刘津玫
青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司 山东青岛 266100
摘要：电厂冷却水系统一般选用内壁未采取腐蚀防护措施的碳钢管道，碳钢腐蚀不会在短时间内影响发电生产，因此很少引起电厂注意。但随着腐蚀程度的加深，管道容易发生穿孔泄漏。另外，建厂时有的管道深埋在地下，地上常安装设备、兴建厂房、建设道路，即使管道发生泄漏，也不易被发现，且不便维修，故对电厂冷却水系统碳钢内壁腐蚀问题应引起足够的重视。随着中水大规模回用，电厂相关系统碳钢管道腐蚀问题也日益突出。
关键词：电厂；冷水；碳钢管道腐蚀
1 案例分析
1.1 A厂消防水系统管道腐蚀
A厂消防水系统于2007年12月投运，管道材料为碳钢Q235A,补水为循环水。2016年至今，管道出现多处泄漏。泄漏点均位于管道底部，在三通管、法兰盘、细管道(管壁较薄)等处漏点较多，腐蚀形貌如图1所示。
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图1 A厂消防水管道腐蚀形貌
由图1可见：管道中间底部有黑色腐蚀产物，这些腐蚀产物易碎成渣，基本不溶于水，加酸会产生气泡，并有浓烈的H2S臭鸡蛋气味，判断该腐蚀产物为硫化铁，该管道发生了硫化物腐蚀；泄漏点外缘大片区域腐蚀产物为黄色或白色，疏松薄脆，加酸产生少量起泡，并有刺激性SO2气味。
对上述腐蚀产物取样并进行X射线荧光光谱分析，结果见表1。由表1可知：腐蚀产物主要为铁和硫的氧化物，质量分数分别为52.10%、32.70%。X射线衍射分析结果表明，腐蚀产物的XRD谱中存在明显的水合羟基硫酸铁特征峰。据此推测，腐蚀产物中可能含有铁的硫化物、亚硫酸盐和硫酸盐。其中，硫化铁是硫酸盐还原菌腐蚀碳钢的特征产物。硫酸盐和亚硫酸盐为硫化物的氧化产物。
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1.2 B厂循环水旁流处理系统管道腐蚀
B厂循环水旁流处理系统于2011年11月投运，处理工艺为机加池(加石灰或碳酸钠)软化沉淀→加硫酸调节pH→石英砂过滤处理。2015年至今，使用旁流处理后循环水的反洗水管道、自用水管道腐蚀严重，频繁泄漏，部分管道被迫整根更换。
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图2 B厂循环水旁流处理管道腐蚀形貌
对图2所示的腐蚀泄漏点进行分区取样。在漏点根部底层，与空气接触不充分的部位，取得黑色碎渣状腐蚀产物。加入稀酸溶液后，该腐蚀产物产生气泡，并有刺激性臭鸡蛋气味，这说明腐蚀产物中含有硫化物。另在漏点附近区域，取绿色、浅黄色、白色腐蚀产物混合样进行能谱检测。漏点附近腐蚀产物的主要元素为铁和氧(质量分数分别为34.48%和39.39%),另外还含有少量硫和氯(质量分数分别为13.15%和8.77%)。XRD分析结果表明，漏点附近腐蚀产物的物相主要为硫酸盐和亚硫酸盐。其中，硫酸亚铁质量分数约为43.48%,水合氯化亚铁质量分数约为32.07%,亚硫酸钙质量分数约为24.45%。
管道外部腐蚀产物中含有较高的硫元素，漏点根部底层腐蚀产物含有硫化物，据此判断，泄漏与硫酸盐还原菌等微生物腐蚀有关。
2 腐蚀机理分析
微生物腐蚀是指微生物及其生命活动而引起或促进的腐蚀，这些微生物主要是直接参与自然界硫、铁循环的微生物，如硫氧化细菌、硫酸盐还原菌、铁细菌等。电厂冷却水系统为微生物滋生提供了环境，存在铁细菌、硫酸盐细菌滋生及腐蚀特征。在含铁量高于0.2～0.3 mg/L的水中，定能发现铁细菌。而沉积物下、缝隙中等水流不畅处，铁细菌、硫酸盐细菌及胞外聚合物附着滋生，在这些因素的协同作用下，碳钢腐蚀速率可加快上百倍。
铁细菌能将Fe2+转化成Fe3+,Fe3+在菌体内外沉积，形成大量不溶于水的棕红色黏泥状腐蚀产物，加速碳钢的腐蚀过程。
硫酸盐还原菌属厌氧细菌，工业水的溶解氧较高，不适宜硫酸盐还原菌生存，但在管壁的厚层腐蚀产物下和缝隙中，氧扩散困难，形成局部贫氧环境，适合硫酸盐还原菌滋生。一般认为硫酸盐还原菌可通过新陈代谢将硫酸盐转化为硫化物，这对碳钢表面电化学腐蚀体系的阴阳两极均有去极化作用，从而加剧了碳钢腐蚀。
铁细菌产生的Fe3+离子具有强氧化性，可以把低价硫氧化成高价硫。另外，空气中的氧进入腐蚀产物中，将低价硫氧化为高价硫。因此，腐蚀产物中FeS等典型的硫化物不能稳定存在。
铁细菌、硫酸盐还原菌等微生物的滋生，会加剧碳钢腐蚀，大量的腐蚀产物不断沉积在管壁上，还将诱发沉积物下自催化局部腐蚀。
3 腐蚀控制对策
3.1 系统运行控制
对于已经投运的冷却水系统，应注意发生腐蚀泄漏的系统是否具有以下特点：间歇运行(如工业水用作脱硫工艺水、自用水系统);相对封闭(如消防水系统);采用循环水、中水、河水，而未进行杀菌处理，或杀菌剂加入量不足。
具有上述特点的系统，容易发生与文中案例类似的腐蚀问题。根据腐蚀检查与机理分析的结论，案例电厂结合现场具体情况，采取了各自的应对措施，主要措施如下：
(1) 针对间歇运行系统，补水避免采用河水或中水，并注意防控微生物滋生。
(2) 针对消防水系统，除合理选择系统补水，防控微生物滋生外，还可增设末端排放管路，定期排放存水，减缓腐蚀。
(3) 对于采用循环水、中水、河水的冷却水系统，须采取杀菌处理措施。杀菌方案不仅要考虑杀菌效果，还应对系统金属无腐蚀作用。为防控微生物滋生造成腐蚀，参照SL 368-2006《再生水水质标准》和DL/T 300-2011《火电厂凝汽器管防腐防垢导则》,检测与控制水中细菌总数应不超过500 个/mL或粪大肠菌群不超过2 000 个/L。
3.2 管道选材
管道选材一般依据相应设计规范如GB 50660-2011《大中型火力发电设计规范》,根据管道的工艺要求、工作压力、水质、沿线地质、地形条件、施工条件和材料供应等因素，通过技术、经济比较确定管道材料。但输送再生水或其他有腐蚀性的水时，碳钢管道的防腐蚀处理应根据DL/T 5339-2018《火力发电厂水工设计规范》进行，管道内部可以涂聚乙烯等防腐蚀材料。根据DL/T 5054-2016《火力发电厂汽水管道设计规范》,DN600以下管道可选用内侧带防腐蚀层的复合碳钢管道。
以上[上面只有2个案例。]2个案例中泄漏多发于焊接钢管的焊缝处，所以冷却水系统应慎用焊接钢管。在工业水系统的设计阶段，宜采用耐蚀性更好的不锈钢及碳钢衬塑管代替碳钢。针对冷却水碳钢管道腐蚀泄漏严重的问题，部分投运电厂也制定了改造计划，分批、逐步更换升级管材，计划选用耐蚀性更好的材料，如TP304不锈钢等。
4 结论
火电厂冷却水碳钢管道内壁腐蚀明显，主要表现为管壁全面腐蚀速率高于设计值、局部点腐蚀泄漏严重。腐蚀原因为：以铁细菌、硫酸盐还原菌为主的微生物滋生，引起碳钢管道腐蚀加剧，大量腐蚀产物沉积，诱发沉积物下局部自催化腐蚀，直至泄漏。应针对现场实际情况，从系统运行控制和管道材料两个方面，寻求解决对策与措施。
参考文献
[1]?雷武，夏明珠，王风云，等.火力发电厂循环水系统存在的问题和解决措施[J].工业水处理，2003,23(9):4-7.
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[3]?奥斯特罗夫.腐蚀控制手册[M].北京：石油工业出版社，1988:296.