介绍了安阳电厂7#机凝汽器实施外加电流阴极保护技术防腐蚀的情况。实践证明,该厂7#机凝汽器采用外加电流阴极保护系统的设计是科学合理的,效果是明显的,产生的效益是显著的。
　
1　凝汽器防蚀的阴极保护技术
火力发电厂凝汽器若由于腐蚀造成铜管及管板泄漏,将导致严重的后果,威胁着发电机组的安全运行,也直接影响发电厂的经济效益。因此对凝汽器采用防腐蚀措施是十分必要的。
凝汽器内流动的冷却水的水质好坏直接影响铜管及管板腐蚀的程度。在长江以南的地区,由于冷却水含盐量低,水质受污染的程度较轻,凝汽器铜管及管板腐蚀较轻微。而对于北方电厂,一方面由于水质污染日益严重,另一方面由于冷却水的循环使用,含盐量相对较高,所以腐蚀倾向及腐蚀程度就相对大得多。
目前采用的凝汽器防腐蚀的措施,除了在冷却水介质方面进行适当和必要的防垢、防蚀措施外,还有采用如阴极保护的电化学保护技术及涂料涂装的方法等。　
阴极保护技术防蚀能有效、经济、省事地控制和减缓凝汽器腐蚀。阴极保护原理是基于金属腐蚀的电化学理论[1]、[2],由外部向被保护的金属结构提供直流阴极电流的方法使金属电位降低(阴极极化),这样大大降低金属的腐蚀倾向和腐蚀速率,达到防止和减轻金属腐蚀的效果。根据外部提供阴极电流方式的不同,阴极保护方法可分为牺牲阳极法和外加电流法两种。在电导率较低的淡水中,由于牺牲阳极驱动电压较小,输出电流有限且不能调节,保护范围有限[3],安装时必须在水室内壁焊接数量较多的固定牺牲阳极的安装架,并且牺牲阳极块的设计寿命一般不超过3年,需定期更换。因此牺牲阳极保护法一般只在小型凝汽器上,或如海水、苦咸水等含盐量高、电阻率低的介质设备上应用。外加电流式阴极保护可输出的电流大且可调,电位可自动控制,使用寿命可长达15～20年。一般在大型凝汽器上需要使用此方法的阴极保护系统,但在系统的设计上要考虑全面。
另一种目前采用的管板用涂料涂装来防止管板腐蚀的方法,由于涂料本身的性能和施工工艺的原因,采用涂料防止凝汽器管板腐蚀往往会出现严重的问题。从腐蚀电化学的角度来考察,在涂层表面存在微孔的地方,由于微孔处金属的腐蚀电位较其附近有涂层的金属腐蚀电位负,于是便形成了局部腐蚀微电池,这种腐蚀微电池是由大阴极小阳极组成的。这种大阴极小阳极的腐蚀形态是各种腐蚀形态中最危险的腐蚀,能在很短的时间内腐蚀形成深孔,使凝汽器管板腐蚀、损坏更严重。

2　凝汽器阴极保护技术的应用
2.1　安阳电厂7#机组凝汽器概况
安阳发电厂7#机组容量为100ＭＷ凝汽式火力发电机组,凝汽器为对分双流表面式,所用铜管牌号为ＨＳｎ-70-1Ａ型,铜管数量为10336根,冷却面积为6815ｍ2,1992年更换全部铜管后使用仅2年即开始发生点蚀穿孔泄漏,至1997年就因铜管泄漏停机九次。同时7#机组凝汽器的管板曾于1997年涂刷了涂料,然而仅一年后,管板表面就出现了明显的局部腐蚀(图1),7#机组的铜管腐蚀泄漏及管板的腐蚀使得机组难以连续满发,成为完成发电计划的重大障碍。为防止腐蚀的继续发展和扩展,决定在7#机组凝汽器上采用外加电流式阴极保护技术与耐蚀涂料涂装的联合防蚀保护措施。
2.2　安阳电厂7#机组凝汽器阴极保护防蚀系统
凝汽器外加电流式阴极保护系统[4]主要是由自动控制的恒电位仪、辅助阳极及参比电极等组成。安阳电厂7#机组凝汽器的阴极保护系统所用的恒电位仪采用了武汉大学(武汉水利电力大学)与中国科学院共同研制开发的ＣＰＳ型自动控制的恒电位仪。
辅助阳极选用了武汉大学与中国科学院共同研制开发的新型贵金属铂铌阳极,这种阳极属于不溶性阳极,可保证长期使用,具有排流量大,电流发射均匀、覆盖面积大、消耗量低、可靠性高、重量轻、安装方便、机械性能和稳定性能好等特点。
参比电极采用了在淡水中电极电位稳定、电位波动小的高纯锌材料。电极设计为有特殊密封结构的直棒型。
根据凝汽器的结构、冷却水质和水室中水动力学工况等因素,7#机组凝汽器的阴极保护系统设计为多点分散控制式。
为了保障和增强管板及铜管管束端部及胀口处的保护,同时减少阴极保护装置的功率,在7#机组凝汽器中设计了在水室内涂装耐蚀防冲刷涂层。因此实际上7#机组凝汽器的防蚀保护工程是阴极保护技术与涂层涂装保护的联合防蚀方法。
2.3　安阳发电厂7#机组凝汽器阴极保护防蚀系统的保护效果
7#机组凝汽器阴极保护防蚀系统于1998年11月15日投入运行。
2.3.1　管板及铜管端部的腐蚀被抑制
在该系统投运后的停机检查中可以看到原先管板上,尤其是铜管区存在的较严重的局部腐蚀的发展被抑制,原先的蚀坑中及管板上已无明显的黄褐色的腐蚀产物堆积。铜管端部内壁无点蚀等腐蚀发展,表面无碱式碳酸铜等腐蚀产物痕迹。
2.3.2　降低了铜合金的平均腐蚀速率
通过安装的监测试片的表面状况和重量的检查也可以有说服力的说明阴极保护系统投运后防止凝汽器腐蚀的效果。
从图2所示在凝汽器中330天但未受到保护的黄铜试片的表面状况可以看到,试片表面有黄褐色的碱式碳酸铜及白色的氢氧化锌等腐蚀产物附着,表明在未受到外加电流阴极保护时,铜合金材料在机组冷却水中存在明显的腐蚀。由试片的失重量可测出平均腐蚀速率达到0.022ｍｍ/ａ.
图3为在凝汽器中330天但受到了外加电流的阴极保护的黄铜试片的表面状况。从照片可以看出,黄铜试片表面光洁,基本无腐蚀产物的沉积。表面有一层牢固的红黑色氧化亚铜和氧化铜层。由试片失重量测得,在受到阴极保护的作用下,黄铜材料的平均腐蚀速率降到了0.0015ｍｍ/ａ.
7#机组凝汽器在阴极保护工况下对黄铜平均腐蚀速率的减少达到93以上。
2.3.3　抑制了碳钢的局部腐蚀倾向,降低了碳钢的平均腐蚀速率
从图4所示的在凝汽器中330天未受外加电流阴极保护的碳钢试片的表面状况可清楚地看出,碳钢试片的表面腐蚀严重,呈明显的局部腐蚀———溃疡性坑蚀形态,蚀坑表面有黄褐色水合氧化铁类的铁锈堆积。将表面附着的腐蚀产物除去后,可见其下有较深的蚀坑,并已大于1ｍｍ。此外。还可见试片边缘已腐蚀缺损。由试片的失重量可算出在该工况下,碳钢的平均腐蚀速率达0.057ｍｍ/ａ.
图5为受到阴极保护的碳钢试片的表面状况。从照片可见,试片表面无溃疡状局部腐蚀,附着一层疏松的黄褐色沉积物。除去表面附着物后,试片表面平整无坑。此外,试片边缘无缺损。从测定知受阴极保护的工况下,碳钢的平均腐蚀速率减小到0.0144ｍｍ/ａ。
7#机组凝汽器在阴极保护状态工况下,对碳钢平均腐蚀速率的减少达到74.8.
碳钢在淡水冷却水中的平均腐蚀速率并不大,但常见的是局部性的孔蚀或溃疡状的腐蚀,这对金属结构是最危险的腐蚀形态。在凝汽器中因碳钢管板与铜管的直接胀接形成的电偶作用将加剧碳钢管板的局部腐蚀发展。由试片所得的平均腐蚀速率是不能直接确切反映这种局部孔蚀或溃疡状腐蚀的程度和危害的。而在实际工程中,如果金属仅以不大的可以接受的腐蚀速率均匀腐蚀,采取的保护措施可以减轻或防止金属发生这种危险的局部腐蚀形态,则表明该种防蚀措施是有效的。从对7#机组凝汽器管板的腐蚀检查和试片表面状况的评价说明阴极保护对防止管板腐蚀已取得明显的效果。因此,7#机组凝汽器采用阴极保护技术防蚀是很有效的,阴极保护系统的控制也是适宜的。

3　安阳电厂7#机组凝汽器实施阴极保护的经济效益分析
阴极保护技术不是一种表面处理的方法,它是一种从根本上稳定金属,降低金属在冷却水中的腐蚀倾向的技术,它将带来长期的效果,并且是一种十分有效、省事和经济的方法。
在7#机组凝汽器实施了阴极保护防蚀措施不长的时间里,就已抑制了管板胀口附近及铜管端部的点蚀、脱锌和电偶腐蚀,这将推迟铜管发生泄漏,延长机组因凝汽器铜管堵漏而损失的发电量和增加的劳务量,同时也因凝汽器减少或不泄露冷却水而改善或提高了凝结水品质,保证了给水品质,使锅炉结垢率降低,提高蒸汽品质,从而改善了机组运行的安全经济性和可靠性,延长了大修周期,减少了临修次数。
目前,一台100ＭＷ机组整台凝汽器的铜管市场价值及换铜管等费用已在240万元左右。若铜管使用寿命延长一年,则相当于获得了年经济效益12万元左右。若减少凝汽器铜管泄漏检测和堵漏的次数,带来的经济效益是明显的。如考虑到一台100ＭＷ机组一天的发电量近300万ｋＷｈ,停电一天会给电厂带来的直接经济损失40有万元左右,间接损失则更大。如因腐蚀而使铜管损坏至无法修补,则其损失是难以估计的。此外,提高机组运行安全可靠性和减少机组维修等也会带来明显的经济效益。
7#机组凝汽器阴极保护防蚀系统的一次性投资加上运行及维护费用,年平均不到1.5万元,与其它防蚀措施的费用相比较是相对较少的、节省的。因此在凝汽器中采用阴极保护系统防蚀可以获得很高的投入产出比回报,并且生产管理简单,维护工作量极小,因而这项技术有较大的经济社会效益,极有推广应用价值。