汽輪機(jī)凝結(jié)研究

摘 要：對圓盤鋼應(yīng)力的腐蝕開裂（SCC），材料性能（鋼的清潔度、屈服強(qiáng)度）、環(huán)境（氧、二氧化碳、氯化物濃度）的影響，溫度和應(yīng)力條件對應(yīng)力腐蝕裂紋的萌生和擴(kuò)展的影響進(jìn)行了評估。長裂紋增長率據(jù)稱與氧和二氧化碳濃度無關(guān)，但也有一些例外情況表明，這些變量的明顯獨立，部分與增長率數(shù)據(jù)的利差有關(guān)。毫無疑問，最大影響力是強(qiáng)度水平和溫度。溶解氣體和鋼的清潔度對中應(yīng)力腐蝕裂紋的“起裂”有更深刻的影響。

關(guān)鍵字：汽輪機(jī)；環(huán)境；凝結(jié)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.064

1 凝結(jié)溫度和凝結(jié)水層厚度

渦輪機(jī)內(nèi)的溫度和壓力分布很復(fù)雜，而且各站之間也有差異。因此，我們不可能就這一問題作一般性發(fā)言。汽輪機(jī)中蒸汽水分含量的變化，也就是凝結(jié)水開始發(fā)生的確切位置。但是，應(yīng)該指出的是，在運行過程中，渦輪機(jī)的溫度和壓力分布存在著變化，特別是在運行過程中。 在啟動和關(guān)閉期間使用威爾遜線可能會移動。因此，有些地方將經(jīng)歷循環(huán)干/濕蒸汽條件。此外，早期的凝結(jié)水會形成，降低由于蒸汽流動局部過冷和雜質(zhì)的存在而產(chǎn)生的飽和溫度。液膜的厚度和連續(xù)性取決于薄膜所在的表面的蒸汽含水量、化學(xué)雜質(zhì)、潤濕性和旋轉(zhuǎn)速度。膜厚在渦輪中，測量了高達(dá)120米的SSE。研究表明，在蒸汽濕度小于1%的情況下，蒸汽中的渦輪部件沒有形成連續(xù)的液體膜，低徑。然而，早期凝結(jié)水形成的水分不到1%。

2 葉片和圓盤表面的雜質(zhì)

蒸汽中雜質(zhì)的來源如上所述，鍋爐和給水化學(xué)在正常運行條件下受到嚴(yán)格控制。然而，在運行過程中，給水和鍋爐水中的雜質(zhì)含量很高。 （A）水處理不足（例如脫礦及除氣設(shè)備故障）；（B）冷凝器泄漏；（C）起動時水化學(xué)的瞬變--- 起停期；（D）鍋爐、給水管等內(nèi)的腐蝕產(chǎn)品的污染。

雜質(zhì)可以至少以三種方式輸送到蒸汽中，如下所述。

在高溫高壓下，鹽可以溶解在干蒸汽中（蒸汽輸送）。鹽在蒸汽中的溶解度是蒸汽壓力、溫度和分配系數(shù)的函數(shù)。（蒸汽中鹽濃度與水中鹽濃度的比值）腐蝕性鹽在蒸汽中的溶解度分離系數(shù)一般在10-3～10-4之間，并且隨溫度和壓力的增加而增大。這些雜質(zhì)也可以通過引入鍋爐水的液滴（機(jī)械輸送）進(jìn)入蒸汽中。雜質(zhì)可能是由于注射給水蒸汽過熱、再熱汽溫控制和鍋爐水變成過熱蒸汽管式減溫器的泄漏產(chǎn)生。

當(dāng)蒸汽進(jìn)入渦輪機(jī)時，蒸汽中的雜質(zhì)可通過沉積（從蒸汽到固體）和凝結(jié)（從蒸汽到液體）輸送到金屬表面。在LP渦輪機(jī)上，以及在HP和IP渦輪機(jī)上，特別是在主要的化學(xué)過程中由于局部過冷，即使蒸汽濕度小于1%，也會形成早期凝結(jié)水。當(dāng)蒸汽濕度大于1%時，渦輪表面可能形成連續(xù)的液膜。在葉片和圓盤表面形成的雜質(zhì)降低了渦輪的作用。

3 液膜雜質(zhì)

水相中雜質(zhì)的濃度可以用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計算，假設(shè)水蒸氣和液相中的雜質(zhì)接近平衡。 在正常工作條件下，在1%的水分下形成連續(xù)液膜的液相中氯離子濃度為1.6 ppm，陽離子電導(dǎo)率為 0.2 S/cm，在化學(xué)作用中可高達(dá)10 ppm（陽離子電導(dǎo)率等于1微秒/厘米）。在水份為3-4%時，當(dāng)蒸汽的陽離子電導(dǎo)率分別為0.2、0.5和1.0 S/cm時，液膜中的濃度分別為0.45 ppm、1.2 ppm和2.4 ppm。 例如，陽離子電導(dǎo)率為0.2 S/cm（25C），相當(dāng)于大約15 ppb的氯化物。蒸汽陽離子電導(dǎo)率為0。 絕不能允許由如此之多的氯化物組成，其限值已設(shè)置為3 ppb。

在蒸汽干燥或發(fā)生濕/干循環(huán)的區(qū)域，可能存在較高的氯化物濃度。

4 其他非揮發(fā)性物種

在上述章節(jié)中，只討論了凝結(jié)水中的氯污染問題。所得結(jié)論可應(yīng)用于其他非揮發(fā)性物種，如果在1%的濕度水平下，在渦輪表面形成液膜，則液相中的揮發(fā)分是蒸汽相的100倍。例如，一個 0.2μs/cm（25℃）的離子電導(dǎo)率將對應(yīng)于大約20ppb的硫酸根離子作為唯一的陰離子。因此，液相中硫酸鹽的最大濃度為2ppm。在正常操作條件下，蒸汽中硫酸鹽濃度控制在3 ppb以下，則液相中硫酸根離子的最大濃度為300 ppb。

近年來，在蒸汽中存在的乙酸和甲酸鹽等有機(jī)物種已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。在核電站中，總有機(jī)化合物（Toc）被控制b。 Elow 100 ppb 28。如果乙酸離子不被陽離子平衡，有機(jī)酸（如乙酸）的存在將大大降低凝結(jié)水的pH值。 并導(dǎo)致一般腐蝕、點蝕和環(huán)境輔助開裂。例如，如果蒸汽中的乙酸離子濃度為100 ppb，并且所有的乙酸離子都在液體中被分離。 在凝結(jié)水中，乙酸根離子的最大濃度為10 ppm。當(dāng)乙酸離子濃度為10 ppm時形成乙酸，則凝結(jié)水的pH值為紅紅。 90℃時，CED降至4.3。然而，還需要進(jìn)一步的工作來更可靠地確定蒸汽中乙酸的濃度和乙酸化合物（酸或鹽）的狀態(tài)。

水相的含氧量隨進(jìn)口蒸汽中不同氧濃度下的溫度而變化，當(dāng)空氣從壓蓋密封處泄漏時，溫度較低，蒸汽壓力低于大氣壓（真空下）的地方可能存在空氣。氧氣污染的另一個來源是冷凝器的泄漏。冷卻水可能直接擴(kuò)散到葉片和圓盤上。在這種情況下，液相中的氧氣濃度將是 接近冷卻水中的溶解氧水平。

5 結(jié)論

綜上所述，等溫溶解度平衡，即以兩相流質(zhì)量足夠高的系統(tǒng)為特征，在非平衡條件下，會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致高濃度的氣體（如氧氣和二氧化碳）。在所謂的“強(qiáng)制冷凝”的極端情況下，所有的蒸汽都被迫冷凝到渦輪機(jī)中，而不是被耗盡，汽輪機(jī)鋼上冷凝液層中的特殊成分可以與供應(yīng)蒸汽中的相似。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭玉峰，徐志強(qiáng)，于達(dá)仁.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：岳廣宇（1990-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，學(xué)士，助理工程師，研究方向：壓力容器。