化开始表现为钢的连续腐蚀失重,经第一阶段168 h试验后,失重速度显著减缓,特别是水中溶解氧200μg/L左右试片168 h后重量减轻很少,表明钢表面生成了Fe2O3氧化膜,阻止了钢的进一步腐蚀。钢的腐蚀与水的电导率有很大关系,给水加氧处理要求给水电导率小于0.15μS/cm才可以进行加氧处理,试验中无法模拟电导率小于0.15μS/cm的条件,电导率最小在0.4μS/cm以上,钢的腐蚀速率较高,在实际运行电导率小于0.15μS/cm的中性纯水中将生成铁的氧化膜,腐蚀会很小。试验说明,在铝钢结合处没有明显破坏,结合部位附近铝合金腐蚀有所加快,应用中可根据实际情况采取喷涂防腐层、阴极保护等方法减小铝的腐蚀,另外,还应考虑铝钢两种金属热膨胀系数不同可能对结合处产生的影响和破坏。

3 结论

铝合金应用在直接空冷机组作为凝汽器管材,给水采用中性加氧工况,具有较好耐腐蚀性能,能适应在机组启动期间水汽系统高铁含量的运行条件,也能满足机组长时间运行和水质波动的影响,钢铝结合处没有明显破坏,结合部位附近铝合金腐蚀有所加快,应用中可根据实际情况采取喷涂防腐层、阴极保护等方法减小铝的腐蚀。

[1] 吴芳.铝及铝合金的焊接技术[J].化工设备与管道,2007,44(3):52-53.

[2] 郝树宏,尚玉珍.直接空冷机组应用铝合金凝汽器试验研究 [J].山西电力,2009(2):41-42.

Study on Corrosion Per formanceof A lum inum A lloy Condenser of Dry-cooling Unit

HAO Shu-hong,SHANG Yu-zhen
(Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan 030001,China)

By emp loying a special experimental equipment which can simu late the running condition of direct air-cooling steam condenser,the influences of high Fe concentration,unit's long time operation and w ater fluctuation on the corrosion of alum inum alloy condenser are analysed and the anti-corrosion property of A l-steel connected part is also studied.The result show s that alum inum alloy is better characterized o f anti-corrosion;it can bear the operation of w ater steam system with high Fe concentration during the start-up of unit;it can also deal with the unit's long-time operation and w ater fluctuation;and there is no clear corrosion in the A l-steel connected part.

dry-coo ling unit;condenser;alum inum alloy;corrosion

TK 264.1+1

A

1671-0320(2010)03-0035-03

2009-12-22,

2010-04-13

郝树宏 (1974-),男,山西代县人,1997年毕业于太原理工大学应用化学专业,硕士,高级工程师,主要研究方向为电厂水处理及防腐、防垢;

尚玉珍 (1957-),女,山西大同人,1982年毕业于武汉水电学院电厂化学专业,高级工程师,主要研究方向为电厂水处理及防腐、防垢。