凝汽器铜管的腐蚀与防止

彭杰民，张春香，李晓军

（1.中电神头发电有限责任公司，山西 朔州 036011；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

凝汽器铜管的腐蚀与防止

彭杰民1，张春香2，李晓军2

（1.中电神头发电有限责任公司，山西 朔州 036011；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

减少凝汽器铜管腐蚀泄漏对火电厂安全运行非常重要。阐述了制造、安装和运行引起凝汽器铜管腐蚀的情况，分析了腐蚀产生的原因，对残碳膜、内应力、外应力、微生物腐蚀、水质控制和腐蚀监测等主要影响因素进行了探讨，提出了相应解决办法。

凝汽器；铜管；腐蚀；防止

0 前言

火电厂中凝汽器铜管腐蚀泄漏引起机组腐蚀、结垢和停运的事故时有发生，了解腐蚀损坏原因，减缓铜管腐蚀对延长使用寿命意义重大。引起铜管腐蚀的原因很多，危害程度也不尽相同，本文分析了一些主要的原因并提出了防止方法。

1 因制造原因引起的故障

1.1 残碳膜引起的电化学腐蚀

铜管内表面碳膜的产生与铜管在拉伸过程中所用润滑剂的添加量及退火所选择工艺条件等因素有关。这种有机润滑剂在退火过程中未能完全烧净，残留附着于铜管表面即形成碳膜，状态为黑色膜，也可以是透明膜。铜表面残碳膜含量达到30%（原子百分比）就可能出问题，而低于20%时通常不会发生因残碳膜引起的电化学腐蚀。

腐蚀的特点是，腐蚀速度快，腐蚀穿孔大多发生在运行3个月到1年的时间内。腐蚀主要由电化学腐蚀造成：碳膜电位较正，将提供有效的大阴极，表面膜破裂处所暴露出的铜基体电位较负是小阳极，将在残碳膜的破裂或缺陷处形成腐蚀电池。这将增加小阳极上的电流，大大加快小孔腐蚀的速度。小孔腐蚀一旦发生，腐蚀产物或沉积在铜管内表面的其他物质就成为氧的屏障。因为在腐蚀产物或沉积物的缝隙中，溶液是静止不动的，使得水中的溶解氧依靠缓慢的扩散过程到达金属表面，当腐蚀产物含有亚铜化合物时，还能化学吸收氧，未腐蚀的其他铜管表面由于水的流动而得到充分氧供应，这种氧的差异形成氧浓差电池，富氧部分为阴极，缺氧部分为阳极，进一步加剧腐蚀。

选择生产工艺先进的生产厂家，不使用有润滑剂的拉拔工艺，或有残碳膜的清洗工艺，防止腐蚀发生。已经有残碳膜的铜管，建议在投产前选择合适方法进行化学清洗。

1.2 防止铜管的内应力过大引起破裂

内应力可能是生产厂消除应力退火后残存的，也可能是因运输、搬运或保管不当受到碰撞、震动等原因所造成的。内应力过大的黄铜管在运行过程中会出现纵向裂纹。内应力的大小用通常氨熏方法进行检验，穿管前按0.2%抽管检查铜管内应力，有裂纹者为不合格，存在内应力的铜管应在350℃退火2～4 h以消除应力。

1.3 黄铜脱锌

火电厂所用的黄铜管以H68A和HSn70-1居多，这些黄铜管在制造过程和运行中金相组织、化学成分都可诱发脱锌现象，黄铜的颜色从原来的颜色变为红色就表明脱锌。H68A黄铜比HSn70-1脱锌倾向明显。

在黄铜合金中，添加微量As、Al和Sn等抑制剂，能有效抑制黄铜脱锌，其中最有效的是砷。一般在黄铜中加0.02%～0.03%的As，就可抑制脱锌腐蚀[1]。我国生产的黄铜管（不包括铝黄铜）都加有微量元素As。从国外进口的黄铜管有的不加As，很容易发生脱锌腐蚀。脱锌分两类，一类是层状脱锌，另一类是塞状脱锌，即凝汽器管出现像塞子一样的局部脱锌。引起脱锌腐蚀的因素及抑制方法如下。

a）元素成分：含锌量越高，越容易发生脱锌腐蚀。添加As、Sn、Al等微量元素可抵制脱锌腐蚀。

b）冶金因素：如果黄铜金相组织中存在α相和β相，富锌的β相可能发生局部腐蚀。有时β相先腐蚀，然后蔓延到α相。所以，在冶炼的过程中要做到金相组织均匀。

c）介质流速：在不流动的黄铜管内，很容易发生脱锌腐蚀。例如凝汽器黄铜管发生污堵后，1～2个月就可能因塞状脱锌而穿孔。为了防止发生脱锌腐蚀，一般要求管内流速不应低于1m/s，并应保持铜管内表面清洁。

2 因安装原因引起的故障

2.1 外应力引起裂纹

黄铜管安装过程中产生的碰撞往往在运行中会出现放射性的裂纹。越是靠近凝汽器空抽区，凝结水中氨的浓度就越高，受外应力影响的黄铜管越容易出现裂纹。白铜管、不锈钢管和钛管等即使有砸坑也一般不会出现裂纹。

2.2 胀管工艺顺序引起拉应力

在安装凝汽器铜管时，胀管次序很重要。由于胀管是挤压的过程，铜管要变长，刚开始胀的管子将受到以后每根管子叠加的拉应力。通常将凝汽器管板划分为几个区域，每个区域先胀一部分管子，然后逐渐胀满。由于胀口部位铜管被挤压，厚度会减薄，有时此部位附近会发生裂纹或断裂。

3 因运行原因引起的故障

3.1 水质控制的影响

3.1.1 循环水的pH值

铜锌合金的铜管（mCu/mZn=70/30）的最佳耐腐蚀的pH值范围与温度有关，见图1。

图1 温度、pH值对铜管腐蚀的影响

循环冷却水的温度不同，最佳的防腐pH值也有相应的变化，通常铜锌合金管（mCu/mZn=70/30）最佳的防腐 pH值与温度的关系为 pH=8.0+（t-30/60），t为循环水的温度。循环水的pH值应当控制在8左右，如果pH低于7腐蚀速度会急剧上升。

3.1.2 铜缓蚀剂

对于采用循环水冷却的电厂，常用添加铜缓蚀剂的方法防止铜管腐蚀，添加的铜缓蚀剂有巯基苯并噻唑（简称为MBT） 和苯并三氮唑（简称BTA）两种。BTA的耐氧化能力比MBT好。冷却水中有游离氯存在时，它的缓蚀能力下降，但在余氯消耗完后，它的缓蚀作用又会恢复。因此BTA既可以作为设备运行中的铜和铜合金的缓蚀剂，又可应用在铜和铜合金的镀膜工艺中。

3.1.3 铜管腐蚀在线监测

腐蚀在线监测通常由测量回路、测量传感器、测量仪器和信号输出等部件组成。通过腐蚀在线监测，可以确定凝汽器铜管的腐蚀速率，检验铜管防腐处理的效果，并调整防腐处理方式，使铜管的腐蚀速率降低到安全值（均匀腐蚀速度小于0.005 mm/a）[2]以下，同时减少防腐费用。

3.1.4 循环水冷却系统中微生物的控制

微生物种类很多，在冷却系统中引起问题的微生物主要有三类：藻类、细菌和真菌[3]。它们对白铜管的腐蚀往往比对黄铜管严重，这主要是黄铜管相对均匀腐蚀速度大些，腐蚀产物（铜离子）和黄铜管的加As都对微生物的生长繁殖起抑制作用。

对冷却水系统中微生物生长的控制，是通过控制冷却水中微生物数量来实现的。设置多种过滤设施，如拦污栅、活动滤网等，防止污染物进入系统；设置旁流处理，如旁流过滤、可以减少水中的悬浮物、粘泥和细菌。为了防止粘泥在凝汽器管内的附着，可采用胶球清洗，刷子清洗等方法，运行中还需要加入杀菌灭藻药剂等化学药剂。

3.2 机组运行管理因素的影响

3.2.1 避免振动引起腐蚀疲劳

腐蚀疲劳主要是由于凝汽器管振动，铜管受交变应力作用而产生的腐蚀。铜管振动引起铜管表面保护膜的局部损坏，在腐蚀介质的作用下，使铜管产生点蚀，甚至穿孔、断裂。此时，铜管产生横向裂纹，裂纹以穿晶为主。在铜管表面有时会出现一些针孔状的孔洞，孔洞周围无腐蚀产物。有时在铜管外侧还能发现铜管互相摩擦而减薄的迹象。以下几个措施可以防止铜管腐蚀疲劳。

a）合理设计凝汽器隔板间距。对于φ25mm× 1mm的铜管，隔板间距不应超过1.29m。

b）迎汽侧的管子产生振动，可采取加装防冲击挡板或在管束上采用插竹片或塑料夹等减振方法。

c）对进入凝汽器的各种辅助蒸汽、疏水都应加挡板，防止直接冲击凝汽器管，必要时采取防振动措施。

3.2.2 防止管口发生冲击腐蚀

冲击腐蚀的特征是，在铜管内表面有连成片的高低不平的凹坑，凹坑呈马蹄形，一般无明显腐蚀产物，表面一般呈金黄色。将铜管纵向剖开，用低倍放大镜观察断面，就能发现凹坑具有与水流方向相同的方向性。

冲击腐蚀一般发生在凝汽器铜管入口端100～150mm的位置。当铜管表面保护膜被破坏时，其破坏处为阳极，未破坏处为阴极，形成了腐蚀电池，引起铜管的损坏。

为了防止铜管的冲击腐蚀，可采用如下措施。

a）选用能形成高强度保护膜、耐冲击腐蚀的管材，如钛管、不锈钢管、铜镍合金管。

b）限制冷却水流速不超过2m/s。对铝黄铜管，悬浮物含量最好不超过20mg/L。

c）在铜管入口端部安装尼龙套管。在入口端易发生冲击腐蚀的100～150mm以内的涡流区用尼龙套管遮住。

d）在铜管入口端涂防腐涂料。通常在对凝汽器管板用防腐涂料防腐的同时，对铜管的入口端一起刷涂。

e）改善水室结构，使水流不在管端形成急剧变化的湍流。

f）进行硫酸亚铁成膜。

g）防止异物进入铜管。在铜管中异物会造成局部流速过大，产生涡流等而破坏保护膜。

3.2.3 防止停运腐蚀

停运时，滞留在铜管里的水会由于缺氧而使有机体产生氨和硫化物，以致损坏保护膜。还有可能因氧的浓差而产生腐蚀。

停运3天以内，应放掉冷却水，打开人孔门自然通风干燥；停运3天以上，必须排空、冲洗、干燥和保持敞开。

4 结束语

防止凝器铜管腐蚀应从设计选材、基建安装、生产运行全过程入手，重视和细化各阶段的管理工作，确保每一个阶段不会产生造成铜管严重腐蚀的因素存在，才能减少凝汽器腐蚀泄漏，保证机组安全运行。

［1］ 高秀山.火力发电厂循环冷却水处理［M］.北京：中国电力出版社，2002：167.

［2］ 曹长武.火力发电厂化学监督技术［M］.北京：中国电力出版社，2005：205.

［3］ 周本省.工业水处理技术［M］.北京：化学工业出版社，2008：123.

Corrosion and Prevention of the Condenser Brass Tubes

PENG Jiem in1，ZHANG Chunxiang2，LIXiaojun2
（1.CPIShentou Power Generation Co.，Ltd.，Shuozhou，Shanxi 036011，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Itwas important to reduce the condenser brass tubes leakage caused by corrosion for the safe operation of the thermal power plant.The situations of the corrosion caused bymanufacture，installation and operation ofbrass tubeswere described in this paper. The causes of corrosion were analyzed，themain influence factors such as residual carbon film，internal stress,external stress，microbial corrosion，waterquality controland corrosionmonitoringwere discussed，and the corresponding solutionswere proposed.

condenser；brass tubes；corrosion；prevention

TG172，TK264.1+1

A

1671-0320（2015）01-0053-03

2014-11-28，

2014-12-11

彭杰民（1961），男，山西忻州人，1982年毕业于大同电力学校热能动力专业，工程师，从事发电设备防腐防垢及水处理技术工作；

张春香（1968），女，山西榆次人，1990年毕业于太原电力高等专科学校热能动力专业，工程师，从事电厂化学技术工作；

李晓军（1980），男，山西朔州人，2006年毕业于太原理工大学化学工艺专业，研究生，工程师，从事电厂化学技术工作。