江蘇電機工程2006年7月Jiangsu Electrical Engineering第25卷第4期海水循環(huán)水泵泵軸腐蝕問題及處理劉廣建(江蘇核電有限公司,江蘇連云港222042)摘要:針對江蘇田灣核電站 1、2號1000MW、全速、單軸、八排氣、中間去濕再熱機組8臺海水循環(huán)水泵在調(diào)試運行階段出現(xiàn)比較嚴重的腐蝕現(xiàn)象,介紹了循環(huán)水泵的性能參數(shù)、腐蝕發(fā)生的區(qū)域和特征以及腐蝕發(fā)生的機理,闡述了縫隙腐蝕、點蝕和電偶腐蝕3種腐蝕形式,并分別進行了原因分析。給出應對腐蝕的措施,即更換密封盤根材料、加裝淡水沖洗裝置、在泵軸上加裝犧牲陽極和泵軸腐蝕點的處理。關(guān)鍵詞:核電站;循環(huán)水泵;海水腐蝕中圖分類號:TK264.1;TG172.5文獻標識碼 :B文章編號:1009- 0665<(2006)04 - 0012 -03排氣、中間去濕再熱機組K-100060-3000型汽輪1設備概況機,凝汽器用海水作冷卻介質(zhì),每臺機組設計的冷卻江蘇連云港田灣核電站- - 期工程安裝2臺俄羅水流量為170 000 m2/h,通過4臺OB2-185E型循斯列寧格勒金屬制造廠生產(chǎn)額定功率為1000MW、環(huán)水泵向凝汽器供冷卻水,然后排向大海，實現(xiàn)冷卻全速、單軸(1個雙流高壓缸和4個雙流低壓缸)、八水循環(huán)。 循環(huán)水泵性能參數(shù)見表1。表1循環(huán)水泵性能參數(shù).參數(shù)數(shù)量/臺流量 /m's4揚程/m轉(zhuǎn)速/r.min’允許汽蝕裕量 /m安全等級參數(shù)值412.3/9.812.5/9.7290/245不小于13電機性能參數(shù)功率/kW電壓/V頻率/Hz .轉(zhuǎn)速/r. min'扭矩/kN.m1900/1 20050300/25080.8/61.9循環(huán)水泵泵軸的材料為不銹鋼，運行方式為連該區(qū)域泵軸出現(xiàn)剝落性腐蝕,造成此類輻射直續(xù)。該泵采用了兩速電機,這樣可以在冬天海水溫接原因是密封填料使用石墨或石棉盤根。石棉屬于度低的時候采用較低的轉(zhuǎn)速,以便節(jié)約能源。吸濕性填料,即使在海水排放后仍長時間保持潮濕環(huán)境,而且石墨屬于正電性極強的材料,二者構(gòu)成惡2腐蝕發(fā)生的區(qū)域與特征(1.21劣的電化學腐蝕環(huán)境和條件。潮濕的環(huán)境首先導致2.1泵體上壓蓋區(qū)的腐蝕和磨損不銹鋼鈍性表面破壞,接著在石墨和不銹鋼之間形該區(qū)域軸的損傷主要是磨損,海水中的泥沙進成電偶,導致軸腐蝕。人壓蓋和軸之間的間隙,在泵運轉(zhuǎn)時造成磨損。同密封填料區(qū)腐蝕如圖2所示。時,在靜止的條件下泥沙和海水中的微生物形成潮濕的環(huán)境,造成點蝕和縫隙腐蝕。磨損的嚴重程度和腐蝕深度與安裝間隙和停放的時間有關(guān)。壓蓋區(qū)軸的磨損和腐蝕形狀如圖1所示。(a) IPAC22AP001(b) PAC22AP0032密封填料區(qū)腐蝕中國煤化工:在橡皮軸承迷宮密IPAC3IAP001封面.TYH.CNMHG溝槽狀。腐蝕產(chǎn)生圖1壓蓋區(qū)軸的磨損和腐蝕形狀的原因與泥沙的淤積有關(guān),在上軸承區(qū)泥沙由下而2.2密封填料區(qū)的腐蝕上，,經(jīng)過軸承被帶到水室,當排放不暢時在軸承封蓋以上沉積下來,泥沙阻礙氧的擴散,形成特殊泥沙下收稿日期:2006-02-22;修回日期:2006-04-15劉廣建:海水循環(huán)水泵泵軸腐蝕問題及處理13的縫隙腐蝕環(huán)境。同時，由于軸是垂直放置,海水重于活化態(tài),電位為負,蝕坑外的金屬表面處于鈍態(tài),力向下,腐蝕溝槽由上向下發(fā)展。電位為正,因而構(gòu)成了腐蝕電池,電位為負的部分稱水室區(qū)軸的腐蝕形狀如圖3所示。為陽極,電位為正的部分稱為陰極。陽極上的金屬溶解成為金屬離子進人溶液,放出的電子流到陰極消耗掉,同時蝕坑快速加深,孔外金屬表面則受到陰極保護。陽極反應:Fe-→Fe2+2e- Cr- →Cr*+ 3e~Ni-→Ni++2e-(a) IPAC22AP001(b) 2PAC31AP001陰極反應:O2 + 2H2O +4e- -→40H-腐蝕反應的速度受水的pH值、湍流度、水流速圈3水室區(qū)軸的腐蝕形狀度、溫度、鹽度和微生物等環(huán)境因素影響。2.4軸承區(qū)域的腐蝕軸承區(qū)的腐蝕具有典型的縫隙腐蝕特征,腐蝕4腐蝕的形式和原因分析發(fā)生在軸瓦與軸接觸的表面,出現(xiàn)--個與軸瓦長度4.1腐蝕形式相應的痕跡,邊緣地帶最深。腐蝕的深度隨泵而異,(1)縫隙腐蝕。發(fā)生在泵軸上下軸承區(qū)和水室根據(jù)核工業(yè)無損檢測中心對1PAC22AP001泵的檢區(qū)的腐蝕主要是縫隙腐蝕,它是由泵本身結(jié)構(gòu)造成。查,目視最大深度為2.5mm,泵軸修復過程中對缺在海水介質(zhì)中,金屬之間縫隙內(nèi)的介質(zhì)處于滯留狀陷打磨的結(jié)果表明實際最大深度可達4 mm。軸承態(tài),使縫內(nèi)金屬腐蝕加劇。當腐蝕開始時，氧的去極區(qū)的縫隙腐蝕是由于軸與軸瓦的縫隙結(jié)構(gòu)在潮濕環(huán)化腐蝕在縫隙內(nèi)外均勻進行。因滯留關(guān)系,氧只能境下長期靜止所造成，在運轉(zhuǎn)情況下不會形成永以擴散方式向縫內(nèi)傳遞,縫內(nèi)的氧消耗后難以得到久、固定的縫隙環(huán)境。補充,氧的還原反應很快終止,而縫外的氧可充分補軸承區(qū)軸的腐蝕形貌如圖4所示。充,所以縫外的氧化還原反應繼續(xù)進行?？p內(nèi)、外構(gòu)成宏觀的氧濃差電池,縫內(nèi)為陽極,反應為:Fe→Fe2+ 2e ;縫外為陰極,反應為:O2 + 2H2O+4e-→.40H。形成大陰極小陽極的不利結(jié)構(gòu),腐蝕電流較大,逐步發(fā)展為閉塞電流,此時縫內(nèi)金屬陽離子難以擴散出去,隨著Fe+、Fe*+的不斷積累,縫內(nèi)正電荷增加,吸引縫外CI-進人縫內(nèi)以保持電荷平衡,使縫內(nèi)(a) 1PAC31AP001(b) 2PAC31AP00介質(zhì)酸化,pH值下降到3左右,加速了陽極溶解,同圖4軸承區(qū)軸的腐蝕形貌時陽極溶解又吸引更多的CI進入,以此循環(huán)往復,下軸承區(qū)的腐蝕與結(jié)構(gòu)有關(guān),在下軸承區(qū)海水使腐蝕不斷發(fā)展。的循環(huán)是借助輔助葉輪,并且海水的流向與泥沙流(2)點蝕。發(fā)生在壓蓋區(qū)和填料區(qū)的另外一種向一致,因此比上軸承區(qū)腐蝕輕,沉積可能性較小。腐蝕形式是點蝕,它是由海水中的泥沙和微生物的沉積造成。特點是區(qū)域分散,穿透性強，可在相當短.3腐蝕發(fā)生的機理的時間內(nèi)造成穿孔。起因與鋼材薄弱點或材質(zhì)不均循環(huán)水泵泵軸的材質(zhì)是1Cr17Ni13Mo3Ti,屬，勻處的鈍化膜有關(guān),由于金屬表面鈍化膜局部損傷,于316不銹鋼,之所以抗腐蝕是由于鉻合金化的碳或者連通管內(nèi)的污垢、腐蝕產(chǎn)物、泥沙以及貝殼類海鋼表面上生成一層薄而穩(wěn)定的鈍化膜,在Fc-Cr合生物附著在管壁上產(chǎn)生濃差電池腐蝕,其中陽極是金中加入Ni時可進-步提高不銹鋼的抗蝕性,但面積很小的活性金屬,陰極是面積很大的鈍性金屬，鈍化膜并非沒有化學活性,而是處在溶解和修復的這種鈍性金屬-活性金屬電池的電位差較大的特性動平衡狀態(tài)中。當介質(zhì)中有活性陰離子時(比如氯會產(chǎn)罕級上面積很小的快離子)平衡容易被打破,原因是氯離子能優(yōu)先有選擇速腐中國煤化工二海水中與靜止的海吸附在鈍化膜上,排擠氧原子,然后和鈍化膜中的陽水相CN MH G顯,因為海水流動離子結(jié)合生成可溶性氯化物,在新露出的金屬表面帶走了在其他情況下會在縫隙或裂紋處聚集的腐蝕上生成小蝕坑,若鈍化阻力小蝕坑就不再長大,但蝕產(chǎn)物,且由于溶解氧的暢通無阻而保證了均勻鈍化?？釉诙鄶?shù)情況下將繼續(xù)長大。蝕孔內(nèi)的金屬表面處另外,點蝕中氯離子起關(guān)鍵的作用。14江蘇電機工程(3)電偶腐蝕。發(fā)生在密封填料區(qū)的腐蝕主要海水影響,減少磨損和腐蝕的風險。是電偶腐蝕,它是由不同金屬或非金屬相互接觸引5.3在泵軸上加裝犧牲陽極起,當金屬與某些非金屬導體(如石墨、石棉等)相俄方原設計從繞流速度考慮對轉(zhuǎn)動部件未加犧互接觸時,金屬與電勢更正的非金屬導體連接而引牲陽極保護,當水泵停止運行時腐蝕不能受到抑止。起的加速腐蝕。腐蝕主要發(fā)生在金屬與非金屬相互因此,將泵體錐形連接管(碳鋼管道)內(nèi)原有的犧牲接觸的邊線附近,如果接觸面上同時有縫隙存在,而陽極與軸連接起來可以起到保護作用?？p隙中有電解液,則是一個典型的腐蝕電池,電位較5.4泵軸腐蝕點的處理正的金屬為陰極,電位較負的金屬為陽極。采用微區(qū)電脈沖點焊+電刷鍍進行處理,即采4.2原因分析用微區(qū)電脈沖點焊對腐蝕區(qū)域進行填補,恢復泵軸綜上所述,俄方對于泵軸選材沒有問題,泵軸的外形尺寸后再對表面進行電刷鍍,以保證表面能本身之所以沒采取任何防腐措施,它是基于海水中達到耐磨、耐腐蝕的效果。微區(qū)可控脈沖點焊技術(shù)是不銹鋼表面繞流速度大于1.5 m/s,將保持自身的鈍采用可控脈沖電能把補材(片材、絲材或粉材)固定性,不會發(fā)生腐蝕,對于表面繞流速度大于2. 5 m/s到機件應修補部位,在微區(qū)內(nèi)逐層成坯的修補新技的構(gòu)件,不采用專門的保護措施。但是,上下軸承支術(shù)。該技術(shù)不但可得到高結(jié)合強度的表面覆層外,撐結(jié)構(gòu)導致海水在泵管內(nèi)形成滯留區(qū),對于上下軸還對基材的熱量控制在一定的范圍內(nèi),工藝過程對承的差別沒有充分注意,下軸承區(qū)導流罩外處于主母材不產(chǎn)生熱變形和軟化,所選用的補材面寬,對傳流道的位置,海水流量大不銹鋼易保持鈍性狀態(tài),泥統(tǒng)的維修手段是一種補充。電刷鍍主要采用了特快沙不易沉積。導流罩內(nèi)海水受到阻滯,不銹鋼不易.鎳鎳磷合金的刷鍍液，使表面獲得比母材更好的鈍化,軸和軸承之間的潤滑通過輔助葉輪將水打人耐磨和耐腐蝕覆層,減少被磨損和腐蝕的幾率。軸承間隙潤滑,上軸承安裝在由泵體伸出管上,海水6結(jié)論通過盤根和泵體上壓蓋間隙維持循環(huán),如果泥沙堵塞或流量減少,形成惡劣的局部環(huán)境,造成上軸承田灣核電站1、2號機組8臺循環(huán)水泵泵軸的腐區(qū)軸的嚴重腐蝕,而下軸承區(qū)相對較輕。另外,腐蝕蝕形式為點腐蝕、縫隙腐蝕和電偶腐蝕，屬于電化學部位集中在海水流動性差、結(jié)構(gòu)縫隙的部位,表面腐蝕的范疇,與泵的結(jié)構(gòu)形式、泵軸的選材、運行操腐蝕的發(fā)生和發(fā)展與相對靜止的環(huán)境有關(guān)，腐蝕不作以及設備保養(yǎng)等有直接關(guān)系。會在運轉(zhuǎn)期間發(fā)生,而是在靜止期間發(fā)生。針對泵軸因腐蝕而帶來的缺陷,采用電刷鍍鎳工藝進行修復,恢復泵軸使用功能。同時,在密封填5采取的應對措施料裝置上加裝淡水供應系統(tǒng),運行前后各1h充淡水,5.1更換密封盤根材料可減少該區(qū)域泥沙雜質(zhì)含量,強化潤滑避免局部千將吸潮的石墨盤根改為聚氟塑料盤根,避免停燥過熱非常有效,而將密封填料更換為聚氟塑料盤止運行時長期保持潮濕狀態(tài),消除電偶腐蝕。根,則消除了電偶腐蝕。通過將泵軸與犧牲陽極保護5.2加裝淡水沖洗裝置裝置相連接,使泵軸防腐性能獲得進一步 提高。按照循泵的原設計上軸承區(qū)的潤滑,海水由下參考文獻:至上從水室接管和盤根間隙排出,存在2個問題:[1]高額,鄔冰.電化學基礎(chǔ)[M].北京:化學I業(yè)出版社,2004.(1)海水在縫隙中殘留,停運期間引起點蝕和縫隙[2]曹楚南.腐蝕電化學原理[M].北京:化學I業(yè)出版社,1985.腐蝕;(2)縫隙部位淤積泥沙,在泵啟動時對軸產(chǎn)生作者簡介: .磨損。因此,在啟動前1h和停泵后1h應沖洗盤根劉廣建(1965-),男,河南開封人,工程師,從事機械設備設計與制縫隙殘留海水,以避免啟動時的干摩擦和停運期間造工作。Circulation Water Pump Shaft Corrosion and Its DisposalLIU Guangjian(iangsu Nuclear Electricityt Co. ,Ltd. ,Liany中國煤化工Abstract:Eight seawater circulation pumps in Jiangsu Tianwan Plant e::MYHC N M H GommissioningThe paper introduced the pumps' structure , material , working environment and the mechanics of the corrosion, analyzedthree patterns of corrosion. Corrective measures were taken and the pumps' function restored.Key words :nuclear power station;circulation pump;sea water corrosion