電廠化學(xué)腐蝕與防護基礎(chǔ)

第二章電力設(shè)備的材料及腐蝕特點

2.1火力發(fā)電設(shè)備

2.2水在火力發(fā)電廠的作用和影響

2.3電力設(shè)備的材料及常見的腐蝕形式

2.4金屬材料的分類及熱處理工藝

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt腐蝕基礎(chǔ)知識腐蝕是由于材料與環(huán)境反應(yīng)而引起材料的破壞或變質(zhì)。金屬腐蝕是金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體等環(huán)境反應(yīng)而引起金屬或合金的破壞或變質(zhì)，金屬的腐蝕環(huán)境一般是指材料所處的介質(zhì)、溫度和壓力等。腐蝕的過程是在發(fā)生在金屬與介質(zhì)界面上的復(fù)雜多相反應(yīng)，其破壞總是由金屬表面逐漸向內(nèi)部深入?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt目前的主力機組裝機容量為600MW，典型配置包括：鍋爐采用直流鍋爐或亞臨界自然循環(huán)燃煤汽包鍋爐、汽輪機采用一次中間再熱、雙缸雙排汽式汽輪機、發(fā)電機采用水-氫-氫冷發(fā)電機火電廠的主要設(shè)備包括鍋爐、蒸汽機和發(fā)電機三大件，還包括省煤器、過熱器、再熱器、凝汽器、高壓加熱器、低壓加熱器和除氧器等根據(jù)鍋爐壓力的不同，可將發(fā)電機組分為八個級別，即低壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界和超超臨界等2.1火力發(fā)電設(shè)備化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt火電廠只要設(shè)備及流程圖化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt常見鍋爐機組、容量及用途壓力級別超高壓亞臨界超臨界超超臨界鍋爐型式自然循環(huán)直流鍋爐自然循環(huán)強迫循環(huán)直流鍋爐直流鍋爐直流鍋爐飽和蒸汽壓力（MPa)15.717.6≥22.0≥25.0

溫度(℃)343355374.2374.2過熱蒸汽壓力（MPa)13.716.5≥22.0≥25.0溫度(℃)510~540530~550560~590570~610蒸發(fā)量（t/h）410~670850~20501050~3001900~4000發(fā)電機組（MW）125~200250~600300~1000600~1200化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt凝汽式發(fā)電廠水、汽循環(huán)系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中，鍋爐、汽機及附屬設(shè)備組成了熱力系統(tǒng)，熱力系統(tǒng)中的各種熱交換部件或水汽流經(jīng)的設(shè)備，如鍋爐的省煤器、水冷壁管、過熱器、汽輪機、各種加熱器、除氧器和凝汽器等，統(tǒng)稱為熱力設(shè)備。水和蒸汽是熱力設(shè)備中的工質(zhì)，在熱力系統(tǒng)中循環(huán)運行。如右圖所示化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt2.2水在火力發(fā)電廠的作用和影響水在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)工藝中，既是熱力系統(tǒng)的工作介質(zhì)，也是某些熱力設(shè)備的冷卻介質(zhì)。故水質(zhì)的好壞是影響電廠安全經(jīng)濟運行的重要因素水處理工作的主要任務(wù)是：一是制備二級除鹽的補給水；二是對鍋爐內(nèi)的水汽進行化學(xué)監(jiān)督和化學(xué)處理。消除因水質(zhì)不良引起的危害，保證電廠安全經(jīng)濟地運行火力發(fā)電廠鍋爐機組的參數(shù)越高，其熱能利用率越高，經(jīng)濟性也越好，對于其水質(zhì)的要求也就越高化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt高參數(shù)機組的水質(zhì)尤為重要，這與其特點密切相關(guān)：1、為節(jié)約金屬消耗量，提高蒸汽產(chǎn)率，鍋爐局部熱負荷的設(shè)計值高2、合金材料經(jīng)熱處理后，對蒸汽純度敏感，易引起腐蝕龜裂3、各類鹽在蒸汽中的溶解度，隨著蒸汽參數(shù)的提高而增大如果進入系統(tǒng)中的水水質(zhì)不良，就會導(dǎo)致：結(jié)垢（如爐管）、腐蝕（如給水管道、加熱器、省煤器、凝汽器）、積鹽（如過熱器、汽輪機葉片）化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt汽水品質(zhì)不合格的危害性

在火力發(fā)電廠中，如汽水品質(zhì)不符合規(guī)定，則可能引起以下危害。1、熱力設(shè)備的結(jié)垢如果進入鍋爐的水中有易于沉積的雜質(zhì)，則在其運行過程中會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。垢的導(dǎo)熱性為金屬的1/10~1/100，而且它又極易生成在熱負荷很高的部位，所以垢對鍋爐的危害性很大。它可使金屬壁溫過高，引起金屬強度下降，以致使鍋爐的管道發(fā)生局部變形、鼓包，甚至爆管。而且，垢還會降低鍋爐的傳熱效率，從而影響電廠的經(jīng)濟效益?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt2、熱力設(shè)備的腐蝕高參數(shù)熱力設(shè)備的腐蝕，是因為有一種或幾種因素的存在：如堿性或酸性介質(zhì)的形成；有將雜質(zhì)含量從μg/L級或mg/L級濃縮至百分數(shù)級的過程；有對腐蝕敏感的材料；有拉應(yīng)力。腐蝕不僅會縮短設(shè)備本身的服役期，而且由于金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入水中，成為爐管上新的腐蝕源，同時使給水中雜質(zhì)增多，促進了爐管內(nèi)的結(jié)垢過程，結(jié)成的垢轉(zhuǎn)而又加劇爐管的腐蝕，形成惡性循環(huán)。如果金屬的腐蝕產(chǎn)物被蒸汽帶到汽輪機中，則會因它們沉積下來而嚴重地影響汽輪機的安全和運行的經(jīng)濟性。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3、過熱器和汽輪機內(nèi)積鹽水質(zhì)問題還會引起鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不純，而使蒸汽帶出的雜質(zhì)沉積在蒸汽的通流部位，如過熱器和汽輪機，從而產(chǎn)生積鹽現(xiàn)象。過熱器管內(nèi)積鹽會引起金屬管壁溫度過高，以致爆管；汽輪機內(nèi)積鹽會大大降低汽輪機的出力和效率。當(dāng)汽輪機葉片內(nèi)部積鹽嚴重時，還會使推力軸承負荷增大，隔板彎曲，降低汽輪機工作效率或造成事故停機?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3.2電力設(shè)備的材料及常見腐蝕形式電力設(shè)備的材料及特點制造電力設(shè)備的主要金屬材料是碳鋼，有些部件采用合金鋼。加熱器和凝汽器主要采用銅合金。1、鍋爐鋼管用鋼應(yīng)具有下述特性：較高的耐腐蝕性、良好的塑性、優(yōu)良的焊接性和足夠高的機械強度。對于溫度高于400～450℃的設(shè)備，還要具有抗蠕脹性。蒸汽溫度在450℃以下低壓鍋爐鋼管，主要選用10號、20號優(yōu)質(zhì)碳素鋼；壁溫低于500℃的過熱器管，一般采用20號鋼。由于奧氏體鋼價格昂貴，工藝性比珠光體耐熱鋼差，所以，當(dāng)前國內(nèi)外機組的蒸汽參數(shù)，一般都在570℃以內(nèi)、2.74～23.52MPa的水平上以保證鍋爐運行時?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt2、汽機葉片材料應(yīng)有足夠的常溫和高溫機械性能、良好的抗震性、較高的組織穩(wěn)定性、良好的耐蝕性及冷、熱加工工藝性能。葉片用鋼主要是鉻不銹鋼1Cr3、2Cr13和強化型不銹鋼Cr11MoV、Cr12WmoV、CrWMoNbVB等。3、汽機主軸、葉輪的材料要求綜合機械性好，有一定的抗蒸汽腐蝕的能力。對高溫下運行的葉輪和主軸，還要求有足夠高的蠕變極限、持久強度、持久塑性和組織穩(wěn)定性，有良好的淬透性、焊接性能等工藝性能。材料主要是中碳鋼和中碳合金鋼，如35號鋼、34C℃、35CrMoV、20CrWMoV等。4、加熱器和凝汽器所用的管材，要求傳熱性能好、一定的強度和良好的耐腐蝕性能。為了提高凝汽管的耐蝕性能，現(xiàn)多采用加砷管，如H68A、HSn70-1A、HA177-2A等。

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt熱力設(shè)備的腐蝕形式目前，大容量、高參數(shù)的機組大量投產(chǎn)，600MW的機組已成為火電廠的主力機組。隨著爐外水處理技術(shù)的發(fā)展，鍋爐結(jié)垢和汽機積鹽問題已得到有效控制，腐蝕已成為突出的問題熱力設(shè)備在運行中或停用時，各種腐蝕性成分會對設(shè)備產(chǎn)生嚴重的腐蝕。根據(jù)運行實踐，國內(nèi)外火電廠和核電站的各種熱力設(shè)備，比如火電廠的鍋爐、核電站的蒸汽發(fā)生器、汽輪機、凝汽器、加熱器、給水泵、水處理設(shè)備以及各種水、汽管道，均發(fā)生過比較嚴重的腐蝕。熱力設(shè)備的腐蝕形態(tài)也比較多，例如點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂、腐蝕疲勞、氫脆、選擇性腐蝕、電偶腐蝕以及磨損腐蝕等?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt電力設(shè)備所遭受的腐蝕主要包括：1、氧腐蝕熱力設(shè)備運行和停用時，都可能發(fā)生氧腐蝕，運行氧腐蝕在水溫較高的條件下發(fā)生，停用氧腐蝕在低溫下發(fā)生。是熱力設(shè)備常見的一種腐蝕形式。2、酸腐蝕

熱力設(shè)備和管道可能與酸接觸，產(chǎn)生析氫腐蝕。導(dǎo)致酸性腐蝕的酸性物質(zhì)可能的來源右如下幾個：水處理設(shè)備，例如氫離子交換器再生時的鹽酸；精處理設(shè)備中破裂的樹脂進入到鍋爐，高溫分解產(chǎn)生酸性物質(zhì)；給水系統(tǒng)除碳不完全或凝結(jié)水系統(tǒng)泄露帶入的游離CO2，水解產(chǎn)生H+?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3、應(yīng)力腐蝕它包括應(yīng)力腐蝕破裂和腐蝕疲勞。無論是鍋爐還是汽輪機，都會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。比如鍋爐的苛性脆化、汽輪機葉片的應(yīng)力腐蝕破裂、汽輪機葉輪的應(yīng)力腐蝕破裂和凝汽器銅管的應(yīng)力腐蝕破裂等。4、酸性磷酸鹽腐蝕酸性磷酸鹽腐蝕由于往鍋爐內(nèi)部添加較多酸式磷酸鹽而引起的腐蝕。往往隨著磷酸鹽隱藏和再溶出現(xiàn)象而產(chǎn)生。雖然酸式磷酸鹽會使pH降低，但是由于爐水中含有氨，pH的降低可能辨別不出來，加入的Na2HPO4(NaH2PO4)量大，就會引起酸性磷酸鹽腐蝕。化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt5、鍋爐的介質(zhì)濃縮腐蝕主要是爐水蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生濃堿或濃酸時出現(xiàn)的，常發(fā)生在水冷壁管，它是鍋爐特有的一種腐蝕形態(tài)。6、亞硝酸鹽腐蝕亞硝酸鹽在鍋內(nèi)受高溫作用會分解產(chǎn)生新生態(tài)氧，這種新生態(tài)氧和水冷壁管內(nèi)表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生Fe2O3，使水冷壁管腐蝕。7、汽水腐蝕當(dāng)過熱蒸汽溫度超過450℃時，蒸汽會和碳鋼發(fā)生反應(yīng)生成鐵的氧化物，使管壁變薄。常常在過熱器中出現(xiàn)。

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt8、核電站蒸汽發(fā)生器凹陷（denting）它是水中氯離子所形成的酸性環(huán)境對碳鋼支撐板腐蝕的果，發(fā)生在管板同管子交接處，腐蝕產(chǎn)物是磁性氧化鐵。9、電偶腐蝕鍋爐化學(xué)清洗時，如果控制不當(dāng)，可能在爐管表面產(chǎn)生銅的沉積，即“鍍銅”，即產(chǎn)生電偶腐蝕。10、銅管選擇性腐蝕凝汽器銅管的水側(cè)常常發(fā)生選擇性腐蝕，對于黃銅管就是脫鋅腐蝕。導(dǎo)致機械性能顯著下降，會引起穿孔甚至破裂?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt11、晶間腐蝕晶間腐蝕是一種局部破壞現(xiàn)象，是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界產(chǎn)生的腐蝕。這種腐蝕主要是從表面開始，沿著晶界向內(nèi)部發(fā)展，直至成為潰瘍性腐蝕，整個金屬強度幾乎完全喪失。見右圖化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt晶間腐蝕的特征是：在表面還看不出破壞時，晶粒之間已喪失了結(jié)合力，失去金屬聲音，嚴重時只要輕輕敲打就可破碎，甚至形成粉狀。晶間腐蝕的產(chǎn)生必須具備兩個條件:一是晶界物質(zhì)的物理化學(xué)狀態(tài)與晶粒本身不同；二是特定的環(huán)境因素，如潮濕大氣、電解質(zhì)溶液、過熱水蒸氣、高溫水或熔融金屬等。12、磨損腐蝕高速流體或流動截面突然變化形成了湍流或沖擊，對金屬材料表面施加切應(yīng)力，使表面膜破壞?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt13、空泡腐蝕空泡腐蝕又叫氣蝕、穴蝕。氣泡的反復(fù)生成和破滅產(chǎn)生很大的機械力使表面膜局部毀壞，裸露出的金屬受介質(zhì)腐蝕形成蝕坑。14、鍋爐煙側(cè)的高溫腐蝕這主要指鍋爐水冷壁管、過熱器管及再熱器管外表面發(fā)生的腐蝕。15、鍋爐尾部的低溫腐蝕它是鍋爐尾部受熱面（空氣預(yù)熱器和省煤器）煙氣側(cè)的腐蝕，由煙氣中的SO3和煙氣中的H2SO4造成的?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt3合金的氧化合金氧化的類型合金的氧化比純金屬復(fù)雜得多。當(dāng)金屬A作為基體，金屬B作為添加元素組成合金時，可能發(fā)生以下幾種類型的氧化：1、只有合金元素B發(fā)生氧化2、只有基體金屬A氧化3、基體金屬和合金元素都氧化化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt提高合金抗高溫氧化性能的途徑

通過合金化方法，在基體金屬中加入某些合金元素，可以大大提高抗高溫氧化性能，得到“耐熱鋼”(鐵基合金)和“耐熱合金”。1、加入適當(dāng)合金元素，減少氧化膜中的缺陷濃度2、生成具有良好保護作用的復(fù)合氧化物膜3、通過選擇性氧化形成保護性優(yōu)良的氧化物膜4、增加氧化物膜與基體金屬的結(jié)合力化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt4鋼鐵高溫氣體腐蝕的幾種形式1、鋼鐵的高溫氧化氧化膜的組成在570C以下，氧化膜包括Fe2O3,和Fe3O4兩層；在570C以上，氧化膜分為三層，由內(nèi)向外依此是FeO、Fe3O4、Fe2O3。三層氧化物的厚度比為100:510：氧化膜的結(jié)構(gòu)FeO是p型氧化物，具有高濃度的Fe2+空位和電子空位。Fe2O3為n型氧化物，晶格缺陷為O2-空位和自由電子，O2-

通過膜向內(nèi)擴散(O2-空位向外界面擴散)。Fe3O4中p型氧化物占優(yōu)勢，既有Fe2+的擴散，又有O2-的擴散。

化學(xué)與生物工程學(xué)院SchoolofchemistryandbiologyEngineering精選ppt耐熱鋼的高溫抗氧化性

作為耐熱鋼基礎(chǔ)的Fe—Cr合金，其優(yōu)良的耐高溫氧化性能來自幾個方