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電力材料的腐蝕與防護

發布日期:2015年11月06日 來源: 作者:

 

電力材料的腐蝕是導致電力設備發生事故與故障根本原因,增強材料的耐蝕能力、改善設備的介質環境、提高設備的可靠性與可用性一直是是國際社會所關注的熱點。目前,國際上在電力材料腐蝕與防護領域的研究趨勢和熱點包括:超臨界、超超臨界機組新型耐蝕合金與核電站蒸汽發生器鎳基合金的研制;大型火力發電機組新穎水化學工況的研究與優化控制;核電站蒸汽發生器先進胺與復合胺水化學工況的研究與應用;火電與核電機組凝結水精處理技術的改進與提高;鍋爐補給水中溶解性有機物新穎去除技術研究;發電機內冷水防腐處理工藝與方式的改進;⑦火力發電機組重要輔機的防腐蝕新技術;⑧變電站接地網的聯合保護技術;⑨汽輪機油、變壓器油系統的防劣化、防腐蝕新技術。上述研究內容涉及材料科學、表面科學、電化學等學科,一些尖端技術與前沿科學在此得到應用。

該方向完成各類縱向科研項目10項,其中國家重大科技專項壓水堆核電站冷卻劑水化學基礎研究,子課題3高溫高壓條件下ETA物理化學性能及分析方法研究一項,湖南省科技廳重點項目1項,橫向技術攻關項目22項,經費共643.9萬元,獲廣東電網公司科技進步三等獎一項,江西省電力公司科技進步三等獎一項,獲國家專利30項,完成專著5部,發表學術論文19篇。

該方向于201210月在湖南省長沙市望城縣組織了湖南省第七屆腐蝕與防護學術交流會,并于201311月在長沙理工大學國際學術交流中心組織了中國電機工程學會火力發電分會電廠化學專業2013年學術會議。該方向研究人員參加國際國內會議60余人次,并邀請國內外相關專家來校做學術交流報告并聘請為客座教授。

近年來,該方向主要開展了如下幾個方面的工作:

(一)現代火電機組發電設備的腐蝕與防護技術研究

現代火電機組具有工作參數高、容量大(目前600MW、1000MW超臨界及超超臨界為主力機組)、投資高的特點。同時,火力發電廠金屬用量大,如一臺與600MW機組鍋爐本體及其輔助設備的鋼材用量在1.6-2.0萬噸之間。火力發電廠中機組的參數愈高,其熱能利用率也就愈高,發電的經濟性也愈好,這是經過理論與實踐檢驗的事實,也是鍋爐向超臨界、超超臨界發展的依據所在。但機組參數越高,對水處理技術要求也越嚴。因為鍋爐參數高,局部熱負荷也高,局部濃縮倍率更高,對水中殘余雜質更敏感;其次,與之配套的汽輪機中采用的合金材質,在經熱處理提高強度后,對蒸汽純度更敏感,更易引起腐蝕問題;另外,隨著蒸汽參數的提高,鹽類與腐蝕產物在蒸汽中溶解度大幅升高,汽輪機的積鹽與腐蝕問題會更突出。電力安全生產關系到國家和人民生命財產安全,關系到國民經濟健康發展。在電力系統安全事故中,由于腐蝕、結垢而造成的破壞事故占相當的比例。據資料統計,近20年中我國共記錄了40533次鍋爐管子損壞事故,其中80%的爐管故障造成了電廠的事故停機。因此,研究針對超臨界、超超臨界機組運行特征的化學技術,是保障電力企業安全、經濟生產的重大課題,也是本重點實驗室的主要研究方向之一。取得的主要創新成果如下:

1)針對廣東省的平海(2´1000MW)、臺山(2´1000MW)、潮州(2´600MW +2´1000MW)等電廠已經投運的26臺超臨界、超超臨界機組進行了腐蝕、結垢風險評估及診斷,深入研究了鍋爐補給水系統運行狀態診斷,判斷雜質的去除率,凝結水精處理系統狀態診斷,判斷凝結水處理系統工作效率,評價全廠化學監督儀表、加藥設備及機組水汽品質狀態,分析、判斷鹽類及腐蝕產物攜帶能力,判斷機組水汽系統腐蝕、結垢風險,得到了超超臨界機組三種給水工況下具體腐蝕、結垢風險點與相應的預防措施,為超超臨界機組安全運行提供有益的幫助;提出了一套切實可行的超超臨界機組水汽系統監測體系,確定明顯的風險指標,提高了超超臨界機組運行水平。

2)開展了超臨界機組給水關鍵指標對爐管腐蝕特性與安全防護關鍵技術研究,深入探討了氯離子和硫酸根對鍋爐水冷壁管(包括20G)的點蝕特性及其對水冷壁管成膜特性的影響,為制定電站鍋爐爐水中Cl-SO42-的控制標準提供理論依據,確保鍋爐的安全經濟運行;為制定相關標準提供理論依據,指導電站鍋爐爐水中Cl-SO42-的控制,并為水冷壁管防護技術的研究提供理論基礎,確保電廠的安全經濟運行。

3)開展了中低鍋爐有機膦水化學工況與節能減排關鍵技術研究,首次將羥基亞乙基二磷酸(HEDP)作為阻垢緩蝕劑研究應用于中低壓工業鍋爐爐水中,該阻垢緩蝕劑具有高度穩定性,使鍋爐不會產生二次水垢和維持鍋爐內無垢運行狀態,得到一種可廣泛應用于低壓鍋爐的有機磷水化學工況;拓展了HEDP在低壓鍋爐方面的應用范圍,并將為中低壓工業鍋爐創造巨大的價值。

4)針對電廠除氧器水箱與凝汽器補水箱內部防腐進行了深入研究,完成四項企業項目,為企業解決了技術難題。對于除氧器水箱而言,一是運行工況復雜(有水、有汽、且溫度與壓力都較高),二是鍋爐給水品質高(二級除鹽水);因此,一般防腐涂料根本就不能使用;本重點實驗室研制的除氧器水箱防腐特種涂料具備不脫落、不開裂,耐水耐汽性好,附著力強,經使用該涂料后,鍋爐水汽品質得到提高,用于除氧器水箱防腐,不僅可延長其本身服役壽命,還可減少鍋爐“四管”爆裂事故的發生。

5)開展了凝汽器防滲防腐研究,完成企業項目5項,對于高氯離子濃度條件下凝汽器材質防腐具有實際指導意義。

 

(二)輸變電設備的腐蝕與防護技術研究

由于高壓直流送電在我國才剛剛起步,其中性點接地體作為陽極在高壓直流電解作用下腐蝕更快、更嚴重,這種接地體的防腐蝕是一個全新的具有普遍應用前景和重大經濟價值的課題。接地網是隱蔽工程,由于長期處于地下惡劣的環境中,土壤的電化學腐蝕不可避免,同時還要承受地網散流與雜散電流的腐蝕,若接地網因腐蝕而滿足不了熱穩定性要求,往往造成電網癱瘓等嚴重事故。前幾年美國電網出現大面積停電事故,引起世界各國對電網保護的高度重視。接地網的腐蝕問題,是一個在全國城鄉數萬座變電站、發電廠普遍存在的問題,也是一個威脅到國家電網安全的重大問題。取得的創新成果如下:

1)開展了輸變電設備主要材料的大氣環境因子加速腐蝕試驗及大氣腐蝕模擬試驗裝置開發,完成企業項目2項。針對目前國內對變電站金屬大氣腐蝕研究較少問題,迫切需要研制一款新型的大氣腐蝕模擬試驗裝置,通過實驗室加速腐蝕試驗研究變電站金屬銅在H2S、SO2污染大氣中腐蝕情況及特性,并建立合適的預測模型,從已知腐蝕數據推測未知的腐蝕數據,不僅可以在發生事故之前采取措施,而且還可以節約成本,保證供電安全,對國民經濟快速增長和社會穩定有著重要意義。

2)開展了變電站絕緣設備防污閃氟碳涂料的理化電氣試驗與施工工藝研究。針對目前防污閃涂料使用壽命不長,附著力差等缺陷,研制出了一種使用壽命長、憎水性優、綜合性能好的防污閃改性氟碳涂料,完成了防污閃氟碳涂料的配方、理化電氣性能及施工工藝研究。

該成果創新點:①研發了一種使用壽命長、耐候性超強、耐污閃性能優異、附著力強的FEVE復合防污閃涂料,解決了目前常用防污閃涂料存在耐候性差、附著力不強的問題。②國內外首次提出了防污閃氟碳涂料原位修復理論,解決了氟碳涂料在使用過程中產生憎水性降低的問題。

項目成果防污閃改性氟碳涂料的開放研究”獲得廣電電網公司科技進步三等獎

 

(三)核電設備的腐蝕與防護技術研究

1985年起步的中國核電,到2013年底共建設了17臺核電機組,總裝機容量為1461萬千瓦,占全國總裝機容量的1.16%,發電量1121億千瓦時,占全國總發電量的2.1%。截止20084月,世界主要發達國家美國、法國、日本、英國、俄羅斯、德國、加拿大的核電機組數量與發電量比值分別為10419.8%)、5975%)、5334.7%)、3528.9%)、2914.4%)、1931.2%)、1412.4%),亞洲的韓國也有16臺核電機組(發電量占42.8%),因此,大力發展核電事業是改善我國能源結構、減少溫室氣體排放的緊迫任務。

核電站的一回路系統由于工作介質具有放射性,對水化學工況和材料(主要為鎳基合金與不銹鋼等)的防腐有更嚴格的要求。因此,采用合適的水工況,不僅要保證材料的腐蝕最小,更要保證放射性水平嚴格控制在標準允許的范圍內。取得的創新成果如下:在國家重大科技專項“壓水堆核電站冷卻劑水化學基礎研究(2011ZX06004-017)”,子課題3“高溫高壓條件下ETA物理化學性能及分析方法研究”(2011.01-2013.12,50萬)的支持下,深入開展了高溫高壓下ETA的分配系數分析與測定,高溫高壓下ETA的離解常數分析與測定,高溫高壓下ETA的熱分解特性測試及分解產物分析,ETA的標準分析方法制定,給定ETA濃度下二回路沿線pH值分布計算等相關研究,掌握高溫高壓ETA的分配系數、離解常數、熱分解特性與分解產物,準確計算在給定ETA濃度時二回路沿線pH值分布特征,推斷金屬的腐蝕狀態;同時確定ETA標準分析方法。為重大專項CAP1400示范工程(山東榮成石島灣CAP1400示范工程2014年動工興建)水化學設計提供技術基礎,并對在役核電站水化學改進與優化提供技術支持。共完成學術論文5篇,申請國家專利6項。

該研究方向取得了一系列原創性科研成果,具有重要實用價值,為保障國內電力設備的正常運行做出了重要貢獻。主要科研成果包括:

1)科研項目:該研究方向共獲得各類縱向科研項目10項、橫向技術攻關項目22項,經費共643.9萬元,代表性項目有:

高溫高壓條件下ETA物理化學性能及分析方法研究(朱志平,國家重大科技專項壓水堆核電站冷卻劑水化學基礎研究,子課題,50萬元,2011~2013);

TiO2CNTS-FEVE氟碳防污閃雜化涂層材料研究(周藝,湖南省科技廳重點項目,20萬元,2014~2016);

1#/2#除氧器水箱及凝汽器補水箱內部防腐技術研究(朱志平,三門峽華陽發電有限責任公司71.6,2011.1.18-2012.1.30);

超臨界機組腐蝕、結垢風險評估及診斷研究(朱志平,廣東電網公司電力科學研究院,64.3,2011.1-2012.12)。

2)科技獎勵:獲廣東電網公司科技進步三等獎一項,江西省電力公司科技進步三等獎一項。

①朱志平等,防污閃改性氟碳涂料的開放研究,2012廣東電網公司科技進步獎三等獎

②朱志平等,接地網腐蝕狀態的電化學方法診斷,2013江西電力公司科技進步三等獎。

3)出版著作、發表論文、申請專利:完成專著5部,發表學術論文19篇,獲國家專利30項,

《超臨界火力發電機組化學技術》(朱志平等,中國電力出版社,2012);

②《電廠化學概論》(朱志平等,中國電力出版社,2013);

③《電廠燃料》汪紅梅等,中國電力出版社,2012);

一種防污閃常溫固化氟碳樹脂涂料及其制備方法(朱志平等,發明專利,專利號ZL201010590203.2);

凝汽器銅管硫酸亞鐵自動加藥裝置(朱志平等,實用新型專利,專利號ZL201020252684.1

 

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