火电厂冷油器铜管泄漏分析

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1、火电厂冷油器铜管泄漏分析2006年第3期安徽电力科技信息结构,分析其磁路,并向设计院和保护装置制造厂特别说明,以便采用相应原理,防止误动.(4)保护定值应合理,建议初始动作电流整定为变压器额定电流的0.4O.5倍,动作特性曲线的斜率一般整定为0.4-0.5,拐点电流整定为变压器额定电流的0.6-0.8倍.安庆皖江发电公司石结银火电厂冷油器铜管泄漏分析1概述某发电有限责任公司1号机于2005年1月29日投产,2号机于2005年5月2日投产.1号,2号机冷油器铜管在运行中经常泄漏,破坏抗燃油油质,造成极大的经济损失,重要的是对电厂经济安全运行带来很大威胁.2006年2月15日,1号机调停中,将上汽

2、厂原铜管冷油器换为不锈钢管冷油器.原冷油器型号为L4O一1,冷却面积40m.,编号248101,制造日期2004年1月.该冷油器为开式循环水,长江水含盐量为183.30mg/L,水的流速为0.46m/s.铜管设计材质为HSn70一IA,规格为15x1x2060mm,根数为448根.经测量:铜管尺寸为15.0x1.02mm,符合要求.发电有限责任公司随机从1号机A小机B冷油机4根黄铜管(非后文提到的堵管)上抽样4段,每段长350mm,委托安徽省电科院作泄漏分析.2化学成份分析主检设备:上分3510原子吸收分光光度计,日立一220A紫外可见分光光度计,AFS一2202A原子荧光光度计.对4段铜管样

3、进行编号,分别为1号,2号,3号,4号,后对其进行化学成份分析,结果见表1.表1化学成份(Wt%)结果杂质缩罗FePbSb既AsMnCuSnNiZn总和1号0.00620.0016<0.001<0.0010.044<0.00161.17不高(38.5)2号0.0110.0016<0.001<0.0010.041<0.00161.85不高(37.7)GB/T523120010.100.05|0.030.06|69O71.O0.81.30.5余量0.3HSn7O一1AGB/T523120010.100.10|61.O63.00.71.10.5余量0.3HSn62

4、1GB/T523120010.100.03|67.O70.0|0.5余量O.3H68由表1可知,1号,2号铜管样成份基本符合锡黄铜HSn621,与设计材质HSn70一IA不符.注:1,受分析仪器精度限制,分析单位对Sn的含量没把握给准,在此仅作为参考.从定性角度讲,黄铜管中含Sn.2,括号中Zn含量为计算所得,而非化验结果.3,化验时遵照GB/T52311985,而新标准中没要求Sb,Bi,Mn.3渗透探伤检查(PT)主检材料:船牌着色探伤剂对4段铜管样外壁进行着色渗透检查,3号管子外壁有一线状显示,经粗砂纸打磨消失,为浅表性裂纹.4线切割内壁检查对4段铜管样线切割剖开,放大镜检查内壁,未见明

5、显的腐蚀坑点和腐蚀产物,但内壁有断续轴向裂纹(约40.-60ram长不等).5金相试验主检设备:德国Axiovert405M金相显微镜】52006年第3期安徽电力科技信息对1号,2号铜管取环形试样,用镶嵌机镶嵌后制样,发现其内壁均有沿晶腐蚀裂纹,几乎整个周向都有,轻者12个晶粒深,重者78个晶粒深.为防止化学分析取样导致沿晶裂纹,对3号铜管(未做化验)再取环形试样,再镶嵌制样,检查结果与1号,2号样相同,由此可判定该黄铜管内壁确有沿晶腐蚀裂纹3个试样管内壁侧均有一条易受腐蚀,可能与管内壁受循环水冲刷,预腐蚀有关.铜管显微组织为a单相固溶体,局部有孪晶,是HSn621黄铜的正常组织,晶粒度G一4

6、6级,符合该材料组织要求.详细试验结果叙述如下:1号样,沿周向有内壁晶间微裂纹,微裂纹里有腐蚀产物渗入,管内壁受腐蚀较重,可能与管内壁受循环水冲刷,预腐蚀有关.2号样,沿周向有内壁晶间微裂纹,微裂纹里有腐蚀产物渗入,内壁晶间微裂纹及孔洞表现出微裂纹已在局部连成孔洞,有滑移线和变形流线,滑移线及变形流线均为黄铜管塑性变形的结果.a黄铜塑性很大.3号样,沿周向有内壁晶间微裂纹,微裂纹里有腐蚀产物渗入,管内壁侧易受腐蚀,可能与管内壁受循环水冲刷,预腐蚀有关.6原因分析(1)黄铜有良好的机械性能和耐蚀性,容易铸造和压力加工,与紫铜和其它铜合金比较,价格低,重量轻,色泽美观,是应用非常广泛的有色合金.黄

7、铜按成份分为简单黄铜和复杂黄铜.铜锌二元合金称简单黄铜,也叫普通黄铜;除了铜和锌之外,还含有少量其他元素的合金称为复杂黄铜或特殊黄铜,如含sn称锡黄铜,含Al称铝黄铜.含Zn20%的黄铜管有内应力存在时,加上介质的浸蚀,时间一久便产生沿晶腐蚀裂纹,造成管子破坏,这种腐蚀破裂现象称为应力腐蚀.实验证明,在应力存在的情况下,水中存在O.,NH.,H.S等物质是造成腐蚀破裂的重要因素.从该电厂的长江水质全分析报告知道,水中有NH.根,酸根及Cl一等(常规不化验O.,H2S等),而1号样含Zn量为38.5%,2号样含Zn量】6为37.7%,具备发生应力腐蚀的充要条件.(2)应力腐蚀裂纹都是沿晶粒边界发

8、生的,实验结果也说明这点儿,腐蚀疲劳裂纹则是穿晶的.应力腐蚀裂纹沿晶是由其破坏机理决定的,与下列因素也不无联系:晶界上原子排列不规则,存在很多缺陷,杂质也多在这里集聚,易被腐蚀(3)CuZn状态图是由五个包晶反应所构成的.CuZn合金在固态下可形成六种相:a,y,8,相.a相是Zn溶解于Cu中的固溶体,溶解度随温度下降而增加.在400左右时固溶体内有39Zn,但在平衡状态下温度低于400.C后,溶解度又略减小.工业用黄铜的含Zn量一般均小于4547,根据CuZn状态图知道,其显微组织不外是由a相或(a+口)相组成.a相的晶格与纯铜一样,亦为面心立方晶格,塑性良好,适用冷热压力加工.实践证明,a

9、单相黄铜比(a+p)二相黄铜的耐蚀性好.因为a黄铜是单相固溶体,在介质中电化学作用较缓慢.从金相试验的结果知道,某电厂冷油器铜管的显微组织是带孪晶的a相,所以其显微组织是理想的.(4)据电厂介绍,该厂1号,2号机组共堵管154根,1号机64根,2号机9O根.在运行一年左右的时间里,黄铜管泄漏数量之巨,令人震惊.有资料介绍,水的含盐量2000mg/L时,视为淡水.含盐量<400mg/L的江河水,当管内流速<2m/s时,可选用H68普通黄铜.从概述中可知,皖江发电有限责任公司的冷油器循环水符合这个条件,应该可选用H68黄铜管.但为何该电厂冷油器铜管在运行不到1年(2号机)或刚过1年(1

10、号机)的时间内发生大量泄漏呢?这显然与含Zn量关系甚密,H68含Zn量约为3O.O%,HSn621含Zn量约为37.2%.含Zn量愈高,应力腐蚀倾向愈大.所以可用普通黄铜H68的场合,选用海军黄铜HSn621,依然会很快发生应力腐蚀.海军黄铜HSn701A含Zn量约为27.9,所以其耐应力腐蚀的能力远强于HSn621.故该电厂冷油器铜管材质用错,2006年第3期安徽电力科技信息导致铜管大量泄漏,造成极大的经济损失.(5)H68的冷热塑性都很好,比较便宜,但有应力腐蚀倾向,在氨溶液和蒸汽作用下尤其明显,而且脱锌腐蚀较严重.从脱锌角度考虑,加0.020.05的砷就能抑制黄铜脱Zn,且HSn621耐

11、应力腐蚀能力过差,因此推荐使用原设计材质HSn701A.加Sn可以防止脱Zn,提高铜管的耐腐蚀性,但作用不及As好,含Sn黄铜价格较贵,仍有应力腐蚀倾向.所以即使使用HSn701A黄铜管,也要注意防腐保护.(6)对某电厂长江水的化验结果进行取证,2005年铵根离子浓度如表2所示.表2铵根离子浓度(mg/L)目指标平均值季度0.400.750.610.53四0.76从表2可知,铵根离子浓度最大值为0.76(四季度),最小值为0.40(一季度).因为循环水中含NH,C1化物等,所以黄铜管有应力腐蚀破坏倾向.7,金相随机检验三只黄铜管样,内壁100晶间微裂纹,且几乎整个周向都有,有的地方已连成孔洞,

12、因而推断,该电厂冷油器黄铜管已全部发生应力腐蚀.8,火电厂用黄铜管在使用过程中经常发生腐蚀,破裂.腐蚀形式有均匀腐蚀和局部腐蚀两类.发生均匀腐蚀时,黄铜极缓慢的溶解,铜管的使用寿命较长.对铜管来说,主要危险是局部腐蚀,常遇到的局部腐蚀有:脱锌腐蚀,冲击腐蚀,沉积腐蚀,应力腐蚀.在以上四种腐蚀形式中,脱锌腐蚀是最常见的.脱锌腐蚀与应力腐蚀微观特征有许多相似之处,且含Zn量大于30时,在酸性或盐类溶液中易发生脱锌腐蚀,但该黄铜管破坏不是脱锌腐蚀.这是为什么呢?从前面的金相分析可知,该黄铜管显微组织为孪晶a单相固溶体,而有资料介绍:a黄铜的脱锌问题可用加入少量As(0.02-0.06)防止,从表1可

13、知,1号,2号样含As量均在0.02-0.06范围内,因而该电厂冷油器铜管不会发生脱锌腐蚀,而且线切割内壁检查也未发现腐蚀坑点和腐蚀产物,因而也就证明了该黄铜管泄漏为应力腐蚀所致.7结论及建议(1)该黄铜管泄漏原因为应力腐蚀破裂.与黄铜管中存在内应力及工作应力,介质中有NH,CI化物等密切相关.应力腐蚀裂纹为沿晶界的网络状裂纹,使金属强度大大下降,如构件承受不了工作应力,将会造成突发性破坏事故.(2)设计材质为HSn701A,而实际材质为HSn621,耐应力腐蚀能力大大降低,所以投运不久即发生应力腐蚀泄漏.(3)对循环水质加强监督,严格控制循环水中NH根离子,CI离子和O.,H.S浓度.(4)根据1号机黄铜管的分析结果及1号,2号机的堵管情况介绍推测,1号,2号机冷油器黄铜管发生了1009/5应力腐蚀.(5)新管使用时,重要的一点是首先使管子表面生成良好的保护膜.一个是自然形成,即让清洁的循环水与铜管接触,让其自然形成;二是人工造膜,即将冷却水进行硫酸亚铁处理.(6)新购置的黄铜管,安装前进行压扁试验,扩口试验及检查内应力试验,若有残余应力,应进行退火消除应力:采用蒸汽退火400.C15分钟,或内表面镀锌保护;使用前检查其质保书和理化分析报告,必要时进行成份分析和金相检验.(7)冷油器停用时,应尽量将管内的水放净.安徽省电力科学研究院张鞠17