海水循環(huán)水泵泵軸腐蝕問(wèn)題及處理

江蘇電機工程2006年7月Jiangsu Electrical Engineering第25卷第4期海水循環(huán)水泵泵軸腐蝕問(wèn)題及處理劉廣建(江蘇核電有限公司,江蘇連云港222042)摘要:針對江蘇田灣核電站 1、2號1000MW、全速、單軸、八排氣、中間去濕再熱機組8臺海水循環(huán)水泵在調試運行階段出現比較嚴重的腐蝕現象,介紹了循環(huán)水泵的性能參數、腐蝕發(fā)生的區域和特征以及腐蝕發(fā)生的機理,闡述了縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕和電偶腐蝕3種腐蝕形式,并分別進(jìn)行了原因分析。給出應對腐蝕的措施,即更換密封盤(pán)根材料、加裝淡水沖洗裝置、在泵軸上加裝犧牲陽(yáng)極和泵軸腐蝕點(diǎn)的處理。關(guān)鍵詞:核電站;循環(huán)水泵;海水腐蝕中圖分類(lèi)號:TK264.1;TG172.5文獻標識碼 :B文章編號:1009- 0665<(2006)04 - 0012 -03排氣、中間去濕再熱機組K-100060-3000型汽輪1設備概況機,凝汽器用海水作冷卻介質(zhì),每臺機組設計的冷卻江蘇連云港田灣核電站- - 期工程安裝2臺俄羅水流量為170 000 m2/h,通過(guò)4臺OB2-185E型循斯列寧格勒金屬制造廠(chǎng)生產(chǎn)額定功率為1000MW、環(huán)水泵向凝汽器供冷卻水,然后排向大海，實(shí)現冷卻全速、單軸(1個(gè)雙流高壓缸和4個(gè)雙流低壓缸)、八水循環(huán)。 循環(huán)水泵性能參數見(jiàn)表1。表1循環(huán)水泵性能參數.參數數量/臺流量 /m's4揚程/m轉速/r.min’允許汽蝕裕量 /m安全等級參數值412.3/9.812.5/9.7290/245不小于13電機性能參數功率/kW電壓/V頻率/Hz .轉速/r. min'扭矩/kN.m1900/1 20050300/25080.8/61.9循環(huán)水泵泵軸的材料為不銹鋼，運行方式為連該區域泵軸出現剝落性腐蝕,造成此類(lèi)輻射直續。該泵采用了兩速電機,這樣可以在冬天海水溫接原因是密封填料使用石墨或石棉盤(pán)根。石棉屬于度低的時(shí)候采用較低的轉速,以便節約能源。吸濕性填料,即使在海水排放后仍長(cháng)時(shí)間保持潮濕環(huán)境,而且石墨屬于正電性極強的材料,二者構成惡2腐蝕發(fā)生的區域與特征(1.21劣的電化學(xué)腐蝕環(huán)境和條件。潮濕的環(huán)境首先導致2.1泵體上壓蓋區的腐蝕和磨損不銹鋼鈍性表面破壞,接著(zhù)在石墨和不銹鋼之間形該區域軸的損傷主要是磨損,海水中的泥沙進(jìn)成電偶,導致軸腐蝕。人壓蓋和軸之間的間隙,在泵運轉時(shí)造成磨損。同密封填料區腐蝕如圖2所示。時(shí),在靜止的條件下泥沙和海水中的微生物形成潮濕的環(huán)境,造成點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。磨損的嚴重程度和腐蝕深度與安裝間隙和停放的時(shí)間有關(guān)。壓蓋區軸的磨損和腐蝕形狀如圖1所示。(a) IPAC22AP001(b) PAC22AP0032密封填料區腐蝕中國煤化工:在橡皮軸承迷宮密IPAC3IAP001封面.TYH.CNMHG溝槽狀。腐蝕產(chǎn)生圖1壓蓋區軸的磨損和腐蝕形狀的原因與泥沙的淤積有關(guān),在上軸承區泥沙由下而2.2密封填料區的腐蝕上，,經(jīng)過(guò)軸承被帶到水室,當排放不暢時(shí)在軸承封蓋以上沉積下來(lái),泥沙阻礙氧的擴散,形成特殊泥沙下收稿日期:2006-02-22;修回日期:2006-04-15劉廣建:海水循環(huán)水泵泵軸腐蝕問(wèn)題及處理13的縫隙腐蝕環(huán)境。同時(shí)，由于軸是垂直放置,海水重于活化態(tài),電位為負,蝕坑外的金屬表面處于鈍態(tài),力向下,腐蝕溝槽由上向下發(fā)展。電位為正,因而構成了腐蝕電池,電位為負的部分稱(chēng)水室區軸的腐蝕形狀如圖3所示。為陽(yáng)極,電位為正的部分稱(chēng)為陰極。陽(yáng)極上的金屬溶解成為金屬離子進(jìn)人溶液,放出的電子流到陰極消耗掉,同時(shí)蝕坑快速加深,孔外金屬表面則受到陰極保護。陽(yáng)極反應:Fe-→Fe2+2e- Cr- →Cr*+ 3e~Ni-→Ni++2e-(a) IPAC22AP001(b) 2PAC31AP001陰極反應:O2 + 2H2O +4e- -→40H-腐蝕反應的速度受水的pH值、湍流度、水流速圈3水室區軸的腐蝕形狀度、溫度、鹽度和微生物等環(huán)境因素影響。2.4軸承區域的腐蝕軸承區的腐蝕具有典型的縫隙腐蝕特征,腐蝕4腐蝕的形式和原因分析發(fā)生在軸瓦與軸接觸的表面,出現--個(gè)與軸瓦長(cháng)度4.1腐蝕形式相應的痕跡,邊緣地帶最深。腐蝕的深度隨泵而異,(1)縫隙腐蝕。發(fā)生在泵軸上下軸承區和水室根據核工業(yè)無(wú)損檢測中心對1PAC22AP001泵的檢區的腐蝕主要是縫隙腐蝕,它是由泵本身結構造成。查,目視最大深度為2.5mm,泵軸修復過(guò)程中對缺在海水介質(zhì)中,金屬之間縫隙內的介質(zhì)處于滯留狀陷打磨的結果表明實(shí)際最大深度可達4 mm。軸承態(tài),使縫內金屬腐蝕加劇。當腐蝕開(kāi)始時(shí)，氧的去極區的縫隙腐蝕是由于軸與軸瓦的縫隙結構在潮濕環(huán)化腐蝕在縫隙內外均勻進(jìn)行。因滯留關(guān)系,氧只能境下長(cháng)期靜止所造成，在運轉情況下不會(huì )形成永以擴散方式向縫內傳遞,縫內的氧消耗后難以得到久、固定的縫隙環(huán)境。補充,氧的還原反應很快終止,而縫外的氧可充分補軸承區軸的腐蝕形貌如圖4所示。充,所以縫外的氧化還原反應繼續進(jìn)行?？p內、外構成宏觀(guān)的氧濃差電池,縫內為陽(yáng)極,反應為:Fe→Fe2+ 2e ;縫外為陰極,反應為:O2 + 2H2O+4e-→.40H。形成大陰極小陽(yáng)極的不利結構,腐蝕電流較大,逐步發(fā)展為閉塞電流,此時(shí)縫內金屬陽(yáng)離子難以擴散出去,隨著(zhù)Fe+、Fe*+的不斷積累,縫內正電荷增加,吸引縫外CI-進(jìn)人縫內以保持電荷平衡,使縫內(a) 1PAC31AP001(b) 2PAC31AP00介質(zhì)酸化,pH值下降到3左右,加速了陽(yáng)極溶解,同圖4軸承區軸的腐蝕形貌時(shí)陽(yáng)極溶解又吸引更多的CI進(jìn)入,以此循環(huán)往復,下軸承區的腐蝕與結構有關(guān),在下軸承區海水使腐蝕不斷發(fā)展。的循環(huán)是借助輔助葉輪,并且海水的流向與泥沙流(2)點(diǎn)蝕。發(fā)生在壓蓋區和填料區的另外一種向一致,因此比上軸承區腐蝕輕,沉積可能性較小。腐蝕形式是點(diǎn)蝕,它是由海水中的泥沙和微生物的沉積造成。特點(diǎn)是區域分散,穿透性強，可在相當短.3腐蝕發(fā)生的機理的時(shí)間內造成穿孔。起因與鋼材薄弱點(diǎn)或材質(zhì)不均循環(huán)水泵泵軸的材質(zhì)是1Cr17Ni13Mo3Ti,屬，勻處的鈍化膜有關(guān),由于金屬表面鈍化膜局部損傷,于316不銹鋼,之所以抗腐蝕是由于鉻合金化的碳或者連通管內的污垢、腐蝕產(chǎn)物、泥沙以及貝殼類(lèi)海鋼表面上生成一層薄而穩定的鈍化膜,在Fc-Cr合生物附著(zhù)在管壁上產(chǎn)生濃差電池腐蝕,其中陽(yáng)極是金中加入Ni時(shí)可進(jìn)-步提高不銹鋼的抗蝕性,但面積很小的活性金屬,陰極是面積很大的鈍性金屬，鈍化膜并非沒(méi)有化學(xué)活性,而是處在溶解和修復的這種鈍性金屬-活性金屬電池的電位差較大的特性動(dòng)平衡狀態(tài)中。當介質(zhì)中有活性陰離子時(shí)(比如氯會(huì )產(chǎn)罕級上面積很小的快離子)平衡容易被打破,原因是氯離子能優(yōu)先有選擇速腐中國煤化工二海水中與靜止的海吸附在鈍化膜上,排擠氧原子,然后和鈍化膜中的陽(yáng)水相CN MH G顯,因為海水流動(dòng)離子結合生成可溶性氯化物,在新露出的金屬表面帶走了在其他情況下會(huì )在縫隙或裂紋處聚集的腐蝕上生成小蝕坑,若鈍化阻力小蝕坑就不再長(cháng)大,但蝕產(chǎn)物,且由于溶解氧的暢通無(wú)阻而保證了均勻鈍化?？釉诙鄶登闆r下將繼續長(cháng)大。蝕孔內的金屬表面處另外,點(diǎn)蝕中氯離子起關(guān)鍵的作用。14江蘇電機工程(3)電偶腐蝕。發(fā)生在密封填料區的腐蝕主要海水影響,減少磨損和腐蝕的風(fēng)險。是電偶腐蝕,它是由不同金屬或非金屬相互接觸引5.3在泵軸上加裝犧牲陽(yáng)極起,當金屬與某些非金屬導體(如石墨、石棉等)相俄方原設計從繞流速度考慮對轉動(dòng)部件未加犧互接觸時(shí),金屬與電勢更正的非金屬導體連接而引牲陽(yáng)極保護,當水泵停止運行時(shí)腐蝕不能受到抑止。起的加速腐蝕。腐蝕主要發(fā)生在金屬與非金屬相互因此,將泵體錐形連接管(碳鋼管道)內原有的犧牲接觸的邊線(xiàn)附近,如果接觸面上同時(shí)有縫隙存在,而陽(yáng)極與軸連接起來(lái)可以起到保護作用?？p隙中有電解液,則是一個(gè)典型的腐蝕電池,電位較5.4泵軸腐蝕點(diǎn)的處理正的金屬為陰極,電位較負的金屬為陽(yáng)極。采用微區電脈沖點(diǎn)焊+電刷鍍進(jìn)行處理,即采4.2原因分析用微區電脈沖點(diǎn)焊對腐蝕區域進(jìn)行填補,恢復泵軸綜上所述,俄方對于泵軸選材沒(méi)有問(wèn)題,泵軸的外形尺寸后再對表面進(jìn)行電刷鍍,以保證表面能本身之所以沒(méi)采取任何防腐措施,它是基于海水中達到耐磨、耐腐蝕的效果。微區可控脈沖點(diǎn)焊技術(shù)是不銹鋼表面繞流速度大于1.5 m/s,將保持自身的鈍采用可控脈沖電能把補材(片材、絲材或粉材)固定性,不會(huì )發(fā)生腐蝕,對于表面繞流速度大于2. 5 m/s到機件應修補部位,在微區內逐層成坯的修補新技的構件,不采用專(zhuān)門(mén)的保護措施。但是,上下軸承支術(shù)。該技術(shù)不但可得到高結合強度的表面覆層外,撐結構導致海水在泵管內形成滯留區,對于上下軸還對基材的熱量控制在一定的范圍內,工藝過(guò)程對承的差別沒(méi)有充分注意,下軸承區導流罩外處于主母材不產(chǎn)生熱變形和軟化,所選用的補材面寬,對傳流道的位置,海水流量大不銹鋼易保持鈍性狀態(tài),泥統的維修手段是一種補充。電刷鍍主要采用了特快沙不易沉積。導流罩內海水受到阻滯,不銹鋼不易.鎳鎳磷合金的刷鍍液，使表面獲得比母材更好的鈍化,軸和軸承之間的潤滑通過(guò)輔助葉輪將水打人耐磨和耐腐蝕覆層,減少被磨損和腐蝕的幾率。軸承間隙潤滑,上軸承安裝在由泵體伸出管上,海水6結論通過(guò)盤(pán)根和泵體上壓蓋間隙維持循環(huán),如果泥沙堵塞或流量減少,形成惡劣的局部環(huán)境,造成上軸承田灣核電站1、2號機組8臺循環(huán)水泵泵軸的腐區軸的嚴重腐蝕,而下軸承區相對較輕。另外,腐蝕蝕形式為點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕和電偶腐蝕，屬于電化學(xué)部位集中在海水流動(dòng)性差、結構縫隙的部位,表面腐蝕的范疇,與泵的結構形式、泵軸的選材、運行操腐蝕的發(fā)生和發(fā)展與相對靜止的環(huán)境有關(guān)，腐蝕不作以及設備保養等有直接關(guān)系。會(huì )在運轉期間發(fā)生,而是在靜止期間發(fā)生。針對泵軸因腐蝕而帶來(lái)的缺陷,采用電刷鍍鎳工藝進(jìn)行修復,恢復泵軸使用功能。同時(shí),在密封填5采取的應對措施料裝置上加裝淡水供應系統,運行前后各1h充淡水,5.1更換密封盤(pán)根材料可減少該區域泥沙雜質(zhì)含量,強化潤滑避免局部千將吸潮的石墨盤(pán)根改為聚氟塑料盤(pán)根,避免停燥過(guò)熱非常有效,而將密封填料更換為聚氟塑料盤(pán)止運行時(shí)長(cháng)期保持潮濕狀態(tài),消除電偶腐蝕。根,則消除了電偶腐蝕。通過(guò)將泵軸與犧牲陽(yáng)極保護5.2加裝淡水沖洗裝置裝置相連接,使泵軸防腐性能獲得進(jìn)一步 提高。按照循泵的原設計上軸承區的潤滑,海水由下參考文獻:至上從水室接管和盤(pán)根間隙排出,存在2個(gè)問(wèn)題:[1]高額,鄔冰.電化學(xué)基礎[M].北京:化學(xué)I業(yè)出版社,2004.(1)海水在縫隙中殘留,停運期間引起點(diǎn)蝕和縫隙[2]曹楚南.腐蝕電化學(xué)原理[M].北京:化學(xué)I業(yè)出版社,1985.腐蝕;(2)縫隙部位淤積泥沙,在泵啟動(dòng)時(shí)對軸產(chǎn)生作者簡(jiǎn)介: .磨損。因此,在啟動(dòng)前1h和停泵后1h應沖洗盤(pán)根劉廣建(1965-),男,河南開(kāi)封人,工程師,從事機械設備設計與制縫隙殘留海水,以避免啟動(dòng)時(shí)的干摩擦和停運期間造工作。Circulation Water Pump Shaft Corrosion and Its DisposalLIU Guangjian(iangsu Nuclear Electricityt Co. ,Ltd. ,Liany中國煤化工Abstract:Eight seawater circulation pumps in Jiangsu Tianwan Plant e::MYHC N M H GommissioningThe paper introduced the pumps' structure , material , working environment and the mechanics of the corrosion, analyzedthree patterns of corrosion. Corrective measures were taken and the pumps' function restored.Key words :nuclear power station;circulation pump;sea water corrosion