第３０卷第２期２００９年６月电站辅机ＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＡｕｘｉｌｉａｒｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔＶｏＬ３０Ｎ０．２Ｊｕｎ．２００９文章编号：１６７２—０２１０（２００９）０２—０００５—０３高压加热器碳钢换热管及管板的冲蚀和腐蚀陈逸峰，赵佳呜（上海电气电站设备有限公司电站辅机厂．上海２０００９０）摘要：我国火电机组的高压加热器常使用碳钢管作为换热管，由于碳钢的抗冲蚀和耐腐蚀性能较差，因此，高压加热器换热管的爆管及管板被冲蚀情况屡有发生。不同的工况与水质都会加剧对挨热管的冲蚀和对管板的腐蚀，对这些情况进行具体分析．提出解决措施，控制被冲蚀和被腐蚀速度，才能使高压加热器的使用寿命达到设计值。关键词：碳钢；换热管；高压；加热器ｆ冲蚀；腐蚀；水位；ｐＨ值中图分类号：ＴＢ３５文献标识码：ＡＡｂｌａｔｉｏｎ＆ＣｏｒｒｏｓｉｏｎｔｏＣａｒｂｏｎＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅＴｕｂｅｓａｎｄＴｕｂｅｓｈｅｅｔｉｎＨＰＨｅａｔｅｒＣＨＥＮＹｉｆｅｒａｇ，ＺＨＡＯＪｉａｎ［１ｉｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＡｕｘｉｌｉａｒｙＥｑｕｉｐ．Ｗｏｒｋｓ，ＳｈａｎｇｈａｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＥｑｕｉｐ．Ｃｏ．．ＬｔｄＳｈａｎｇｈａｉ，２０００９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｔＵｂｅｉｓｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄａｓｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｔｕｂｅｉｎＨＰｈｅａｔｅｒｓｏｆｆｏｓｓｉｌｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｕｎｉｔｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｕｂｅｃｒａｃｋａｎｄｔｕｂｅ－ｓｈｅｅｔａｂｌａｔｉｏｎｉｎＨＰｈｅａｔｅｒｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｏｃｃｕｒｂｅｃａｕｓｅｏｆｐｏｏｒａｎｔｉ－ａｂｌａｔｉｏｎａｎｄａｎｔｉ－ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｅｄｏｒｍａｎｃｅｏｆｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ．ＡｂｌａｔｉｏｎｔＯｔｕｂｅｓａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｔＯｔｕｂｅ－ｓｈｅｅｔｗｉｌｌｂｅｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｗａｔｅｒ．ＴｈｅｗｏｒｋｉｎｇｌｉｆｅｗｏｕｌｄｃｏｍｅｔｏｄｅｓｉｇｎｏｎｅｏｆＨＰｈｅａｔｅｒｏｎｌｙｉｆｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓｗｏｕｌｄｂｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆａｂｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ；ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｔｕｂｅ；ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｈｅａｔｅｒ；ａｂｌａｔｉｏｎ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ；ｐＨｖａｌｕｅ１概述目前，国内常规火电机组的高压加热器，绝大多数使用的换热管材质是碳钢管，如ＳＡ５５６Ｇ￡２和１５Ｄ３等。
碳钢换热管被普遍选用的主要原因是价格低，且拥有很好的高温强度及较好的传热性能，但必须注意，当采用碳钢管作为换热管时其抗冲蚀和耐腐蚀能力较差。碳钢换热管在使用中，对所处的工况（主要是水质）非常敏感，这一特点未得到电厂业主或设备制造厂家的重视，由此，将会引发一系列问题。现针对采用碳钢管作为高加换热管所引起的冲蚀问题进行分析，提出相应的解决措施，期望能引起电厂业主和设备制造厂的重视。２换热管的冲蚀和腐蚀碳钢的抗腐特性较差，见表１。碳钢材质的加热器换热管对管侧和壳侧的冲蚀和腐蚀很敏感，在许多电厂都有发生过由于冲蚀和腐蚀造成高加爆管的情况。要避免高压加热器中碳钢换热管被冲蚀和腐蚀破坏，就必须探究其发生的原因。表１碳钢的抗腐特性耐氯化耐硫化材料耐氧腐蚀抗冲蚀物腐蚀物腐蚀碳钢较差较好较差差奥氏体不锈钢较好较差较好好收稿日期：２００９—０４—１４修回日期：２００９—０５—２１作者简介：陈逸峰（１９８１一），男。大学本科。助理工程师。现主要从事高、低压加热器的设计工作。５图１高压加热器结构简图２．１冲蚀目前，高压加热器的主流设计形式常由过热蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段三部分所构成。换热管发生冲蚀的位置常位于过热蒸汽冷却段出口区和疏水冷却段的进口区，见图１。
过热蒸汽冷却段的作用在于利用蒸汽的过热度，将给水加温至饱和温度甚至更高，如果过热蒸汽在过热蒸汽冷却段中就被冷却至饱和状态，过热蒸汽就变为了湿蒸汽，从而在过热蒸汽冷却段中（多靠近出口处）形成了汽液两相流。这股汽液两相流速度快、冲击大，对碳钢材质换热管的冲蚀更是非常明显。如要避免这种情况发生，应使过热蒸汽冷却段的换热面积富裕量不能设计得太大。疏水冷却段的进口区换热管冲蚀，常发生在采用卧式布置的高压加热器中，由于其特殊的虹吸结构，造成水位过低时，疏水会夹杂着蒸汽形成汽液两相流一起进入疏水冷却段，会对换热管形成冲蚀。因此，电厂在运行过程中，必须要防止疏水水位过低的情况发生。２．２腐蚀高加水压试验后应清除残留水分，运输周期较长及停运期间未加以防腐措施，也会使换热管发生腐蚀现象。所以，设备制造厂在对加热器水压试验后，应放尽高压加热器内试压的存水并进行烘干处理，再采用充氮保护，是防止换热管腐蚀的好方法，电厂长期停运期间也必须放尽残留水分并充氮保护。在运行中，换热管的进口端被冲蚀的现象也非常严重。根据以往的经验，该处形成的冲蚀，主要是由于进口区的涡流、疏水含有氧和铜／铁离子以及不合适的ｐＨ值所造成，而其中涡流（见图２）和疏水的ｐＨ值是形成冲蚀的关键因素。
要有效地防止涡流的产生，必须将给水流速控制在２．４４ｍ／ｓ６（１５．６℃）以下，同时，要注意流体进入管内时分布的不均匀性，可以在水室内给水的进口处，装设整流装置改善流体进入管内的分布情况，还可以在进口侧的换热管管口内装设不锈钢衬套，以减缓流体对管内的冲蚀，见图３所示。图２换热管管口的涡流冲蚀图３装设在管内的不锈钢衬套据研究的数值表明，机组运行时，将给水的ｐＨ值控制在９．５左右，碳钢管的腐蚀和冲蚀可以保持在较低水平。３管板面的冲蚀和腐蚀对管板的冲蚀和腐蚀主要发生在管板堆焊层。高加的管板材料常采用合金钢锻件，从换热管与管板的连接强度上考虑，换热管与管板的连接除强度胀外还须强度焊。为提高管板的焊接性能。高压加热器管板进水侧必须堆焊一层低碳钢，以改善管板与换热管的焊接状态，而这层堆焊层是最容易发生冲蚀和腐蚀的地方。在整个热力系统中，靠近除氧器的那台高压加热器（抽汽压力最低）的被腐蚀情况尤为严重。某３００Ｍｗ机组火电厂的３号高压加热器（靠近除氧器）的给水温度在１５０－－－－２００℃之间，给水ｐＨ值在８．８＂－－９．０之间，在给水涡流的冲刷下，仅运行１年左右，管板堆焊层被冲蚀的非常严重，见图４所示。
图４管板堆焊层被冲蚀经研究发现，当加热器工作温度在１２０－－－－２００℃时，加上由进口水的湍流、给水带进的氧和铜／铁粒子和给水偏低的ｐＨ值，高加在这种特定的运行工况中，冲蚀最为严重。这里温度是关键：堆焊层在给水加热环境中发生腐蚀作用时，首先形成的是Ｆｅ（ＯＨ）：（氢氧化亚铁），这是一种软性的化合物，然后转变成组织坚硬的Ｆｅ。Ｏ。（四氧化三铁）。在低于２００℃时，这种转化是相对缓慢的，而在形成硬的Ｆｅ。０４（四氧化三铁）之前，软性的Ｆｅ（ＯＨ）２（氢氧化亚铁）已经被给水冲走，这是一个连续不断的过程；在高于２００℃时，相对而言，由Ｆｅ（ＯＨ）２（氢氧化亚铁）转化成Ｆｅ。０４（四氧化三铁）的过程较为迅速，这种防护层的快速形成就限制了腐蚀的发生。既然工况的温度是关键，那防止腐蚀产生最直接的方法，就是将高加的给水温度提高到２００℃以上，显然，改变发电机组的回热系统参数是不可能的。在正常运行工况下，除氧器输出的给水温度一般就是在１５０－－－２００℃，近除氧器的高压加热器必定在此温度区间运行，所以，该台高压加热器较易发生冲蚀情况。但注意控制某些因素也可降低冲蚀程度：将给水的ｐＨ值控制在９．５左右，给水含氧量不应超过７弘ｇ／Ｌ。
这样能将高压加热器的腐蚀率维持在较低水平。４措施如高压加热器采用不锈钢换热管，例如ＴＰ３０４不锈钢，将会具有良好的抗冲蚀和耐腐蚀性，可以很好地解决换热管、管板的冲蚀和腐蚀问题，但其价格较高，尤其对用于超临界机组的高压加热器不是很经济。热力系统中，冲蚀和腐蚀是必然存在的，不同材料对应不同的运行工况，都会有腐蚀发生，但限制和降低腐蚀的速度，才能延长高压加热器的使用寿命。对于使用碳钢换热管的高压加热器，做好某些方面的工作，对高压加热器的安全运行非常重要。（１）合理地布置高压加热器的过热蒸汽冷却段，换热面积不能过大；（２）将换热管内的给水流速控制在２．４４ｍ／ｓ（１５．６℃）以下；（３）对于卧式且设置疏水冷却段的高加，应避免在低水位运行；（４）高加停用期间必须放尽残留水分，进行干燥，并充人惰性气体保护（例如氮气）；（５）给水进口侧管口采取防冲措施（整流板或不锈钢衬套）；（６）给水的ｐＨ值控制在９．５左右，给水的含氧‘量不超过７弘ｇ／Ｌ。５结束语目前，我国许多电厂使用的高压加热器均为碳钢换热管，许多在建的电厂也选择了碳钢管作为换热管，而统计表明，１５％以上的高压加热器停运是由于换热管泄漏所致。
因此，在设计上采用合理的运行参数和结构，运行中采取必要的措施．可减轻或减缓换热管和管板的冲蚀和腐蚀。 （下转第３９页）７十年验证的大容量除氧喷嘴，使除氧和换热更加充分。利用汽机排汽作为主汽源，并引入低加疏水作为辅助热源，提高了热力系统的经济性。４．５．２凝结水箱内置式除氧技术除氧装置内置在凝结水收集箱内，分两级除氧。第一级除氧是补充水通过喷嘴，进行喷雾除氧；第二级除氧是补水通过特殊设计的槽型换热装置，进行第二步除氧。汽机乏汽从槽板下进入，乏汽和补水之间进行充分换热，保证出口含氧量≤４０弘ｇ／Ｌ。４．５．３独立的真空除氧技术系统工作流程分三级除氧，第一级除氧是凝结水和补水通过喷嘴，进行喷雾除氧。第二级除氧是补水通过特殊设计的槽型换热器装置进行第二步除氧，汽机乏汽从槽板下进入，乏汽和补水之间进行换热，凝结水在喷淋区域内与乏汽进一步充分换热。第三级除氧是引入低加疏水，通过特殊设计的混合换热装置完成最终除氧，出口含氧量≤２０ｔｔｇ／Ｌ。但是，若不引入低加疏水，输出的补水含氧量将在５０弘ｇ／Ｌ左右。４．６国外机组控制凝结水含氧量采取的措施凝汽器内除氧技术的发展：早先的中低压汽轮机的凝汽器热水井无除氧淋水装置，凝汽器冷却水管束的布置也不尽合理，蒸汽直接加热热水井凝结水的效果不是很好，随着对凝结水水质的要求越来越高，超高压机组、亚临界、超临界机组凝汽器开始设置有淋水装置和增加了汽轮机排汽直接加热凝结水的设计，从而减小凝结水的过冷度，前苏联和美国电站广泛采用凝汽器的鼓泡装置，在近几十年中，研制了凝汽器加热凝结水的除氧装置和扫气式除氧装置。
（１）凝汽器内鼓泡装置是使热水井的凝结水被蒸汽鼓泡搅动而混合加热，凝结水被加热到饱和温度时，释放出非凝结气体，这种装置对湿冷机组在低负荷启动和非正常工况下被投运，空冷机组在启动和停止及运行时都会被投运。（２）加热凝结水的除氧装置是１９８４年２月由Ｋａｔｓｕｍｏｔｏｏｈｔａｋｅ等人提出的，可快速去除凝汽器内凝结水中氧气，凝汽器内设有用隔板分割成明渠和暗渠，明渠中设有加热装置，凝结水先进入明渠被蒸汽加热，对凝结水除氧后流向暗渠，这种装置对全部凝结水加热，使除氧效果更好，除氧时间也短。（３）扫气式除氧装置是由日本的Ｋｅｉｚｏｉｓｈｉｄａ等人于１９８３年２月提出的，热水井除氧效果较好并可阻止氧气重新溶于凝结水的除氧装置，此装置的结构是在热水井和冷却水管之间，安装２块倾斜并上下错开的隔板，隔板固定在凝汽器前后壁，凝结水沿此隔板曲折流动，热水井底部引人辅助蒸汽与凝结水流向相反，这样改善了凝汽器除氧性能，并且使除氧的时间较短。（４）空冷机组中，汽轮机凝结水热水井加装了鼓泡装置，采用蒸汽管道安装在正常水位下，管道开设喷射孔，采用低压抽汽作热源，在热水井的凝结水被蒸汽鼓泡搅动而混合加热，凝结水被加热到饱和温度时，释放出非凝结气体，减少凝结水过冷，提高机组经济性和降低凝结水含氧量，这种改造方式简单，对凝结水热水井改造工作量小，换热效果好。５结束语通过分析凝结水溶解氧量增加的原因，得出应从设计、制造、安装、检修、运行维护等各个方面进
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