凝汽器簡介：

1. 凝汽器是將汽輪機排汽冷凝成水的一種換熱器，又稱冷凝器。按蒸汽凝結(jié)方式的不同凝汽器可分為表面式（也稱間壁式）和混合式（也稱接觸式）兩類。在表面式凝汽器中，與冷卻介質(zhì)隔開的蒸汽在冷卻壁面上（通常為金屬管子）被冷凝成液體。冷卻介質(zhì)可以是水或空氣。本文主要討論表面式（間壁式）的陰極保護。

2. 凝汽器的腐蝕

   凝汽器管材主要有以下幾種：（1）銅合金，凝汽器主凝結(jié)區(qū)用的多是黃銅，空冷區(qū)和頂部幾層用白銅；（2）不銹鋼，在淡水、微咸水、咸水中使用的奧氏體不銹鋼主要是Fe、Cr、Ni的合金，比如美國AISI300系列不銹鋼；（3）工業(yè)純鈦，高純度鈦強度低，塑性好，耐腐蝕。工業(yè)純鈦含有少量鐵、硅、氮、氫、氧等雜質(zhì)，增大了強度，降低了塑性，凝汽器管多選用ASTM SB 338 Gr.2標(biāo)準(zhǔn)的焊接鈦管。

   在實際運用中，在凝汽器中除了常見化學(xué)腐蝕、各種不同金屬的混用，不同金屬之間的直接接觸，很容易導(dǎo)致嚴(yán)重的電偶腐蝕。另外，由于運行環(huán)境條件所限，冷卻水的水質(zhì)好壞直接影響其對凝汽器部件的腐蝕程度。比如附件如果有污水排放，或者含鹽量較高，對該凝汽器的冷卻水管的腐蝕是非常大的。最后由于腐蝕造成設(shè)備提早報廢、停產(chǎn)、重新購買材料、安裝，期中的耗費時間、費用、人力等損失是非常驚人的。

3. 凝汽器陰極保護

   目前，傳統(tǒng)的涂層對凝汽器的保護并不是具有很理想的效果，因為在實際運用中，涂層很難做到100%，而且實際安裝過程也很容易破壞涂層。另外，隨著時間推移，涂層老化、開裂等直接導(dǎo)致凝汽器防腐蝕的失效。在普通涂層中，分子之間也存在不小的孔隙，冷卻水中的離子很容易穿過涂層滲透進入管材，也很難保證凝汽器防腐蝕的有效性。

   陰極保護解決了涂層很難做到的防腐蝕難題，因為其有效、經(jīng)濟、省事等優(yōu)點，在國內(nèi)外的冷凝器的陰極保護工程中，也取得良好的應(yīng)用實踐。

   陰極保護原理是基于金屬結(jié)構(gòu)提供陰極電流的方法，使金屬電位降低（陰極極化），使得金屬不容易失去電子變?yōu)檠趸餇顟B(tài)。根據(jù)陰極保護的方法不同，分為外加電流和犧牲陽極兩張陰極保護方法。兩種方法都有其優(yōu)缺點，在淡水中，由于水的電阻率較高，犧牲陽極的驅(qū)動電壓較小，輸出的電流有限，而且輸出電流不能調(diào)節(jié)，隨著犧牲陽極表面的反應(yīng)產(chǎn)物生成、陽極縮小等都會造成防腐蝕的失效，另外犧牲陽極壽命一般為3-5年，超期使用也會導(dǎo)致陰極保護的失效，還有就是某些管件更換犧牲陽極也是很復(fù)雜的工作。外加電流的陰極保護方法，有不少優(yōu)點，電位可以自動或者手動調(diào)節(jié)，非常方便操作，尤其是接觸的水質(zhì)發(fā)生改變的時候，外加電流有著不可比擬的優(yōu)勢，可以更改輸出電壓來使得受保護的管件在合理正常的陰極保護中。外加電流的使用壽命一般取決于陽極的壽命，使用新型的MMO陽極，使用壽命可以長達15-20年。

   當(dāng)然陰極保護也有其局限之處，就是其保護環(huán)境必須是液體的環(huán)境，干燥的環(huán)境只能使用涂層作為防腐蝕保護。

4. 凝汽器陰極保護技術(shù)的應(yīng)用案例

1. 某電廠7號機組凝汽器概況

   某電廠7號機組容量為100MW凝汽器式火力發(fā)電機組，凝汽器為對分雙流表面式，所用的銅管牌號為HSn-70-1A，銅管數(shù)量為10336根，冷卻表面為6815m2,1992年全部更換為銅管后使用2年即開始發(fā)生點蝕穿孔泄露，1997年就因銅管泄露停機9次。同時7號機組凝汽器的管板曾于1997年刷涂涂料，然而僅一年后，管板表面就出現(xiàn)了明顯的局部腐蝕，7號機組的銅管泄露與管板的腐蝕使得機組難以連續(xù)滿載發(fā)電，成為完成發(fā)電計劃的重大障礙。為防止腐蝕繼續(xù)發(fā)展和擴展，在7號凝汽器上采用外加電流式陰極保護技術(shù)與耐腐蝕涂料的聯(lián)合防腐蝕保護措施。

2. 該電廠7號機組凝汽器陰極保護防腐蝕系統(tǒng)

   凝汽器外加電流的陰極保護系統(tǒng)主要由自動控制的恒電位儀、輔助陽極及參比電極等組成。

   輔助陽極選用新型金屬鉑鈮陽極，這種陽極屬于不溶性陽極，可保證長期使用，具有排流量大、電流發(fā)射均勻、覆蓋面積大、消耗量低、可靠性高、重量輕、安裝方便、機械性能和穩(wěn)定性能好等特點。

   參比電極采用了在淡水中電極電位穩(wěn)定、電位波動小的高純鋅材料。電極設(shè)計為有特殊的密封結(jié)構(gòu)的直棒型。

   根據(jù)凝汽器的結(jié)構(gòu)、冷卻水質(zhì)和水室中水動力工況等因素，7號機組凝汽器陰極保護設(shè)計為多點分散控制式。

   為了保障和增強管板及銅管管束末端部位及脹口處的保護，同時減少陰極保護裝置的功率，在7號機凝汽器中設(shè)計了室內(nèi)涂裝耐腐蝕沖刷涂層。實際上7號機組凝汽器的防腐蝕工程是陰極保護與涂層裝保護的聯(lián)合防腐蝕方法。

3. 該電廠7號凝汽器陰極保護防腐蝕效果

   7號凝汽器陰極保護防腐蝕系統(tǒng)于1998年11月15日投入運行

1. 管板與銅管頂端的腐蝕被抑制

   在該系統(tǒng)投入運行的停機檢查中看到原先的管板上，尤其是銅官區(qū)存在的較嚴(yán)重的局部腐蝕發(fā)展被抑制，原先的蝕坑中及管板上已無明顯的黃褐色腐蝕產(chǎn)物的堆積。管板端內(nèi)壁無點蝕等腐蝕的發(fā)展，表面無堿式碳酸銅等產(chǎn)物痕跡。

2. 降低了銅合金平均腐蝕速率

   銅管安裝的監(jiān)測測試片的表面狀況和重量的檢查也可以說服力的說明陰極保護系統(tǒng)投運后防止凝汽器腐蝕的效果。

   在凝汽器中330天未收到保護的黃銅試片的表面狀況可以看到，試片表面的黃褐色的堿式碳酸銅及白色的氫氧化鋅等腐蝕產(chǎn)物附著，表面在未收到外加電流陰極保護時，銅合金材料在機組冷卻水中存在明顯腐蝕。由試片的失重量可測出平均腐蝕速率達到0.022mm/a。

   在凝汽器中330天受外加電流的陰極保護銅片的表面狀況。從照片可以看出，黃銅片表面光潔，基本無腐蝕產(chǎn)物的沉積。表面有一層牢固的紅黑色氧化亞銅和氧化銅層。由試片失重量測得，在受到陰極保護作用下，黃銅材料的平均腐蝕速率降到了0.0015mm/a。

   7號機組凝汽器在陰極保護工況下對黃銅平均腐蝕速率的減少達到93%以上。

1. 印制碳鋼局部腐蝕傾向，降低碳鋼的平均腐蝕速率

   在凝汽器中330天未受外加電流陰極保護的碳鋼試片的表面狀況可以清楚地看出，碳鋼試片表面腐蝕嚴(yán)重，呈明顯的局部腐蝕—潰瘍性腐蝕坑形態(tài)。降表面附著的腐蝕產(chǎn)物去掉后，可見較深的腐蝕坑，并已經(jīng)大于1mm。此外，還可見試片邊緣已經(jīng)腐蝕缺損。由試片失重量可算出在該工況下，碳鋼的平均腐蝕速率為0.57mm/a。

   試片表面無潰瘍狀局部腐蝕，附著一層疏松的黃褐色沉淀物。除去表面附著物后，試片表面平整無坑。此外，試片邊緣無缺損。從測定是的受陰極保護工況下，碳鋼的平均腐蝕速率減小到0.0144mm/a。

   7號機組凝汽器陰極保護狀態(tài)工況下，對碳鋼平均腐蝕速率減少達到74.8%。

   碳鋼在淡水冷卻水中平均腐蝕速率不大，但常見的局部性孔蝕潰瘍狀的腐蝕，這對金屬結(jié)構(gòu)最危險的腐蝕形態(tài)。在凝汽器中因碳鋼管板與銅管直接脹接形成的電偶作用將加劇碳鋼管板的局部腐蝕發(fā)展。由試片所得的平均腐蝕速率不能直接反映這種局部孔蝕或潰瘍狀腐蝕程度和危害。而在實際工程中，如果金屬僅以不大可以接受的腐蝕速率均勻腐蝕，采用的保護措施可以減輕或者防止金屬發(fā)生這種危險的局部腐蝕形態(tài)，則表明這種防腐蝕措施是有效的。從對7號機組凝汽器管板的腐蝕檢查和試片表面狀況的評價說明陰極保護對防止管板腐蝕已取得明顯的效果。因此，7號凝汽器采用陰極保護防腐蝕是很有效的，陰極保護系統(tǒng)的控制也是適宜的。

2. 電廠7號機組凝汽器實施陰極保護的經(jīng)濟效益分析

   陰極保護不是一種表面處理的方法，它是一種從根本上穩(wěn)定金屬，降低金屬在冷卻水中腐蝕傾向的技術(shù)，它將帶來長期的效果，并且是一種十分有效、省事和經(jīng)濟的方法。

   在7號機組凝汽器實施的陰極保護防腐蝕措施不長的時間里，就已經(jīng)抑制了管板脹口附近及銅管端部的點蝕、脫鋅和電偶腐蝕，這將推遲銅管發(fā)生泄漏，延長機組因凝汽器銅管堵漏而損失的發(fā)電量和增加的勞務(wù)量，同時也因凝汽器減少或不泄露冷卻水而改善而提高了水的品質(zhì)，保證了給水品質(zhì)，使鍋爐結(jié)垢綠降低，提高了蒸汽品質(zhì)，從而改善了機組運行的安全經(jīng)濟性和可靠性，延長了大修周期，減少了臨修次數(shù)。

   目前，一臺100MW機組凝汽器的銅管價值及換銅管費用已經(jīng)在240萬左右。若銅管延長壽命一年，相當(dāng)于獲得了年經(jīng)濟效益12萬左右。若減少凝汽器銅管泄露檢測和堵漏次數(shù)，帶來的經(jīng)濟效益是明顯的。如果考慮到100MW機組一天的發(fā)電量近300萬kWh，停電一天會給電廠帶來的直接經(jīng)濟損失近40萬左右，間接損失則更大。如因腐蝕而是銅管損壞至無法修補，則損失是難以估計的。此外，提高機組運行安全可靠性和減少機組維修等也會帶來明顯的經(jīng)濟效益。

   7號機組凝汽器陰極保護防腐蝕系統(tǒng)一次性投資及維護費用，一年不到1.8萬，與其它的防腐蝕措施費用相比是相對較少、節(jié)省的。

   因此凝汽器中采用陰極保護系統(tǒng)防腐蝕可以獲得很高的投入產(chǎn)出回報，并且生產(chǎn)管理簡單，維護工作量極小，因而這項技術(shù)有較大的經(jīng)濟社會效益，極具推廣應(yīng)用價值。