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間接空冷換熱器鋁管束腐蝕原因分析及解決措施

文檔作者：李靜平，王微，竇家新，賈志剛，姚虎東文檔來源：內蒙古京能康巴什熱電有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年09月21日
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內蒙古電力技術
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INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER
2016年第34卷第1期
doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2016.01.004
間接空冷換熱器鋁管束腐蝕原因分析及解決措施
李靜平，王微，竇家新，賈志剛，姚虎東
(內蒙古京能康巴什熱電有限公司，內蒙古鄂爾多斯017000)
摘要：內蒙古京能康巴什熱電有限公司間接空冷系統在投運初期，由于循環水pH值升
高，2臺機組間接空冷系統272個冷卻三角管束在底部管箱與管板接口處均發生局部腐蝕并
泄漏。對泄漏的管束進行檢查，分析出鋁管腐蝕的原因，提出了不吊裝冷卻三角、對局部腐蝕
管束的腐蝕部位加裝襯管的方案，并自行設計了小陽床裝置，安裝在主機間冷塔內，有效控制
了循環水的pH值，保證了機組的正常穩定運行。
關鍵詞：間接空冷系統；換熱器；管束腐蝕；冷卻三角；pH值；陽床
文獻標志碼：B
中圖分類號：TM732
文章編號：1008-6218(2016)01-0056-04
Analysis and Solutions for Corrosion on Aluminum
Tubes in Indirect Air Cooling Radiators
LI Jingping, WANG Wei, DOU Jiaxin, JIA Zhigang, YAO Hudong
(Inner Mongolia Jingneng Kangbashi Thermal Power Co.,Ltd., Ordos 017000， China)
Abstract: During the early operation of indirect air cooling system in Inner Mongolia
Jingneng Kangbashi Thermal Power Co.,Ltd., indirect air cooling system's 272 cold
triangular tube bundles of 2 units were partially corroded and leaked at the intersection of
the tube chamber's bottom and the plate due to the raise of pH value of circulating water.
The leakage of the tube bundles was examined and analysis was conducted addressing the
corrosion of aluminum tubes. The solution was as follows. Cold triangular tube bundles
were not lifted. Liner was installed at corrosion parts. The small cation bed was designed
and installed in the cooling towers of units, which effectively controls the pH value of the
circulating water and ensures the normal and stable operation of the units.
Key words: indirect air cooling system; radiator; tube bundles' corrosion; cold triangular
tube bundles; pH value; cation bed
1機組概況及存在的問題
壁厚)，材質為1050A,管束內壁采用了一種弱堿性
的鈍化方法——MBV法。2013年11月，2臺機組
內蒙古京能康巴什熱電有限公司2×350MW超
168h試運期間，主機間接空冷循環水pH值一周內
臨界機組主機循環水通過2個獨立的間冷塔冷卻，
由7.0上升至9.2，雖然進行了大量的換水，但由于受
每個間冷塔散熱器由136個24m高的獨立冷卻三角
化學制水量所限，間接空冷循環水水質仍不能得到
組成，冷卻三角散熱管規格為25mm×1mm(直徑×
有效控制，冷卻三角底部管束與管箱接口處出現腐
[收稿日期]2015-11-18
[作者簡介]李靜平(1975)，男，陜西人，助理工程師，從事火力發電機組汽輪機維護和研究工作。
2016年第34卷第1期
李靜平,等:間接空冷換熱器鋁管束腐蝕原因分析及解決措施
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蝕現象，并逐漸發生泄漏。管束泄漏部位及腐蝕情
粗大針狀晶體割裂基體，損害合金的力學性能，對
況分別如圖1、圖2所示。
鋁的強度與塑性、抗腐蝕性能、加工性能以及高溫
性能等均有影響。查閱廠家提供的鋁管質量證明
書，得知鋁管中鐵質量分數為0.13%~0.15%，符合
管束泄漏部位
《GB/T3190—2008變形鋁及鋁合金化學成分》對
1050A牌號鋁合金成分的技術要求。
2.2生產加工過程造成的影響
經了解，生產廠家管束內壁處理工藝如下：管
束穿脹-0.5MPa蒸汽吹掃（除去油污）—2遍水洗
(清洗脫脂殘留)一酸洗（將材料表面氧化物除
圖1管束泄漏部位
去)—清水洗一鈍化（材料表面形成鈍化保護層）—
清水洗（洗去鈍化殘留）一加熱封孔（加強保護層的
防腐能力)。從管束出廠前的加工流程中可以看
出，為了使鋁管內壁不受水或其他腐蝕介質的影
響，出廠前對管束內壁采用了一種弱堿性的鈍化方
法——MBV法，鈍化完畢后采用自來水對管束內壁
進行了簡單的沖洗，再未做任何處理，殘留在管內
的Na+、Cl為腐蝕創造了最基本的條件。在設備投
運初期將會使循環水pH值逐步升高，隨著運行時間
延長，pH值升高的速度逐步減慢。這也說明了在無
任何水質污染的情況下，循環水pH值升高的原因。
圖2管束腐蝕情況
2.3系統問題
間接空冷循環水系統雖然總體來說是閉式循
內蒙古京能康巴什熱電有限公司1號、2號機組
環系統，但地下水箱、高位水箱人孔及每個扇區的
循環水系統儲水量約為15000t、19000t,每臺機換
排空管道均與大氣相通，空氣中的氧氣進入循環水
水量約20t/h,換水周期為15d(每噸造價20元，每
后，與殘留在鋁管束內壁的Na*、Cl發生化學反應，
次合計費用約為14.4萬元)，但效果不明顯。若循
導致間接空冷冷卻三角鋁管產生腐蝕。其化學反
環水pH值不能得到及時的控制，不僅會浪費大量除
應基本原理如下。
鹽水，而且會導致間冷塔冷卻三角管束二次泄漏，
O2+2H2O+4e→4OH;
造成機組長時間停用。
Na"+OH→NaOH;
2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑。
2腐蝕原因分析
Al-3e→Al";
O2+2H2O+4e→4OH;
循環水pH值的高低直接影響著間接空冷冷卻三
Al"+3OH→Al(OH)3;
角管束的腐蝕性能。當循環水pH值控制在4~8.5時，
Al(OH)3→AlOOH+H2O或
在冷卻三角管束內表面可形成致密的AL2O3膜，發生
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O;
鈍化，起到保護管束的作用；當循環水的pH大于8.5
Al(OH)3+Cl→Al(OH)2Cl+OH;
時，冷卻三角管束內表面形成的AL2O3保護膜逐漸溶
Al(OH)2Cl+Cl→Al(OH)Cl2+OH;
解于水中，保護膜被破壞，導致冷卻三角管束腐蝕，pH
Al(OH)Cl2+Cl→AlCl3+OH。
值越高，冷卻三角管束的腐蝕速度越快。綜合分析間
在干燥的空氣中鋁表面會形成一層致密的保
接空冷系統設備制造、安裝、運行情況，認為循環水pH
護膜Al2O3,起到保護作用。但是在含有Na*、Cl的介
值升高的原因主要有以下幾方面的可能。
質中該層保護膜被破壞，導致破壞的地方呈活化狀
2.1鋁管中鐵質量分數
態為陽極，未受破壞的保持鈍態為陰極，形成一個
鐵是鋁硅合金中最為常見的一種雜質，通常以
原電池反應，進而產生快速腐蝕。
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內蒙古電力技術
2016年第34卷第1期
3解決措施
部分全部處理完成后，仔細檢查脹接和管端及原有
密封圈，并清理管箱面及管板面的雜質和顆粒物，
常規的檢修方法是逐個將泄漏的冷卻三角吊
保證兩個接觸面完全清潔，再進行管箱安裝。安裝
裝至地面，通過加裝整根襯管的方法進行維修。該
管箱時，U形螺栓要垂直鎖緊，并對稱緊固，包裝均
方案維修費用較高（修理1個冷卻三角僅人工及機
勻接觸，避免出現間隙導致漏水，管箱及波紋管安
械費用約2萬元)，更主要的是當時正值該地區氣候
裝完成后最好間隔4~6h使密封膠完全干透，再進
最寒冷、風力最大的季節，無法滿足現場檢修及吊
行扇區沖水，以保證密封性。
裝條件。由于現場管束泄漏部位均在底部管箱與
3.1.2注意事項
管板的連接處，經過多方論證及多次試驗，確定采
(1)襯管規格選取23mm×1mm(直徑x壁厚)，
用如下方案：不吊裝冷卻三角，拆下膨脹節與底部
管外徑偏差為0.1mm,管材為1050A,其機械性能及
管箱，對局部腐蝕管束的腐蝕部位加裝襯管。該方
其他標準應符合《GB/T3190—2008變形鋁及鋁合
案既不受環境的制約，又節省維修費用，縮短檢修
金化學成分》的技術要求。
周期，同時不影響機組的散熱效果及機組背壓。
(2)脹管器的表面光潔度應達1.6以上，防止
3.1腐蝕泄漏處理
在脹接過程中損壞襯管內表面。
3.1.1檢修工序
(3)在檢修工序中要特別注意避免脹管頭因
(1)拆除冷卻三角底部管箱，檢查所有管束的
出現機械損傷及顆粒物毛刺而造成鋁管劃傷，進而
管頭，將發生腐蝕和破損的管頭做好記號并取下密
導致管束泄漏。
封圈。使用直徑為26.2mm的電鉆將腐蝕、破損的
3.2水質處理
管頭鉆掉，鉆頭鉆入深度超過管板內側5~15mm,鉆
因間接空冷循環水管線較長、管徑大，儲水量
完后清理管板及內孔毛刺和鈍邊。
較大，僅通過換水控制間接空冷循環水pH值的常規
(2)選取直徑為23mm、壁厚為1mm的鋁管作
方法并不可行。為此，內蒙古京能康巴什熱電有限
為襯管，長度約200mm。使用擴脹工具將備用襯管
公司根據多年運行與檢修經驗自行設計了小陽床，
的一端擴脹成25~26mm的喇叭口，擴脹長度約25
安裝在主機間冷塔內，用于降低主機循環水的pH
mm,擴脹時保證擴脹部分與基管的同心度，且擴脹
值。
部分不能出現裂口。擴脹過程中不能劃傷鋁管，擴
3.2.1裝置構造
脹完畢后將鋁管內、外油污及灰塵清理干凈。
該裝置主要由前置過濾器、陽離子交換器及附
(3)將擴脹好的襯管小直徑部分（直徑23mm)
屬管道閥門組成（見圖3）。其中前置過濾器過濾精
均勻涂抹上中性密封膠（玻璃膠），涂抹長度約150
度為5μm,本體及附件采用304SS不銹鋼，濾芯材
mm,涂抹完成后將其插入用鉆頭鉆掉后的管板內，
質為PP熔噴濾芯，數量為50支，集水裝置采用多孔
保證襯管與管板垂直，預留長度為10~15mm。
板，濾芯布置均勻，防止局部偏流；陽離子交換器為
(4)襯管安裝完畢后，使用專用電動脹管器進
焊接碳鋼結構的立式柱形容器，本體內部襯膠厚度
行脹接，將專用脹管器插入襯管內，脹頭位置超過
為5mm(內層3mm,外層2mm,交叉粘貼)，本體外
管板內側約20mm,啟動專用電動脹管器進行脹接，
部管系為襯一層厚3mm的天然無硅橡膠的無縫鋼
脹接長度為100~150mm,脹接力矩必須到位，保證
管。內部部件材料均為不銹鋼316L。前置過濾器
襯管與原有基管完全貼合。
主要作用是過濾間冷循環水系統內的泥沙等顆粒
(5)脹接完成后，使用手工脹管頭將管板外側
雜質，陽離子交換器主要作用是除去循環水內部分
的擴脹部分與管板內孔進行貼脹，脹管頭直徑約
陽離子。技術參數分別見表1、表2。
24.5mm,貼脹前要檢查和清理脹管頭，避免因雜質
3.2.2工作原理
附在脹頭上造成鋁管劃傷。
該陽床的制水量約40t/h,陽床進水從間冷塔扇
(6)貼脹完成后，使用專用的切管器對管板外
區進水母管上的呼吸閥引出，經前置過濾器過濾掉
側端管進行切削，保證管板面至管端尺寸為7mm;
泥沙等顆粒雜質后，再進入陽離子交換器，由陽離
切削完成后清理管端毛刺和雜質，再安裝新密封
子交換器除去循環水中的一部分陽離子（鉀、鈣、
圈。
鈉、鎂、鋁、鐵等離子)，同時釋放出一部分氫離子，
按照上述檢修工序對整個冷卻部件管端腐蝕
氫離子與水中的氫氧根離子反應生成水，不會額外
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李靜平，等：間接空冷換熱器鋁管束腐蝕原因分析及解決措施
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1周，截至2014年年底，循環水pH值再未出現上升
的情況。據統計，2015年內蒙古京能康巴什熱電有
限公司2臺機組共計投運該套裝置7次，總計節省
除鹽水費用約100萬元，采用該套裝置不僅節約了
陽床
進水
除鹽水，還縮短了循環水水質處理時間（由常規換
水15d縮短為5d),經濟效益顯著。
陽床
出水
4結語
內蒙古京能康巴什熱電有限公司自行設計的
小陽床裝置加裝在間接空冷循環水系統中，解決了
圖3主機間接空冷陽床實物圖
本公司1號、2號機主機間冷循環水水質不合格的問
題，避免了主機間冷冷卻三角管束的腐蝕和泄漏，
表1前置過濾器主要技術參數
在保證機組安全穩定運行的同時，極大地降低了生
產成本。該水質處理方案為內蒙古自治區間接空
項目
規格描述
冷發電廠的首創，被周邊其他省市間接空冷發電廠
設備規格（直徑x壁厚）/mm
610x5
及間接空冷設備廠家廣泛借鑒應用。
罐體高度/mm
1540
結合內蒙古京能康巴什熱電有限公司的實際
設計壓力/MPa
0.75
應用經驗，提出如下建議。
工作溫度/℃
4~50
(1)間接空冷管束腐蝕的最主要原因是管內
熔噴濾芯規格（直徑x長度）/mm
65×1000
殘留的鈉離子與氯離子使管壁形成原電池反應，針
表2陽離子交換器主要技術參數
對此情況，建議廠家出廠前最好采用蒸餾水反復進
項目
規格描述
行沖洗，直至沖洗水化驗合格。
再生方式
順流再生法
(2)需打破將整臺冷卻三角吊裝至地面進行
工作溫度/℃
4-50
維修的常規思維模式，要根據現場的實際情況制訂
樹脂層高/mm
1600
合理的間冷管束維修方案，這樣既可避免維修過程
本體材料
鋼襯膠
中受氣溫、風速等外界環境的干擾及高空作業的危
襯里（防腐）材料
1751號半硬橡膠
險，還可節省維修費用與時間。
襯里（防腐）層數/層
2
直徑x壁厚/mm
1600x8
參考文獻：
設備規格
高度/mm
5800
[1]北京首航艾啟威節能技術股份有限公司.間接空冷系統
安裝與維護工藝說明書[R].北京：北京首航艾啟威節能技
添加其他雜質離子，同時有效降低了循環水pH值，
術股份有限公司，2010.
使間冷管束的堿性腐蝕得到有效控制。合格的循
[2]北京首航艾啟威節能技術股份有限公司.間接空冷管束
環水排入地下儲水箱，地下儲水箱的水通過水箱內
制造工藝說明書[R].北京：北京首航艾啟威節能技術股份
的補水泵打入循環水系統內，經過反復的閉式循
有限公司，2010.
環，達到控制與改善主機間冷循環水水質的目的。
[3]曹楚南.腐蝕電化學原理[M].北京：化學工業出版社，
避免了因pH值高而引起管束的腐蝕。
2008:25-40.
3.2.3應用效果
[4]魏寶明.金屬腐蝕理論與運用[M].北京：化學工業出版社，
自2014年3月起，該裝置在內蒙古京能康巴什
2004:30-69.
熱電有限公司連續投運約3個月，主機循環水pH值
[5]孫彤彤.腐蝕與防護手冊[M].北京：化學工業出版社，
穩定在7.5~8.0。pH值穩定后根據水質化驗情況每
1989:20-29.
月投運1次小陽床(8月底停運)，每次投運時間約為
編輯：王秀清

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