楊海洋 丁國(guó)清 楊萬國(guó) 張波

(青島鋼研納克檢測(cè)防護(hù)技術(shù)有限公司，山東青島 266071)

火電廠設(shè)備有色金屬材料及其防護(hù)

楊海洋 丁國(guó)清 楊萬國(guó) 張波

(青島鋼研納克檢測(cè)防護(hù)技術(shù)有限公司，山東青島 266071)

本文主要總結(jié)了火電廠設(shè)備常用的有色金屬材料分類、應(yīng)用、腐蝕類型和提高耐蝕性的方法。

火電廠 有色金屬 設(shè)備

0 前言

電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，電力工業(yè)的發(fā)展集中反映了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國(guó)的發(fā)電設(shè)備中，火力發(fā)電設(shè)備占70%以上?？紤]到電力設(shè)備所處的高溫、高腐蝕性介質(zhì)等特殊環(huán)境，選擇對(duì)電力設(shè)備材料對(duì)于保證電廠的安全運(yùn)行和設(shè)備的維護(hù)有極其重要的作用。

在電廠設(shè)備中，有色金屬材料有著廣泛的應(yīng)用。常用的有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金等。本文將介紹火電廠常用的有色金屬材料分類、應(yīng)用、腐蝕類型和提高耐蝕性的方法。

1 電廠用有色金屬

1.1 鋁及鋁合金

鋁屬于有色輕金屬，密度較小，廣泛地應(yīng)用于輕型機(jī)械零件與設(shè)備的制造。鋁的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，在電力行業(yè)中可以用于制作導(dǎo)線電纜和電容器，以及導(dǎo)熱或散熱用的機(jī)械零件和設(shè)備。同時(shí)，高塑性使得鋁加工后制成型材、線材、板材和鋁箔等[1]。

鋁合金按其成分、組織、性能及生產(chǎn)工藝的不同，可以分為形變鋁合金和為鑄造鋁合金兩類。

火電廠中常用的形變鋁合金主要是防銹鋁合金和硬鋁、超硬鋁合金。防銹鋁合金在火電廠中常用于制作熱交換器、管子、容器、殼體及鉚釘?shù)?；硬鋁和超硬鋁合金在火電廠中主要用于制作鉚釘、沖壓件及發(fā)電機(jī)離心式風(fēng)扇葉片等。

鑄造鋁合金可分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系共四大類，其中Al-Si合金應(yīng)用最廣泛。鑄造Al-Si合金一般用來制造汽輪機(jī)主油泵葉輪、各種電機(jī)和儀表的外殼、活塞等。

鋁及鋁合金在腐蝕介質(zhì)中存在點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂和層狀腐蝕等腐蝕類型。通常認(rèn)為，鋁合金的點(diǎn)蝕在臨界點(diǎn)蝕電位下可能發(fā)生，氧化膜上存在的微孔或缺陷有利于氯離子的進(jìn)入，而絡(luò)合離子的形成有助于鋁陽極溶解過程的進(jìn)行，從而促使鋁合金點(diǎn)蝕的產(chǎn)生；鋁合金晶間腐蝕由于晶界和相鄰晶粒間的電位差，導(dǎo)致晶界和晶粒之間的結(jié)合力破壞，從而導(dǎo)致力學(xué)性能降低；應(yīng)力腐蝕開裂主要發(fā)生在高強(qiáng)鋁合金，由于外加或內(nèi)部殘余應(yīng)力發(fā)生應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致材料性能大幅下降；層狀腐蝕主要發(fā)生于高鎂鋁合金和Al-Zn-Mg合金，由于沿晶形成的陽極網(wǎng)絡(luò)而生成，嚴(yán)重時(shí)會(huì)穿透金屬整體[2]。

提高鋁及鋁合金的耐蝕性主要有如下方法：第一，在合金表面噴涂鋁、鋅、鎂保護(hù)層；第二，改善工藝，如進(jìn)行過時(shí)效處理等；第三，加入合金元素改善鋁及鋁合金的性能。

1.2 銅及銅合金

銅屬于有色重金屬，銅及銅合金按照化學(xué)成分可分為紫銅、黃銅、青銅和白銅四大類。紫銅有成純銅；黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金；白銅是以鎳為主要合金元素的銅合金；青銅是以除鋅和鎳以外的其他元素作為主要合金元素的銅合金[3]。銅在電廠中應(yīng)用廣泛，常用的銅合金有H68A、HSn70-1、HSn70-1B、HSn70-1AB、HAl77-2、BFe30-1-1和BFe10-1-1等。

紫銅在電廠中主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕的部件，有按照紫銅的純度分為四個(gè)等級(jí)(T1、T2、T3、T4)的加工紫銅、無氧銅(TUP、TUMn)和特種銅(磷銅、碲銅、銀銅等)[4]。

黃銅在電廠中應(yīng)用廣泛，主要用于制作汽輪機(jī)凝汽器、冷油器管等?；痣姀S的凝汽器原來使用普通黃銅管，會(huì)發(fā)生選擇性腐蝕，出現(xiàn)脫鋅現(xiàn)象。

白銅主要分為耐蝕結(jié)構(gòu)用白銅和電工用白銅兩種。耐蝕結(jié)構(gòu)用白銅可用于制作汽輪機(jī)凝汽器、蒸發(fā)器等耐蝕零件，電工用白銅在電廠中用于制作熱電偶、變阻器及加熱器等。

火電廠中常用的青銅包括錫青銅、鋁青銅、硅青銅和鈹青銅等，青銅主要用于高強(qiáng)、耐磨、耐蝕和彈性結(jié)構(gòu)。例如，錫青銅在火電廠中主要用于制作渦輪、齒輪、軸套、軸瓦、泵體、低壓蒸汽管配件等蒸汽鍋爐零件；鋁青銅主要用于制作承受較大載荷的耐磨、耐蝕、耐高溫零件及彈性零件，如重要的彈簧、齒輪、渦輪、軸瓦、軸套、凝汽器管等。

銅及銅合金在腐蝕介質(zhì)中存在電偶腐蝕、點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞和選擇性腐蝕等腐蝕類型。影響腐蝕的因素較多，包括含鹽量、pH值、流速、懸浮物和微生物等因素。在設(shè)計(jì)和使用時(shí)，要遵照GB50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》和DLT712-2010《發(fā)電廠凝汽器及輔機(jī)冷卻器管選材導(dǎo)則》。

可以通過耐蝕材料、水質(zhì)堿性處理、陰極保護(hù)、海綿球清洗和氯離子成膜技術(shù)等方法來提升銅及銅合金的耐蝕性[5]。例如，通過在黃銅中添加Sn、P、As和Sb等元素，可以抑制黃銅的選擇性腐蝕；在白銅中加入少量鐵和錳等合金元素可以細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度和耐蝕性；通過將pH值控制在8-9，可以提升銅合金的耐蝕性；通過設(shè)置陰極保護(hù)參數(shù)，可有效保護(hù)銅及銅合金；而海綿球清洗和氯離子成膜技術(shù)，使得銅合金形成保護(hù)膜，有效降低腐蝕速率。

表1 常用牌號(hào)鈦管的化學(xué)成分及雜質(zhì)含量對(duì)照(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))%

1.3 鈦及鈦合金

鈦屬于稀有金屬，具有高鈍化屬性，鈦表面易形成致密的氧化膜，因此鈦的耐腐蝕性優(yōu)良，在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中(如硝酸、鉻酸、氫氧化鈉、氧化性鹽溶液、氯化物、硫化物和氨等)都有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和自鈍化能力。

在電廠中，由于強(qiáng)度、塑性和耐蝕性等性能良好，工業(yè)純鈦(如TA1、TA2等)可用于制造火電廠凝汽器管、汽輪機(jī)長(zhǎng)葉片等零件。如用鈦制造的凝汽器管在污染海水、熱海水、海泥中、懸浮物含量高的水中，及在較高的流速下使用[6]。常用牌號(hào)鈦管質(zhì)量的要求如表1所示[7]。

這些元素能與鈦形成置換固溶體，有些還能與鈦化合成為金屬化合物。加入的元素起固溶強(qiáng)化和彌散硬化的效果，從而顯著地提高鈦合金的強(qiáng)度。加入錫和鋯等元素，還能提高鈦合金的耐熱性能。

鈦合金通過在鈦中加入鋁、鉻、錳、鐵、鉬、釩等合金元素來改變組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。加入的合金元素可分為擴(kuò)大α-Ti區(qū)域元素(包括鋁、錫、鋯等)和擴(kuò)大β-Ti區(qū)域元素(包括鉻、鉬、釩等)共兩類。

鈦合金按組織結(jié)構(gòu)的不同，分為α型鈦合金、β型鈦合金和α+β型鈦合金三大類。α型鈦合金牌號(hào)用TA加序號(hào)表示，β型鈦合金牌號(hào)用TB加序號(hào)表示，α+β型鈦合金用TC加序號(hào)表示，其中，α+β型鈦合金的應(yīng)用最為廣泛。

鈦及鈦合金在特殊情況下存在縫隙腐蝕、焊區(qū)擇優(yōu)腐蝕、析氫和氫脆、點(diǎn)蝕和電偶腐蝕等腐蝕類型，可以采取緩蝕劑、涂層表面處理以及陽極保護(hù)等方法提高鈦及鈦合金的耐蝕性[2]。

2 結(jié)論

有色金屬材料在火電廠有重要的應(yīng)用價(jià)值，要保證火電廠電力設(shè)備的安全和運(yùn)行效率，需要選擇合適的有色金屬材料達(dá)到最好的使用效果，同時(shí)結(jié)合實(shí)際環(huán)境和需要，選擇合適的防護(hù)方法來延長(zhǎng)有色金屬的使用壽命。

[1]崔朝英等.火電廠金屬材料[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009:83.

[2]朱祖芳. 有色金屬的耐蝕性及其應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1994:7-26, 87.

[3]姜求志,王金瑞主編.火力發(fā)電廠金屬材料手冊(cè).北京:中國(guó)電力出版社, 2000: 1015.

[4]黃健中, 左禹.材料的耐蝕性和腐蝕數(shù)據(jù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2003:90-91

[5]許立坤, 高玉柱, 董克賢.海濱電廠凝汽器的腐蝕及防護(hù)[J].材料保護(hù), 1991,24(6):14-15

[6]朱相榮, 王相潤(rùn)等.金屬材料的海洋腐蝕與防護(hù)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社, 1999:195

[7] DLT712-2010.發(fā)電廠凝汽器及輔機(jī)冷卻器管選材導(dǎo)則[S].

Nonferrous Materials Used in the Device of Thermal Power Plants and its Protection

YANG Hai-yang, DING Guo-qing, YANG Wan-guo, ZHANG Bo
(Qingdao NCS Testing & Protection Technology Co. Ltd, Qingdao 266071, China)

In this paper, the properties of nonferrous materials commonly used in the device of thermal power plants such as classification, application, style of corrosion and increase of corrosion resistance were summarized.

thermal power plants; nonferrousmetals;device

TG174.4

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.06.014.02

楊海洋 (1982－) ，男，山東濰坊人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)椴牧系母g與防護(hù)。