赵迁 张志华 靳振欢 李冰

摘 要：汽轮机长时间停机的情况下，汽轮机的部件和系统容易受蒸汽和水的腐蚀。本文阐述了蒸汽和水导致钢铁部件腐蚀的机理，影响腐蚀的因素以及汽轮机干燥空气保养系统的工艺流程。针对汽轮机进行干燥空气保养，对于设备部件防止腐蚀、延长使用寿命具有重要意义。

关键词：汽轮机；干燥空气；腐蚀

中图分类号：TK268

金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。这会显着降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。[1]由于腐蚀而造成设备损坏的危险。发电厂部件腐蚀会限制其功能，缩短使用寿命：由于腐蚀产物的体积增加，滑动接触部件的尺寸会增大，会导致活动部件的卡涩，腐蚀产物的脱落也会导致堵塞。表面经受腐蚀引起的磨损，腐蚀物清除可导致截面厚度和应力梯度的降低，降低了部件的承载能力。汽轮机在长时间停机期间，蒸汽和水通过敞口进入设备，在温度低的部件冷凝，导致设备和部件的腐蚀。[2]

1 干燥空气保养条件

在长时间停机期间，保护发电厂设备和系统免受蒸汽和水的腐蚀。当蒸汽轮机厂内以及汽轮机机房和工作台面的相对空气湿度ψ>50%时，并且由于温度降至低于露点，应当投入干燥空气进行保养。一般在汽轮机停机超过3天的情况下，为了防止汽轮机的腐蚀，建议进行干燥空气保养。由于偶尔停机（每年2-3次）时长不超过三天，即使排气和密封蒸汽供应系统不运行，也不需要干燥空气的保养。但必须在第四天进行干燥空气保养，即大气压下的空气已经进入蒸汽轮机设备中，并且当温度降至低于露点时，在冷汽轮机部件上存在冷凝形成的风险。如果排气和密封蒸汽供应系统将继续运行，直到汽轮机重新启动，则不需要干燥空气的保护措施。当进行干燥空气保养时，必须考虑蒸汽轮机设备中的各种条件。必须特别注意低压缸和冷凝器的主要湿度。在干燥空气保养期间，蒸汽轮机可以是盘车运行或停机状态。通过蒸汽轮机和适当的阀门操作完全排出外壳、设备和管道，可以避免在泄漏口处累积水和蒸汽或水的进入。[3]

2 腐蚀机理

在长时间停机期间，发电厂所有组件和系统冷却至室温。如果温度低于露点，这些部件和系统可能被冷凝形成的水腐蚀。如果汽轮机部件比潮湿的空气温度低，则热量从空气传递到部件。当温度下降到露点以下时，以蒸汽形式存在于空气中的水会在部件表面上冷凝，形成水滴。在钢部件的情况下，腐蚀过程由于水和氧的参与下通过微小的氧气细胞开始。腐蚀机理如图1腐蚀的部件表面所示。

金属发生电化学反应时，阳极易失去电子，在阳极形成腐蚀，即金属发生局部材料损失，导致严重的点腐蚀.[1]

铁锈（Fe2O3·nH2O）由腐蚀形成一种疏松的产物。与母材相比，铁锈的体积上有相当大的增加，并从表面脱落下来。持续的表面脱落会使腐蚀过程一遍一遍的重复。腐蚀产物落在其他部件上，会产生新的局部腐蚀现象。

如果空气中有腐蚀性气体和水蒸气会加剧腐蚀。这样的气体和水蒸汽通常不会以足以引起腐蚀的浓度存在于发电厂空气气氛中，除非该电厂位于化工厂附近。

3 外界因素影响

由于对大气开放的发电厂区域的环境温度的周期性波动，形成冷凝水。如图2所示，不可避免汽轮机机房中的温度波动也会导致部件和空气中的温度变化。除温度变化外，空气体积也发生变化。因此，通过轴封和其他不封闭部件空气持续进行交换。[4]

如果汽轮机部件比环境温度冷，空气将把部件加热。如当温度下降到露点，空气携带着水以水蒸气浓缩的方式在冷的部件表面上形成水滴。[5]

在图3中，将要达到的露点（ψ= 100%）所需的温差Δθ绘制为空气温度θ和相对湿度φ的函数。

很明显，在较高相对湿度水平下，甚至温度的微小变化足以达到露点。湿度一定，温度越低，温差越小，容易发生结露现象。环境温度与相对湿度关联，干燥的环境（沙漠）下，气温再高金属也不容易锈蚀。当相对湿度达到临界值时，温度的影响明显加剧，温度每增加10℃，锈蚀速度提高两倍。因此，在湿热带或雨季，气温越高，锈蚀越严重。

从图4可以看出，在相对湿度60%以上，钢铁的腐蚀速率随着湿度的增加而显著上升。

另一方面，只要相对湿度低于ψ<50%，就可以相当程度地防止腐蚀。这导致了干空气保养技术的发展，取代了以前使用的熱空气保养方法。

空气中相对湿度越高，金属表面水膜越厚，空气中的氧透过水膜到金属表面作用。相对湿度达到一定数值时，腐蚀速度大幅上升，这个数值称为临界相对湿度，钢的临界相对湿度约为60%。

气中含有盐雾、二氧化硫、硫化氢和灰尘时，会加速腐蚀，因此，不同环境下受腐蚀的大小差别是明显的，城市高于农村；工业区高于生活区；沿海高于内陆；高粉尘高于低粉尘。

4 干燥空气保养

干燥空气保养过程需要使用图5中所示的干燥器，将干燥空气把导致腐蚀的高湿度空气代替。从大气中抽取的空气通过过滤器，并在旋转的干燥盘中除湿。干燥空气通过软管送到要保养的区域。

在吸附扇区，干燥的轮盘逐渐充满湿气。轮盘的旋转移动这部分扇区到再生扇区，使用热空气对此扇区进行干燥。在此干燥空气的维持程序启动的几小时后，相对潮湿度就会发生下降趋势。干燥器具有比热风设备低得多的功率消耗，且在电厂停机期间可以保持连续运行。

干燥空气保养期间，必须监测要保养区域的湿度，湿度的增加可能是由于干燥器中的过滤器堵塞引起的，因此，过滤器必须定期清洁。在没有过滤器的情况下运行干燥器是不可取的因为这会导致轮盘的细输送管的堵塞。

在长时间的停机情况下，必须保护电站部件和系统中的蒸汽和水以免被腐蚀。汽轮机上提供连接干燥器的接头，湿空气通过疏水口，凝汽器，轴封泄漏出来，干燥空气保养流程如图6所示。

高压缸——法兰在高压主汽阀上，控制阀必须打开并保持打开让干燥空气进入，主汽阀保持关闭。

轴封——潮湿的空气通过高压汽轮机的轴封漏出来。

中压缸——法兰在中低压连通管上，为了维持干燥空气，所有的中压阀门保持关闭。

中压控制阀的疏水——疏水打开，只有一个到凝器汽的接口，潮湿空气可以从这里除去。

低压缸——法兰在中低压连通管上、法兰在凝汽器上，潮湿空气被输送到凝汽器。

干燥器的连接接口在高压控制阀上提供，给高压缸供应干燥空气。干燥空气进入时，潮湿空气从轴封处流出。中低压连通管上提供两个法兰用于供应中压缸和低压缸的干燥空气。干燥空气的一部分逆着正常的流向，从中压缸的出口到蒸汽进口。潮湿空气通过中压控制阀的疏水阀输送到凝汽器。另一部分通过正常的流向，从低压缸的蒸汽进口直到凝汽器的外法兰。为了弄清楚汽轮机部分的流向，控制阀在盘车运转时须打开，而主汽阀须关闭。为了控制这些复杂的顺序，“打开控制阀”用于自动引起必要的步骤和监视同步的实现。“打开控制阀”是手动执行的。

5 总结

本文分析了钢铁受蒸汽和水的腐蚀机理以及影响因素，金属腐蚀过程中电化学反应加速了腐蚀速率，主要因素是温度和相对湿度以及环境中具有腐蚀的气氛。阐述了汽轮机干燥空气保养系统，在汽轮机停机超过三天的情况下，投入干燥空气保养，防止部件和系統腐蚀。随着汽轮机干燥空气保养技术的运用，防止了汽轮机相关部件和系统的腐蚀，延长了使用寿命，对电站安全经济运行具有重要意义。

参考文献：

[1]林玉珍，杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理[M].北京：中国石化，2007.

[2]范工业.汽轮机金属锈蚀的原因分析与防腐措施范工业[J].全面腐蚀控制，2007，（3）.

[3]畅海芳.汽轮机系统停运后的腐蚀和防腐措施[J].汽轮机技术，2006，48（5）395-397.

[4]Siemens Steam Turbines Operating and Maintenance Manual[M].SIEMENS.

[5]马厚义，崔聪颖，陈婷.金属腐蚀与防护简谈[J].电化学，2011.03.

作者简介：靳振欢（1984-），男，硕士，中级工程师，从事燃机、汽轮机调试及性能试验工作。