发电生产过程中,作为介质传输及换热的管道及各类换热容器,都是由各种传导热量的金属材料制成的;而在金属材料使用过程中,通过的介质大多数长期工作在高温/高压等苛刻环境下,日常运行是连续不停歇的。如何保证金属管路及换热器不被腐蚀,导致热应力不均匀,或者长期发生点蚀,爆管,流动腐蚀,从而导致管路运行在不安全的条件下,影响机组的安全运行及不正常停机,对腐蚀过程中产生的某种成分检测或者长期监测含量变化趋势变化是其中的一种日常监测手段。针对于不同的工艺流程,不同的锅炉及核电站一回路类型,有不同的控制样水控制指标,而为了提供给运行监控人员可信耐的数据,最可能长的不间断的监测数据,成为现实中不可能绕过的点;
在高温高压条件下,过热/再热器中的过/再饱和蒸汽在水冷壁管内水分子与管道发生氧化反应,当金属的工作温度小于570℃时,生成的氧化膜是由Fe2O3和Fe3O4组成;当金属的工作温度大于570℃时,氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和FeO组成,由于FeO是不致密的,因此破坏整个氧化膜稳定性。实际上,当温度大于450℃,由于热应力等因素作用,生成的Fe3O4不能形成致密的保护膜,特别是温度大于570℃,反应生成FeO,会加速氧化速率。在除氧工艺中,水中溶解氧含量很低,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。
3Fe→Fe2++2Fe3++8e-
4H2O→4OH-+4H+
Fe2++2Fe3++4OH-→Fe3O4+4H+
4H++4H++8e-→4H2
总反应:3Fe+4H2O →Fe3O4 +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:
d2=Kt(d为氧化层厚度,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。测量蒸汽和给水中的氢浓度能够用于反映炉前和锅炉系统中的腐蚀程度。
*《电力行业标准:化学监督导则》(DL/T 246-2015)也推荐对蒸汽氢值进行测量,来反映炉前和锅炉系统中的腐蚀活性程度。
准确监测出过程水样中的溶解氢的浓度,提供准确的低浓度的测量值,成为现实中衡量腐蚀活性程度的一个难题。
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