海水循環(huán)水泵葉輪失效原因分析及處理建議

經(jīng)驗交流Experience Exchange CA海水循環(huán)水泵葉輪失效原因分析及處理建議吳昉贊’周澄'張曉(1.中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興314300;2.陜西恒星電力建設工程有限公司，浙江嘉興314300)摘要:在一個(gè)使用周期內海水循環(huán)水泵葉輪即損壞嚴重。葉片減薄嚴重的主要原因是泥沙的顯微磨削作用;局部區域的材料流失嚴重是氣蝕加速的磨削造成的。針對葉輪失效的主要原因，提出采用涂刷耐磨陶瓷涂層提高葉輪的耐磨削和抗氣蝕性，以延長(cháng)葉輪單次的使用壽命。關(guān)鍵詞:葉輪沖刷腐蝕 汽蝕耐磨 陶瓷涂層中圖分類(lèi)號: TE980.4文獻標識碼: ADOI: 10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2015.12.039.03The Analysis of Failed Seawater Pump Impellers and SolutionWU Fang-yun', ZHOU Cheng', ZHANG Xiao2(1.CNNC Nuclear Power Operations Management Co., Ltd. Jiaxing 314300, China;2.Shan Xi Heng Xing Electric Power Construction Co., Ltd. Jiaxing 314300, China)Abstract: The seawater pump impellers were damaged severely during one service cycle. The failureanalyses show that the vane’thinning gravely resulted from sand' s micro cutting, and local materialrunning off resulted from micro cutting accelerated by cavitation. Base on the analyses, this paper presents技some plans of prolonging impellers ’life, It is considered that spraying the surface wear resistant coating is術(shù)economic and feasible.Key words: impellers; erosion-corrosion; cavitation erosion; wear resistant coating0概述某核電廠(chǎng)海水循環(huán)水泵為立式混合泵，電動(dòng)機功率1600kw，流量16000m/h，揚程23.5m, 轉速495r/min，葉輪材料為ZG1Cr18Ni9。在循環(huán)水泵解體檢查中發(fā)現泵的葉輪損壞嚴重，葉輪過(guò)流部件遭到破壞，葉片磨蝕十分嚴重，具體表現在:入水側葉片前緣磨損沿葉片根部向葉(a)葉輪整體形貌(b)葉片邊緣刀刃狀缺損片端面方向越來(lái)越嚴重;葉片入水側存在大量魚(yú)鱗圖1 葉輪沖刷腐蝕形貌狀溝槽，零星存在麻點(diǎn)狀破損坑。葉片出口處背面.1失效機理減薄很?chē)乐?，呈較深的魚(yú)鱗狀花紋，葉片的邊緣呈參差不齊、很尖銳的刀刃狀缺口;正面有大量的犁1.1 海水環(huán)境特點(diǎn)溝和魚(yú)鱗狀紋路，犁溝淺而寬，魚(yú)鱗紋淺且間距核電廠(chǎng)位于杭州灣,根據相關(guān)文獻資料|121,杭大。局部的坑(溝)內壁較光滑，頂端呈刀刃狀。州灣海水鹽分含量為7500 ~ 18500mg/L,僅為- -般海作者簡(jiǎn)介:吳昉贊(1987-)，浙江海鹽人，學(xué)士，助理工程師，研究中國煤化工。YHCNMHG .全面腐蝕控制39第29卷第12期2015年12月經(jīng)驗交流CAIA Experience Exchange水的1/3 ~ 12; pH值年平均值為8.02,基本無(wú)污染;以的機械 力學(xué)損傷，因而，沙粒的機械沖擊作用以微粘性細顆粒粉沙為主的懸浮物含量500~ 2300mg/L;粉切削作用為主。沙的礦物成分則主要為石英和正長(cháng)石，維氏硬度分別微切削作用直接使晶粒表面產(chǎn)生碎屑，擠壓、為7和6級(HV950~ HV1200)，平均粒徑0.036mm，犁 削則將晶粒表層材料擠出和卷邊，后續的切削和且多為棱片狀。循環(huán)水泵在運行過(guò)程中，葉輪金屬擠壓、 犁削作用使卷邊不斷剝落。切削和擠壓、犁表面受到小而松散的流動(dòng)粒子的沖擊作用。同時(shí)，削的另一個(gè)作用是使晶粒的局部表面產(chǎn)生硬化薄海水中含有氯離子屬腐蝕性介質(zhì)，有一定的化學(xué)腐層， 硬化薄層的磨削速率會(huì )小幅下降，但由于晶粒蝕作用。因此循泵葉輪在含沙海水中的損壞屬于典表面無(wú)法形成連續的硬化層，硬化薄層易隨非硬化型的沖刷腐蝕，在泥沙機械沖刷的力學(xué)作用的同時(shí)區域產(chǎn)生的卷邊和切屑--起剝落。伴隨著(zhù)電化學(xué)腐蝕。由于硬化薄層的形成，因而，在葉輪的導流部1.2沖刷腐蝕機理分金屬表面的材料流失速率相對恒定，減薄比較均沖刷腐蝕，是金屬表面與腐蝕流體之間由于高勻; 由于葉片工作面(正面)的流體壓力比背面大，正速相對運動(dòng)而引起的金屬損壞現象，是材料受沖刷面的溝紋要比背面深;在與蓋板結合區由于水流漩和腐蝕交互作用的結果。沖刷腐蝕是一種危害性較渦的作用， 局部產(chǎn)生了破損坑。大的局部腐蝕，尤其是在含固相顆粒的兩相流中破1.3.2 汽蝕加速的大角度沖擊壞更為嚴重，它大大縮短了設備的使用壽命，在海在葉片入水側，水流方向與金屬表面的夾角大水、石油和化工等領(lǐng)域廣泛存在34。于45°，形成大角度沖擊區。葉片入水側與水流方向沖刷腐蝕包括沖刷和腐蝕兩個(gè)方面。沖刷是材夾 角最大，同時(shí)線(xiàn)速度也很高，含沙水流直接沖擊術(shù)支料以固體顆粒(分子)形式脫離金屬表面，腐蝕是腐蝕金 屬表面，部分細小的多角(片狀)沙粒會(huì )刺入晶界和產(chǎn)物以離子形式脫離金屬表面。磨損腐蝕造成的材晶粒上，造成大量的表面顯微裂紋源。水流的沖擊料損失量不僅僅是純沖刷失重及單純腐蝕的簡(jiǎn)單疊會(huì )使晶界上的顯微裂紋沿晶界擴展，最終發(fā)展成沿加，而是沖刷力學(xué)因素與腐蝕電化學(xué)因素相互促進(jìn)晶分布的疲勞裂紋，引起晶粒疲勞剝落，形成疲勞產(chǎn)生協(xié)同作用所致。剝蝕坑。1.3循泵葉輪失效機理同時(shí)，在葉片入水側，尤其是在葉輪葉片進(jìn)口循環(huán)水泵葉輪的損壞為泥沙機械沖刷、磨損稍后處， 由于水泵產(chǎn)生汽蝕，汽蝕在瞬間產(chǎn)生的高和海水腐蝕共同作用下的磨損腐蝕失效，并且，泥達幾百至幾 千個(gè)大氣壓的沖擊應力，并以很高的沖沙機械沖刷、磨損損壞速率遠大于其腐蝕速率。同擊頻率(600~25000Hz)打擊金屬表面，使顯微裂紋時(shí)，由于泥沙淤積作用，在葉輪入口處產(chǎn)生--定的發(fā)展成為疲勞裂紋，裂紋的不斷擴展造成晶粒松動(dòng)汽蝕，汽蝕加速了磨損腐蝕的損壞作用。和脫落，形成早期的麻點(diǎn)狀汽蝕坑。材料表層的顯1.3.1小角度磨削微裂紋主要是由材料本身的缺陷、沖擊和沙粒刺入水流方向與葉片金屬表面夾角小于45°的磨削產(chǎn)生的。汽蝕過(guò)程中氣泡的破裂傳給泥沙的能量,區，主要分布在葉片導流部分。小角度磨削的特征使沙粒加速，增加了大角度沖擊的破壞作用;而進(jìn)表現為葉片均勻減薄，形成魚(yú)鱗紋以及犁溝紋等。入汽蝕坑的沙粒則對先期形成的汽蝕坑形成“往復循環(huán)水泵運行時(shí)，多角沙粒對葉輪產(chǎn)生微切削式” 破壞，結果是汽蝕坑不斷擴大、合并，坑壁由作用，而圓形沙粒則對其產(chǎn)生擠壓、犁削作用，多于顯微切削變得光滑。角沙粒的切削作用比圓形沙粒的犁削作用產(chǎn)生更大因此，葉輪/中國煤化王洞、漸開(kāi)THCNMHG40TOTAL CORROSION CONTROLVOL.29 No.12 DEC.2015經(jīng)驗交流Experience Exchange式溝槽及麻點(diǎn)等是由于汽蝕加速的泥沙大角度機械沖組織 主要以高韌性的板條狀含鎳低碳馬氏體為主。擊作用形成的，葉片人水側局部材料流失非常嚴重。采用超低碳馬氏體不銹鋼或馬氏體沉淀硬化不1.3.3汽蝕加速的小角度沖擊銹鋼的葉輪壽命會(huì )延長(cháng)，但兩種材料的硬度分別為與葉片導流部分-一樣， 在葉片出水側主要以小HV301和HV339， 硬度仍遠低于石英砂的硬度，其角度的磨削為主，小角度磨削作用的特征表現仍為使用壽命有待進(jìn)一步的試驗和工程驗證!5。葉片均勻減薄，形成魚(yú)鱗紋以及犁溝紋等。由于葉2.2 表面防腐耐磨處理片出水側的線(xiàn)速度比導流部分要大，因而，葉片出核電廠(chǎng)海水循環(huán)水泵采用涂刷耐磨陶瓷涂層的水側無(wú)論是背面還是正面，其磨損程度均比導流部防 腐進(jìn)行防護，在一個(gè)大修周期內，耐磨陶瓷涂層分要大很多。整體性保持完好，局部沖刷腐蝕嚴重區域涂層會(huì )有同時(shí)，在葉片出水側背面，由于局部出現了一定的消耗，總體上達到了犧牲涂層保護葉輪的目負壓產(chǎn)生大量真空小氣泡，負壓降低后，小氣泡湮的， 尤其是葉片流道部分和出水側基本沒(méi)有較大的滅，產(chǎn)生類(lèi)似汽蝕的高頻的強大沖擊力的作用，形磨損， 葉片入水側也未見(jiàn)明顯的汽蝕坑、孔。成早期的麻點(diǎn)狀汽蝕坑。汽蝕過(guò)程中氣泡的破裂傳3結論給泥沙的能量，使沙粒加速，增加了小角度沖擊的破壞作用;而進(jìn)入汽蝕坑的沙粒則對先期形成的汽海水循環(huán)水泵葉輪的損壞為典型的金屬在固液蝕坑形成“往復式”破壞，結果是汽蝕坑不斷擴雙相流中的沖刷腐蝕，在泥沙機械沖刷、磨損的同大、合并，坑壁由于顯微切削變得光滑，兩個(gè)汽蝕時(shí)伴隨著(zhù)電化學(xué)腐蝕，并且泥沙機械沖刷、磨損損壞速率遠大于海水腐蝕速率?？拥慕诲e使得坑壁頂端形成刀刃狀結構。根據葉輪失效的主要原因，綜合合理選材和表技2解決措施面防腐耐磨處理兩方面來(lái)延長(cháng)葉輪的使用壽命，使術(shù)海水系統水泵葉輪的損壞為泥沙機械沖刷、磨用耐 磨陶瓷涂層達到了犧牲涂層以保護葉輪、延長(cháng)損和海水腐蝕共同作用下的磨損腐蝕。延長(cháng)葉輪使葉輪使 用壽命的目的。用壽命的方法有兩種:(1)選擇耐泥沙機械磨削性較好的材料制造葉輪; (2)采用經(jīng)濟性好的材料，通過(guò)表面工程技術(shù)，保證葉輪在使用一段時(shí)間后能以較參考文獻小的代價(jià)進(jìn)行維修使用。1] 陳吉余,陳沈良等。長(cháng)江口南匯咀近岸水域泥沙輸移途徑[D]I.2.1合理選材長(cháng)江流域資源與環(huán)境, 2001, 10(2): 166-172.海水循環(huán)水泵葉輪所用材料不適合在該電廠(chǎng)環(huán)[2] 車(chē)越,何清等高濁度河顆粒態(tài)重金屬對泥沙運動(dòng)的指示作用境下直接使用。其他奧氏體、鐵素體、奧氏體-鐵田.水利學(xué)報2003, 1(): 57-6.素體雙向不銹鋼以及中高溫回火的馬氏體不銹鋼的31 向先保， 沙承點(diǎn)海水循環(huán)泵雙相不銹鋼葉十輪失效機理分析[I.水泵技術(shù), 2012, 5: 38-42.金相組織均為奧氏體或/和鐵素體，其耐顯微磨削性不好。顯微硬度較高的低溫回火的高碳馬氏體不銹[4]鮑旭東， 江臘濤.秦山核電站海水循環(huán)泵故障淺析I].水泵技術(shù), 2004, 1:25-29.鋼，耐磨削性很好，但韌性又太差。[5] 陸世英,張廷凱等主編.不銹鋼[M].北京:原子能出版社, 1995:綜合考慮耐磨削性和韌性，超低碳馬氏體不銹23-64.鋼(如: 00Cr13Ni5Mo)和馬氏體沉淀硬化不銹鋼(如[61 肖政渝. 含沙海水對電站水泵的影響及耐蝕處理措施I水泵17-4PH)是較合適的材料。這兩類(lèi)鋼熱處理后的微觀(guān)技術(shù), 2009, 1:16-21中國煤化工MHCNMHG全面腐蝕控制41第29卷第12期2015年12月