蒸汽对钢表面氧化机理探讨及溶解氢监测技术应用.pdfVIP

电厂化学201l学术年会论文集 2011．10上海 蒸汽对钢表面的氧化机理探讨及溶解氢监测技术的应用 李俊莞．刘智龙 西安热工研究院有限公司 (陕西西安710032)：哈希公司(北京 100024) I摘要I本文论述了超临界及超超临界机组蒸汽中氢对管道氧化的形成机理及对机组产生的危害，详细阐述了采用电化学 方法监潮溶解氢的思路及测量准确性的影响因素．综合固内外篮测氢的应用，为蒸汽对钢表面氧化及篮测技术提供全新的概念． 1关键词l高温氧化机理溶解氢测量原理 l前言 自2l世纪以来，随着发电厂装机容量日益提高。机组运行参数监测越来越严格。特别是超临界机 组及超超临界机组，不锈钢管过热器和再热器在高温和高压环境下，蒸汽侧氧化问题日益突出，成为困 扰电厂安全运行的一大难题。 汽中氢气也会对金属表面产生赢温腐蚀。后来在70年代。德国科学家通过电子显微镜观察，又进一步 确定了铁水反应的就位氧化反应。 监测氢含量，有效地减少和避免爆管。 2蒸汽氧化机理及危害 在高温环境下。水蒸汽管道内会出现水分子与金属基体发生氧化反应，称为蒸汽氧化。当金属的，： 温度大于450℃。由于热应力等因素作用，生成的Fc30,不能形成致密的保护膜．特别是温度人于570℃， 反应生成FeO，氧化速率会大大增加。 在无溶解氧的水中，铁和水反应生成四氧化三铁并放出氢，金属表面的氧化膜并非由水汽中的溶解 氧和铁反应形成。而是由水汽本身的氧分子就位氧化表面的铁形成。 在高温环境下，金属表面与水反应形成氧化物。 3F争呻F分++2Fe3++8e． 4H20珥OH+4H+ Fe2++2Fe3++40H‘*Fe304+4H+ 4H％4H++gc--．+4H2 总反应：3Fc+4H20—Fe304+4H2 从上述反应式可看出，氧化膜的形成过程，并无溶解氧参加反应。氧化膜的生长遵循塔曼法则IIl： d2=Kt(d为氧化皮厚度，K为与温度相关的塔曼系数，t为时间)，氧化膜的生长与时间和温度有关．氧 化速度与压力有关。 电厂化学2011学术年会论文集 图1钢在蒸汽中形成的多屡氧化层 理论上．氢浓度变化的测量与金属腐蚀率有荚。然而．金属与水蒸汽反应所形成的氢气并不是氢气 的唯一来源．金属氧化所形成氢气与背景氢和分解氢有关。 bk印d+H2dccom} H2一=H2旷fH2 H2。。：金属氧化所形成的氢；H2№删：在给水泵出口的背景氢； H2“。。：在蒸汽循环中，联氨和氨的分解： H2僦： 总氢浓度 3溶解氢分析仪应用 溶解氢分析仪的使用尽管不像电导表、pH表或溶解氧分析仪等那么频繁和常见，但是氢表能够在 电厂很多场合中进行使用。例如，在火力发电厂中的水汽循环系统中．钢性结构表面形成的保护层和铁 的氧化物能够保护其免受进一步的腐蚀口】。然而在某些情况F，铁的氧化物剥落，导致了流动腐蚀加速 (FAC)井伴随着氢气的产生。尽管存在其它氢气来源，很多时候测量蒸汽和给水中的氢浓度能够州丁 反映炉前取I锅炉系统中的腐蚀活性。 跟踪蒸汽通道中氢含鼙”J。 VHPT汽帆城高压段HPT汽机商艇段IPT汽机中雎段LPT汽机低压段 LPH低爪加热器 FWT给水箱DH局部加热器HPH高难加热器 ECO省煤器 SH过热器RH再热器H2氯表 图2汽水循环系统中剥氢点 第一块氢表监测一级过热器出口的氢含量，它是从给水加热器、省煤器、蒸发器到一级过热器这一 段水汽通道氢的综合信息。 第二块氢表监测锅炉出口高压蒸汽中的氢含量，它表示锅炉同样部位以及第二级过热器的综合禽氢 避．它与第一块氢表的著值表示二级过热器的信息。 2011 电厂化学201I学术年台