流动加速腐蚀对亚临界机组锅炉减温水管道的危害与防治

流动加速腐蚀对亚临界机组锅炉减温水管道的危害与防治

李轩昂张杰

（安徽淮南平圩发电有限责任公司232089）

摘要：随着存量亚临界机组运行时间的增加，许多给水氧含量处理很低的电厂减温水管道不断受到流动加速腐蚀（FAC）的危害。本文结合某电厂减温水管道严重减薄事例，介绍了FAC的原因及防治措施。

1、流动加速腐蚀（FAC）的原理

一般认为FAC金属在静水中腐蚀的一种延伸，不同的是FAC的氧化膜表面存在流体流动，这种流动使氧化膜溶解减薄速率大大增加。

FAC的影响因素较多，主要有以下几点：

1.1管道材质。研究表明Cr含量0.2%以上（如15CrMo、12Cr1MoV）可有效降低FAC速率。【1】

1.2流体氧含量。碳钢在流体中微量溶解氧的作用下生成疏松的氧化膜（Fe3O4），由于溶液中存在H+，氧化膜与水质溶液接触的部分会发生局部溶解。Fe离子在扩散驱动力下会逐渐扩散到主体溶液当中，并随流体被带走，此过程随着流体的运动不断进行，最终使该处材质不断腐蚀减薄。当流体氧含量增加时，疏松的Fe3O4氧化膜氧化为较为致密的Fe2O3氧化膜，该氧化膜对管材起到一层保护作用，FAC可得到极大遏制。

1.3流体流速及流体状态。在弯管、节流孔板、阀门、变径处或上述管件下游不远处，流体流速较大或为紊流，FAC速率加重明显。

1.4流体温度。FAC通常在90-230℃才导致破坏，腐蚀最大值出现在150-175℃之间.【2】

2、火电厂减温水管道FAC的现状

目前，FAC已经引起核电企业重视，相关研究较多。但在火电行业，针对FAC的研究多数还集中于汽机侧，如给水、凝结水相关管道，给水加热器被当做重点监视对象。大多数电厂对锅炉侧对FAC的认识还不够，甚至有些人对FAC一无所知，只是把它当做平常的流体冲刷对待。根据FAC的产生机理，锅炉减温水管道存在巨大的安全风险。首先，锅炉减温水取自给水系统，多数取自给水泵出口或给水泵抽头，温度恰好处于150-175℃左右，普遍采用碳钢材质。其次，对于亚临界机组，因以往凝汽器多为铜管，常见给水处理方式为AVT方式，氧量难以除尽，管道内表面又不足以形成致密氧化膜，非常有利于FAC现象的形成。最为致命的是，当前亚临界机组运行时间普遍较长，部分机组甚至接近20万小时，即使FAC速率较低，仍有减温水管道减薄爆裂风险。对于减温水用量较大的机组，尤其要关注FAC现象的发展。

3、火电厂减温水管道FAC的实例

图一为某亚临界机组过热器减温水母管割管检查图片（减薄位置为弯头焊缝下游）。

该过热器减温水管道材质为碳钢（20G），规格为Φ168×20mm，该管段累计运行时间约19万小时。测厚发现最薄处仅有4mm，超过100mm×100mm范围厚度低于7mm，存在非常大的爆裂风险。该管道进行检测，其结果显示的化学成分符合GB5310对相应钢种的要求、平均硬度值均满足DL/T438标准对该钢种的要求、室温拉伸性能满足GB5310-2008标准对相应钢种的要求、在金相显微镜蔡司“Axiover”200MAT下观察基体组织为珠光体+铁素体，晶粒度为6-7级，组织未见明显的老化特征、断口附近内表面凹坑电镜微观观察及能谱分析表明，减薄区主要为Fe和O的氧化膜，氧含量很低。综上检验结果分析，送检减温水母管的金相组织正常，化学成分和硬度值满足相关标准对20G钢的要求。宏观检查及微观检查发现，减温水母管内表面呈现为密密麻麻的蹄形凹坑（或鱼鳞坑状）形貌，此形状为典型的FAC形貌。减薄处放大形貌如图二。

4、火电厂减温水管道FAC的应对措施

目前，针对FAC问题及产生机理，应对方法有以下几种思路：

1、改变给水处理方式。传统的AVT方式为FAC提供了有利的氧环境。部分电厂将AVT（R）改为AVT（O）或将AVT（O）改为AVT（R）方式，但终归不能将氧除尽且无法形成致密氧化膜。部分电厂将AVT改为加氧处理，目的是提高氧含量，形成致密的Fe2O3氧化膜涉及到的改造较大，成本较高，且这种改造的前提是凝汽器为非铜管，因为给水中的氧会严重腐蚀铜合金管。

2、将减温水管道由碳钢改为铬钼系低合金钢。一般的300MW以上亚临界机组减温水管道要100米以上，且更换施工工作量很大，成本较高。

3、加强检查。不同于锅炉四大管道，炉外高压小管道由于数量多、无施工图纸等原因，是大多数电厂检查的薄弱点甚至盲点。减温水管道距离长，弯头、焊缝多，检查需要大量的打磨、测厚、保温、脚手架等工作量。

对比以上几种方法，加强检查是最经济的方法。为防止检查出现遗漏，可根据机组大小修甚至临检安排检查计划。对于减温水管件如弯头、流量孔板、阀门以及焊缝后方区域，在机组A级或B级检修时，对弯头、弯管背弧和其两侧直管段以及焊缝两侧直管段按不低于数量的20%进行测厚检查。后次A级或B级检修的抽查为前次未检区域，并重点检查质量较差、返修、壁厚减薄的部位循环检查。每次检查后做好材料归档，防止漏查、查重。

参考文献

【1】于涛流动加速腐蚀对碳钢管道的影响，电力与能源2095一1256（2016)03一0357一02

【2】张贤邵杰，低温环境下的流动加速腐蚀，能源研究与管理2015（2），1005-7676（2015）02-0025-04