趙遷 張志華 靳振歡 李冰

摘 要：汽輪機(jī)長時間停機(jī)的情況下，汽輪機(jī)的部件和系統(tǒng)容易受蒸汽和水的腐蝕。本文闡述了蒸汽和水導(dǎo)致鋼鐵部件腐蝕的機(jī)理，影響腐蝕的因素以及汽輪機(jī)干燥空氣保養(yǎng)系統(tǒng)的工藝流程。針對汽輪機(jī)進(jìn)行干燥空氣保養(yǎng)，對于設(shè)備部件防止腐蝕、延長使用壽命具有重要意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；干燥空氣；腐蝕

中圖分類號：TK268

金屬的銹蝕是最常見的腐蝕形態(tài)。腐蝕時，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)。這會顯著降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學(xué)和光學(xué)等物理性能，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。[1]由于腐蝕而造成設(shè)備損壞的危險。發(fā)電廠部件腐蝕會限制其功能，縮短使用壽命：由于腐蝕產(chǎn)物的體積增加，滑動接觸部件的尺寸會增大，會導(dǎo)致活動部件的卡澀，腐蝕產(chǎn)物的脫落也會導(dǎo)致堵塞。表面經(jīng)受腐蝕引起的磨損，腐蝕物清除可導(dǎo)致截面厚度和應(yīng)力梯度的降低，降低了部件的承載能力。汽輪機(jī)在長時間停機(jī)期間，蒸汽和水通過敞口進(jìn)入設(shè)備，在溫度低的部件冷凝，導(dǎo)致設(shè)備和部件的腐蝕。[2]

1 干燥空氣保養(yǎng)條件

在長時間停機(jī)期間，保護(hù)發(fā)電廠設(shè)備和系統(tǒng)免受蒸汽和水的腐蝕。當(dāng)蒸汽輪機(jī)廠內(nèi)以及汽輪機(jī)機(jī)房和工作臺面的相對空氣濕度ψ>50%時，并且由于溫度降至低于露點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)投入干燥空氣進(jìn)行保養(yǎng)。一般在汽輪機(jī)停機(jī)超過3天的情況下，為了防止汽輪機(jī)的腐蝕，建議進(jìn)行干燥空氣保養(yǎng)。由于偶爾停機(jī)（每年2-3次）時長不超過三天，即使排氣和密封蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)不運(yùn)行，也不需要干燥空氣的保養(yǎng)。但必須在第四天進(jìn)行干燥空氣保養(yǎng)，即大氣壓下的空氣已經(jīng)進(jìn)入蒸汽輪機(jī)設(shè)備中，并且當(dāng)溫度降至低于露點(diǎn)時，在冷汽輪機(jī)部件上存在冷凝形成的風(fēng)險。如果排氣和密封蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)行，直到汽輪機(jī)重新啟動，則不需要干燥空氣的保護(hù)措施。當(dāng)進(jìn)行干燥空氣保養(yǎng)時，必須考慮蒸汽輪機(jī)設(shè)備中的各種條件。必須特別注意低壓缸和冷凝器的主要濕度。在干燥空氣保養(yǎng)期間，蒸汽輪機(jī)可以是盤車運(yùn)行或停機(jī)狀態(tài)。通過蒸汽輪機(jī)和適當(dāng)?shù)拈y門操作完全排出外殼、設(shè)備和管道，可以避免在泄漏口處累積水和蒸汽或水的進(jìn)入。[3]

2 腐蝕機(jī)理

在長時間停機(jī)期間，發(fā)電廠所有組件和系統(tǒng)冷卻至室溫。如果溫度低于露點(diǎn)，這些部件和系統(tǒng)可能被冷凝形成的水腐蝕。如果汽輪機(jī)部件比潮濕的空氣溫度低，則熱量從空氣傳遞到部件。當(dāng)溫度下降到露點(diǎn)以下時，以蒸汽形式存在于空氣中的水會在部件表面上冷凝，形成水滴。在鋼部件的情況下，腐蝕過程由于水和氧的參與下通過微小的氧氣細(xì)胞開始。腐蝕機(jī)理如圖1腐蝕的部件表面所示。

金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時，陽極易失去電子，在陽極形成腐蝕，即金屬發(fā)生局部材料損失，導(dǎo)致嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕.[1]

鐵銹（Fe2O3·nH2O）由腐蝕形成一種疏松的產(chǎn)物。與母材相比，鐵銹的體積上有相當(dāng)大的增加，并從表面脫落下來。持續(xù)的表面脫落會使腐蝕過程一遍一遍的重復(fù)。腐蝕產(chǎn)物落在其他部件上，會產(chǎn)生新的局部腐蝕現(xiàn)象。

如果空氣中有腐蝕性氣體和水蒸氣會加劇腐蝕。這樣的氣體和水蒸汽通常不會以足以引起腐蝕的濃度存在于發(fā)電廠空氣氣氛中，除非該電廠位于化工廠附近。

3 外界因素影響

由于對大氣開放的發(fā)電廠區(qū)域的環(huán)境溫度的周期性波動，形成冷凝水。如圖2所示，不可避免汽輪機(jī)機(jī)房中的溫度波動也會導(dǎo)致部件和空氣中的溫度變化。除溫度變化外，空氣體積也發(fā)生變化。因此，通過軸封和其他不封閉部件空氣持續(xù)進(jìn)行交換。[4]

如果汽輪機(jī)部件比環(huán)境溫度冷，空氣將把部件加熱。如當(dāng)溫度下降到露點(diǎn)，空氣攜帶著水以水蒸氣濃縮的方式在冷的部件表面上形成水滴。[5]

在圖3中，將要達(dá)到的露點(diǎn)（ψ= 100%）所需的溫差Δθ繪制為空氣溫度θ和相對濕度φ的函數(shù)。

很明顯，在較高相對濕度水平下，甚至溫度的微小變化足以達(dá)到露點(diǎn)。濕度一定，溫度越低，溫差越小，容易發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。環(huán)境溫度與相對濕度關(guān)聯(lián)，干燥的環(huán)境（沙漠）下，氣溫再高金屬也不容易銹蝕。當(dāng)相對濕度達(dá)到臨界值時，溫度的影響明顯加劇，溫度每增加10℃，銹蝕速度提高兩倍。因此，在濕熱帶或雨季，氣溫越高，銹蝕越嚴(yán)重。

從圖4可以看出，在相對濕度60%以上，鋼鐵的腐蝕速率隨著濕度的增加而顯著上升。

另一方面，只要相對濕度低于ψ<50%，就可以相當(dāng)程度地防止腐蝕。這導(dǎo)致了干空氣保養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，取代了以前使用的熱空氣保養(yǎng)方法。

空氣中相對濕度越高，金屬表面水膜越厚，空氣中的氧透過水膜到金屬表面作用。相對濕度達(dá)到一定數(shù)值時，腐蝕速度大幅上升，這個數(shù)值稱為臨界相對濕度，鋼的臨界相對濕度約為60%。

氣中含有鹽霧、二氧化硫、硫化氫和灰塵時，會加速腐蝕，因此，不同環(huán)境下受腐蝕的大小差別是明顯的，城市高于農(nóng)村；工業(yè)區(qū)高于生活區(qū)；沿海高于內(nèi)陸；高粉塵高于低粉塵。

4 干燥空氣保養(yǎng)

干燥空氣保養(yǎng)過程需要使用圖5中所示的干燥器，將干燥空氣把導(dǎo)致腐蝕的高濕度空氣代替。從大氣中抽取的空氣通過過濾器，并在旋轉(zhuǎn)的干燥盤中除濕。干燥空氣通過軟管送到要保養(yǎng)的區(qū)域。

在吸附扇區(qū)，干燥的輪盤逐漸充滿濕氣。輪盤的旋轉(zhuǎn)移動這部分扇區(qū)到再生扇區(qū)，使用熱空氣對此扇區(qū)進(jìn)行干燥。在此干燥空氣的維持程序啟動的幾小時后，相對潮濕度就會發(fā)生下降趨勢。干燥器具有比熱風(fēng)設(shè)備低得多的功率消耗，且在電廠停機(jī)期間可以保持連續(xù)運(yùn)行。

干燥空氣保養(yǎng)期間，必須監(jiān)測要保養(yǎng)區(qū)域的濕度，濕度的增加可能是由于干燥器中的過濾器堵塞引起的，因此，過濾器必須定期清潔。在沒有過濾器的情況下運(yùn)行干燥器是不可取的因?yàn)檫@會導(dǎo)致輪盤的細(xì)輸送管的堵塞。

在長時間的停機(jī)情況下，必須保護(hù)電站部件和系統(tǒng)中的蒸汽和水以免被腐蝕。汽輪機(jī)上提供連接干燥器的接頭，濕空氣通過疏水口，凝汽器，軸封泄漏出來，干燥空氣保養(yǎng)流程如圖6所示。

高壓缸——法蘭在高壓主汽閥上，控制閥必須打開并保持打開讓干燥空氣進(jìn)入，主汽閥保持關(guān)閉。

軸封——潮濕的空氣通過高壓汽輪機(jī)的軸封漏出來。

中壓缸——法蘭在中低壓連通管上，為了維持干燥空氣，所有的中壓閥門保持關(guān)閉。

中壓控制閥的疏水——疏水打開，只有一個到凝器汽的接口，潮濕空氣可以從這里除去。

低壓缸——法蘭在中低壓連通管上、法蘭在凝汽器上，潮濕空氣被輸送到凝汽器。

干燥器的連接接口在高壓控制閥上提供，給高壓缸供應(yīng)干燥空氣。干燥空氣進(jìn)入時，潮濕空氣從軸封處流出。中低壓連通管上提供兩個法蘭用于供應(yīng)中壓缸和低壓缸的干燥空氣。干燥空氣的一部分逆著正常的流向，從中壓缸的出口到蒸汽進(jìn)口。潮濕空氣通過中壓控制閥的疏水閥輸送到凝汽器。另一部分通過正常的流向，從低壓缸的蒸汽進(jìn)口直到凝汽器的外法蘭。為了弄清楚汽輪機(jī)部分的流向，控制閥在盤車運(yùn)轉(zhuǎn)時須打開，而主汽閥須關(guān)閉。為了控制這些復(fù)雜的順序，“打開控制閥”用于自動引起必要的步驟和監(jiān)視同步的實(shí)現(xiàn)?！按蜷_控制閥”是手動執(zhí)行的。

5 總結(jié)

本文分析了鋼鐵受蒸汽和水的腐蝕機(jī)理以及影響因素，金屬腐蝕過程中電化學(xué)反應(yīng)加速了腐蝕速率，主要因素是溫度和相對濕度以及環(huán)境中具有腐蝕的氣氛。闡述了汽輪機(jī)干燥空氣保養(yǎng)系統(tǒng)，在汽輪機(jī)停機(jī)超過三天的情況下，投入干燥空氣保養(yǎng)，防止部件和系統(tǒng)腐蝕。隨著汽輪機(jī)干燥空氣保養(yǎng)技術(shù)的運(yùn)用，防止了汽輪機(jī)相關(guān)部件和系統(tǒng)的腐蝕，延長了使用壽命，對電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理[M].北京：中國石化，2007.

[2]范工業(yè).汽輪機(jī)金屬銹蝕的原因分析與防腐措施范工業(yè)[J].全面腐蝕控制，2007，（3）.

[3]暢海芳.汽輪機(jī)系統(tǒng)停運(yùn)后的腐蝕和防腐措施[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2006，48（5）395-397.

[4]Siemens Steam Turbines Operating and Maintenance Manual[M].SIEMENS.

[5]馬厚義，崔聰穎，陳婷.金屬腐蝕與防護(hù)簡談[J].電化學(xué)，2011.03.

作者簡介：靳振歡（1984-），男，碩士，中級工程師，從事燃機(jī)、汽輪機(jī)調(diào)試及性能試驗(yàn)工作。