發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線受內(nèi)冷水腐蝕的機(jī)理及防護(hù)

編號(hào)：SM-ZD-26337發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線受內(nèi)冷水腐蝕的機(jī)理及防護(hù)Throughtheprocessagreementtoachieveaunifiedactionpolicyfordifferentpeople,soastocoordinateaction,reduceblindness,andmaketheworkorderly.編制：____________________審核：____________________批準(zhǔn)：____________________本文檔下載后可任意修改FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線受內(nèi)冷水腐蝕的機(jī)理及防護(hù)簡(jiǎn)介：該方案資料適用于公司或組織通過(guò)合理化地制定計(jì)劃，達(dá)成上下級(jí)或不同的人員之間形成統(tǒng)一的行動(dòng)方針，明確執(zhí)行目標(biāo)，工作內(nèi)容，執(zhí)行方式，執(zhí)行進(jìn)度，從而使整體計(jì)劃目標(biāo)統(tǒng)一，行動(dòng)協(xié)調(diào)，過(guò)程有條不紊。文檔可直接下載或修改，使用時(shí)請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀內(nèi)容。我國(guó)有相當(dāng)數(shù)量在線運(yùn)行的發(fā)電機(jī)采用直接水冷方式進(jìn)行冷卻，有的采用單水內(nèi)冷，有的采用雙水內(nèi)冷。對(duì)于它的腐蝕性，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行過(guò)大量的試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，對(duì)影響銅導(dǎo)線腐蝕的許多重要因素有了較深入的了解，并采取過(guò)一些相應(yīng)的預(yù)防措施，即使如此，運(yùn)行中的電機(jī)銅導(dǎo)線的腐蝕事故仍然時(shí)有報(bào)導(dǎo)。本文將對(duì)銅導(dǎo)線腐蝕的機(jī)理和銅導(dǎo)線的防腐作一些探討。銅導(dǎo)線的腐蝕機(jī)理發(fā)電機(jī)銅導(dǎo)線的材質(zhì)一般為紫銅，在不加保護(hù)的情況下，其腐蝕速率一般為 0．002～0．05g／（m2·h），氧是主要的腐蝕劑，水中二氧化碳的含量和 pH值對(duì)腐蝕程度影響較大。在ρ（O2）＝0．1～2mg/L,p(CO2)=1-5mg/L,pH=6.5-第2頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE7.8的條件下，溶解的氧與銅相互作用，形成氧化膜：這些氧化銅會(huì)均勻地覆蓋在銅表面上，它的保護(hù)性能較差，不能防止基體腐蝕過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)生。腐蝕過(guò)程中，腐蝕形成的一價(jià)銅離子被溶解氧氧化為二價(jià)銅離子，在沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的保護(hù)措施時(shí)，腐蝕強(qiáng)度便取決于氧的濃度和 Cu2＋的含量。但是，當(dāng)發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，銅導(dǎo)線的腐蝕與氧化銅的形成過(guò)程有關(guān)，氧化銅的形成速度取決于銅離子的含量、溶液的pH值和溫度。要使溶液中的氧化銅沉淀， 必須使Cu2＋濃度高于 CuO的溶解度；反之，氧化物溶解。氧化銅溶解曲線如圖 1所示。當(dāng)pH由3增加到7時(shí)，銅氧化物飽和溶液濃度由 1mol／L減少到10－9mol／L；pH為7～9之間時(shí)，氧化銅的溶解得到緩沖；進(jìn)一步提高 pH會(huì)引起溶解度急劇增大，結(jié)果在溶液中形成陰離子和。在實(shí)踐中，甚至于當(dāng) Cu2＋的濃度可能最小時(shí)，也大大超過(guò)CuO的溶解度，即所有的實(shí)際溶液都是熱不穩(wěn)定的。為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？應(yīng)該說(shuō)是 Cu2＋在內(nèi)冷水中以第3頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE膠體狀態(tài)存在的緣故。實(shí)際上，氧化銅的溶解度受溫度的影響特別大。 在pH≤7時(shí)，溶解度隨溫度的升高而急劇下降；當(dāng) pH≥9時(shí)，氧化銅在水中的平衡濃度呈現(xiàn)出很強(qiáng)的相反特性——溶解度隨溫度的增加而增加；當(dāng) 7≤pH≤9時(shí)，溶解度最小。銅導(dǎo)線腐蝕的影響因素2．1 氧水中氧飽和時(shí)，氧的質(zhì)量濃度為 6～13mg／L；當(dāng)水與空氣直接接觸時(shí)，水中氧的質(zhì)量濃度為 1．4～3．2mg／L。實(shí)驗(yàn)證明，在工作溫度下飽和氧的質(zhì)量濃度為 0．3～2．0mg／L時(shí)，腐蝕特別嚴(yán)重；當(dāng)氧的質(zhì)量濃度進(jìn)一步增加到 12mg／L時(shí)，腐蝕情況實(shí)際上變化甚微， 這是因?yàn)樾纬闪?Cu2O保護(hù)膜的緣故；氧的質(zhì)量濃度為 0．3～10mg／L時(shí)，腐蝕值改變，但并不那么激烈。2．2 二氧化碳二氧化碳對(duì)于冷卻水系統(tǒng)的防腐是極為不利的。它主要有兩方面的危害：其一，二氧化碳溶于水后使水的 pH降低，氧化銅的溶解度增大；其二，它可以參與化學(xué)反應(yīng)，使銅的第4頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE氧化腐蝕產(chǎn)物由 Cu2 O轉(zhuǎn)化為堿式碳酸銅 2CuCO32CuOH）2，該物質(zhì)是一種脆弱的腐蝕產(chǎn)物，在水流的沖刷下極易剝落。總之，二氧化碳破壞了初始氧化層的保護(hù)作用，使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行下去，并且其腐蝕速度隨溶解在水中的二氧化碳質(zhì)量濃度的增大而增大。2．3 內(nèi)冷水2．3．1 電導(dǎo)率水的電導(dǎo)率對(duì)銅的腐蝕影響很大，一般認(rèn)為內(nèi)冷水的電導(dǎo)率維持在 1～10μS／cm范圍內(nèi)較好，超過(guò)此值，腐蝕會(huì)顯著增加。當(dāng)電導(dǎo)率不大于 1μS／cm時(shí)，水中的電介損失固然會(huì)減小，但同時(shí)使銅的溶解度大大增加。純水是一種很強(qiáng)的、能溶解很多物質(zhì)的溶劑，金屬在水中具有一定的可溶性。與它們的化合物相比，除鉑、金外，金屬都具有比較高的自由能，具有通過(guò)反應(yīng)形成氧化物和其它化合物，從而達(dá)到較高穩(wěn)定性的趨勢(shì)。即使撇開(kāi)氧化的因素，金屬也能以離子或自由微粒的狀態(tài)直接溶于水中，其自由能越大，在水中的可溶性也越大。水中溶解的金屬會(huì)使電導(dǎo)率增加，采用不第5頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE斷清除溶解金屬的辦法，使內(nèi)冷水電導(dǎo)率維持在較低范圍內(nèi)，卻又會(huì)使銅的溶解速度增大。所以，從腐蝕的觀點(diǎn)看，電導(dǎo)率過(guò)低并非好事。有資料表明，當(dāng)水的電導(dǎo)率由 1μS／cm減小到0．5μS／cm時(shí)，銅的腐蝕增加了 1．8倍；當(dāng)電導(dǎo)率減小到0．2μS／cm時(shí)，其腐蝕增加了 35倍。如圖2所示。水中存在溶解氣體、金屬和鹽類(lèi)氧化物，以及其它有機(jī)物，這些眾多的雜質(zhì)使水具有導(dǎo)電性，也對(duì)銅產(chǎn)生了腐蝕性作用，這就直接反映出了電導(dǎo)率越高，腐蝕性越強(qiáng)的關(guān)系。但是，在一定范圍內(nèi)，電導(dǎo)率的升高引起腐蝕加快的速度不及電導(dǎo)率太低引起腐蝕加快的速度。2．3．2 溫度一般地說(shuō)，溫度升高，腐蝕速度也會(huì)增加。對(duì)于密閉式隔離系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，溫度升高，氧化作用加快，固體在水中的溶解加快，導(dǎo)致腐蝕加快。對(duì)于敞開(kāi)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，一方面溫度升高產(chǎn)生上述現(xiàn)象，使腐蝕加快；另一方面溫度升高會(huì)使水中氣體溶解度降低，減緩腐蝕。在敞開(kāi)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)中，溫度由 30℃升到60℃時(shí)，腐蝕逐漸加大；溫度繼續(xù)上升，腐蝕逐漸減小，形成一種所謂的 "中間大，兩頭小"狀態(tài)。第6頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE2．3．3 流速冷卻水的流動(dòng)產(chǎn)生兩方面的影響：a）水的流速越高，機(jī)械磨損越大。資料表明：當(dāng)電解銅空心線內(nèi)冷卻水的流速為 0．2m／s時(shí)，月腐蝕量約為 0．7mg／cm2；當(dāng)水的流速達(dá)到 1．65m／s時(shí)，月腐蝕量可達(dá)2mg／cm2；水的流速超過(guò) 5m／s時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。實(shí)際生產(chǎn)的電機(jī)其耐磨性比電解銅要好，當(dāng)水流速度為m／s時(shí)，需要350年時(shí)間，空心銅線內(nèi)表面磨損深度才達(dá)到0．15mm，這說(shuō)明空心銅導(dǎo)線有相當(dāng)長(zhǎng)的壽命。在進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，水流速度計(jì)算值一般小于 2m／s，與其它腐蝕相比，水流動(dòng)引起的機(jī)械磨損并不重要。b）水的流動(dòng)會(huì)加速水中腐蝕性物質(zhì)向金屬表面遷移， 并破壞鈍化膜。大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，銅的腐蝕速度會(huì)隨流速的增大而增大。2．3．4 pH在水中，銅的電極電位低于氧的電極電位。從化學(xué)熱力學(xué)的觀點(diǎn)看，銅是能被氧化腐蝕的。腐蝕反應(yīng)能否不斷地進(jìn)行下去，取決于腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)。如果它在銅表面的沉積速第7頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE度很快，而且又很致密，就起到了保護(hù)作用，即形成了所謂的保護(hù)膜；反之，腐蝕沉積物不能形成保護(hù)膜，腐蝕就會(huì)不斷地進(jìn)行下去。銅的氧化膜的形成和防腐性能， 與溶液的pH值關(guān)系密切。提高介質(zhì)的 pH值，可降低氧化銅的溶解度，但過(guò)高的pH值會(huì)使CuO轉(zhuǎn)變成，使保護(hù)膜溶解。實(shí)際上，在水中銅的自然腐蝕電位為 0．2～0．3V，對(duì)照poubix 電位—pH圖可知，pH＝7～10，銅處于最穩(wěn)定狀態(tài)，腐蝕速度最小。氨是一種常用的 pH調(diào)節(jié)劑。但由于它可能與銅離子形成穩(wěn)定的銅氨絡(luò)合物，加速銅的腐蝕，所以有人認(rèn)為：水中有溶解氧時(shí)，氨會(huì)大大加快銅的溶解，原因是形成了極易溶解的四氨化銅的復(fù)離子［Cu（NH3）4］2＋。其實(shí)，這種認(rèn)識(shí)是片面的。實(shí)際上，氨對(duì)銅的腐蝕是有條件的，對(duì)于這一點(diǎn)，國(guó)外早已有過(guò)報(bào)導(dǎo)，國(guó)內(nèi)也有同樣的研究報(bào)告。早些年國(guó)內(nèi)有過(guò)對(duì)凝結(jié)水銅管處理的報(bào)導(dǎo)：在氧的質(zhì)量濃度為10～650μg／L時(shí)，用氨調(diào)節(jié)凝結(jié)水中pH值，當(dāng)pH為6．0～6．5時(shí)，銅的損失率為0．2g／（m2·天；）當(dāng)pH為8．0～8．5時(shí)，銅的損失率為0．002g／（m2·天；）當(dāng)氨的質(zhì)量第8頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE分?jǐn)?shù)超過(guò)10－5時(shí)，銅的損失明顯增加。以海軍銅為例進(jìn)行的試驗(yàn)研究證實(shí)， 在pH＝8．0～9．5時(shí)，銅的抗腐蝕性能良好； pH＞10時(shí)，其抗腐蝕性能明顯下降；pH從10上升到11時(shí)，腐蝕加速，可從每年的 2μm增加到2mm 以上，增加上千倍。只有氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大（超過(guò) 10－5）時(shí)，腐蝕才明顯增加。但是，在發(fā)電機(jī)這個(gè)特定環(huán)境和條件下，由于受電導(dǎo)率控制標(biāo)準(zhǔn)的限制，氨的含量不可能高到足以加速腐蝕發(fā)電機(jī)空心銅導(dǎo)線的地步。防腐方法對(duì)于發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水防腐的處理方法，國(guó)內(nèi)外有過(guò)一些報(bào)導(dǎo)，如采用密閉式隔離水冷系統(tǒng)，采用開(kāi)式水冷系統(tǒng)，采用連續(xù)補(bǔ)水、連續(xù)排放方式，加緩蝕劑處理等等。3．1 密閉式隔離水冷系統(tǒng)在系統(tǒng)內(nèi)保持一定壓力的惰性氣體———氮?dú)饣驓錃猓錃鈱?duì)有氫冷系統(tǒng)的機(jī)組而言） ，使氧和二氧化碳不能進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)防止氧腐蝕和二氧化碳酸性腐蝕起到一定作用。它的條件是系統(tǒng)必須嚴(yán)密，使用脫氧脫碳水，并引入離子交第9頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE換系統(tǒng)，所以操作起來(lái)比較麻煩。3．2 開(kāi)式水冷系統(tǒng)將汽輪機(jī)的凝結(jié)水引入到內(nèi)冷水系統(tǒng)中，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻后又回水到凝汽器中。 這是因?yàn)槟Y(jié)水的 pH值比較高，對(duì)防腐有利。但是，人們擔(dān)心內(nèi)冷水含銅量的增加會(huì)引起鍋爐水質(zhì)的銅含量增加，影響鍋爐的安全性。當(dāng)給水、爐水含銅量增加時(shí)，會(huì)使水冷壁管的腐蝕加速，反應(yīng)如下：由于有可能存在腐蝕的危險(xiǎn)，所以必須通過(guò)試驗(yàn)才能確定采用開(kāi)式水冷系統(tǒng)是否可行。3．3 連續(xù)補(bǔ)水、連續(xù)排放方式國(guó)內(nèi)一些電廠采用內(nèi)冷水系統(tǒng)連續(xù)排放、連續(xù)補(bǔ)充（含氨）凝結(jié)水的方式。排放水量依據(jù)電導(dǎo)率和含銅量來(lái)確定，方法是從內(nèi)冷水水箱上部溢流，從而達(dá)到降低水中含銅量的目的。這種方法操作簡(jiǎn)單，但實(shí)際上沒(méi)有起到防腐作用，并且用水量大，不好控制各種指標(biāo)。3．4 添加緩蝕劑原蘇聯(lián)的一些發(fā)電廠，在密閉式水冷系統(tǒng)中加入一些聯(lián)胺，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（ 0．5～1）×10－3，電導(dǎo)率可控制在很低第10頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE范圍內(nèi)，防腐效果相當(dāng)好。聯(lián)胺的防腐作用不言而喻，但其要求系統(tǒng)密閉，且藥品對(duì)人體有一定的毒害作用，故使用起來(lái)不太方便，因而不好推廣應(yīng)用。在20世紀(jì)80年代末90年代初，國(guó)內(nèi)許多發(fā)電廠采用了加MBT（2－硫基苯駢噻唑）的防腐處理方法。具體做法是：將MBT溶于NaOH 溶液內(nèi)制成母液，加入到內(nèi)冷水箱，維持MBT的質(zhì)量濃度在 0．5～8mg／L，電導(dǎo)率小于 10μS／cm。很明顯，這樣會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：因?yàn)?MBT不溶于水，要靠加NaOH 來(lái)溶解，必然會(huì)提高冷卻水的電導(dǎo)率， 這是其一；其二，MBT有可能析出，并沉積在空心銅導(dǎo)線內(nèi)壁，造成銅線散熱不良，或者發(fā)生空心銅導(dǎo)線堵塞事故。20世紀(jì)80年代末90年代初，湖南省各發(fā)電廠在發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)添加 BTA＋EA（苯駢三氮唑＋乙醇胺） 進(jìn)行防腐處理，收到一定效果。其做法是：將BTA溶于EA水溶液，加到內(nèi)冷水箱，維持 BTA起始質(zhì)量濃度為 10～15mg／L，電導(dǎo)率小于 10μS／cm。同樣，BTA不溶于水，要靠 EA來(lái)溶解，施行起來(lái)也容易出現(xiàn)與加 MBT藥品同樣的問(wèn)題。云浮發(fā)電廠的防腐措施第11頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE云浮發(fā)電廠現(xiàn)在運(yùn)行的是國(guó)產(chǎn) 125 MW 雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)組，1991年投產(chǎn)。其化學(xué)除鹽水在送主廠房前就已在除鹽水泵出口加了氨，加氨量由化學(xué)人員調(diào)節(jié)控制；除鹽水進(jìn)主廠房后可直接進(jìn)入內(nèi)冷水箱；另外，經(jīng)改進(jìn)后汽機(jī)凝結(jié)水也可直接進(jìn)入內(nèi)冷水箱。特別強(qiáng)調(diào)電導(dǎo)率，而不重視 pH和含銅量，這是很多發(fā)電廠的通病。開(kāi)始時(shí)，該廠對(duì)內(nèi)冷水也作過(guò)一些處理，但都是被動(dòng)的，僅僅是為了保證內(nèi)冷水的電導(dǎo)率合格而采取的措施，水的 pH值則長(zhǎng)期不合格，銅的質(zhì)量濃度亦長(zhǎng)期不合格，有時(shí)高達(dá) 1．2mg／L。1995年，電力部頒布實(shí)施了新的 《火力發(fā)電廠水汽監(jiān)督導(dǎo)則》，對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水的控制指標(biāo)作了重大修改， 其中電導(dǎo)率由原來(lái)的不大于 5μS／L改為不大于 10μS／L，這就為提高pH值創(chuàng)造了條件。根據(jù)以上條件和前面的分析研究，結(jié)合具體情況，云浮發(fā)電廠選擇了在內(nèi)冷水中加氨提高 pH值的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)空心銅導(dǎo)線的防腐處理。通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了前面2．3．4的理論研究是正確的。試驗(yàn)時(shí)，為確保發(fā)電機(jī)組絕對(duì)安全運(yùn)行，試驗(yàn)人員采取了謹(jǐn)慎的態(tài)度，把電導(dǎo)率控制在2～6μS／cm之間，所以pH的上升上限還沒(méi)有超第12頁(yè)/總14頁(yè)FS精編解決方案 |SOLUTIONTEMPLATE過(guò)8．5。然而，得出的結(jié)論是可行的。圖3是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果描繪出的 pH－ρ（Cu2＋）的相關(guān)性曲線圖。從圖 3可看出，pH與銅的溶解程度關(guān)系密切：當(dāng)pH＜