SCAL型间冷系统循环水中溶解氧含量变化及其 对材料腐蚀的影响

易小兰

（天府新区通用航空职业学院，四川眉山 620564）

表面式换热器铝制散热器（SCAL）型间接空冷机组融合了海勒式间冷系统的铝制散热器和哈蒙式间冷系统的表面式换热器的优点[1-3]，解决了我国北方富煤贫水地区的发电问题，目前该机组在运行期间主要的水质监测指标为pH、电导率、铁铝含量等。SCAL型间冷系统作为闭式循环水系统，循环水呈弱碱性[8]，而循环水pH异常升高原因尚不清楚，材料的腐蚀控制尚无完善的解决方案[6-9]。氧气作为腐蚀反应重要的去极化剂[10]，对腐蚀反应影响重大。目前溶氧量却没有作为常规的水质指标进行监测，循环水中溶解氧的变化及其对材料腐蚀的机理有待研究。本文通过现场调查以及现场挂片实验，对SCAL型间冷系统循环水中溶解氧变化情况以及溶解氧对材料腐蚀的影响进行研究。

1 研究方法与实验材料

1.1 现场调研及挂片实验

为了阐明SCAL型间冷系统中循环水溶解氧含量变化规律，本文对6家使用SCAL型间冷系统电厂的8台机组循环水水质进行调研。循环水溶解氧含量通过上海美西智能电子仪器有限公司生产的OX-12B型便携式测氧仪进行测量。通过对间冷系统内材料腐蚀情况检查对材料腐蚀类型进行分析。在某电厂通过如图1所示的旁路挂样装置在不同溶解氧含量的循环水中进行挂样，研究循环水中溶解氧含量对于材料腐蚀速率的影响。

图1 间冷系统现场旁路腐蚀挂片装置示意图

挂片实验结束后，按GB/T16545—1996中的方法去除铁、铝试片的腐蚀产物，使用失重法计算铁铝试片的腐蚀速率。

1.2 实验材料

现场挂片实验采用与SCAL型间冷系统相同材质的试片进行，分别为1050A纯铝和Q235B碳钢，其具体成分如表1和表2所示。

表1 实验用纯铝1050A的化学成分（wt.%）

表2 实验用碳钢Q235B的化学成分（wt.%）

2 实验结果与讨论

2.1 SCAL型间冷系统循环水中溶解氧含量调查

SCAL型间冷系统主要由间冷塔、散热器组件（冷却三角）、循环水泵（33%）、地下储水箱、膨胀水箱、凝汽器和进出循环水管道等部分构成[5]，如图2所示。

图2 SCAL型间冷系统组成示意图

在循环水运行期间，各个扇区的排空管道开口很小，且空气通过排空管道进入循环水系统需要扩散经过长度大于冷却三角高度的水柱（冷却三角高度一般为24m），虽与大气相连通，但空气不能进入。膨胀水箱有长度大于冷却三角高度的管道将膨胀水箱与循环系统间隔，管道内的水起到液封作用。地下水箱与循环系统隔开，不参与循环。从结构上看，外界空气中的氧气较难在系统运行过程中扩散进入[1]。因此，循环水中溶解氧来源是运行前除盐水中溶解的氧气。

2.2 SCAL型间冷系统中材料腐蚀类型分析

SCAL型间冷系统的循环水管道选材为碳钢（牌号Q235B），调研结果显示：在某电厂间冷系统停用期管道内部腐蚀情况如图3所示，整体来看，热水输水管道和冷水输水管道内腐蚀情况基本相同，循环水管道内壁附着有腐蚀物，总体看腐蚀比较均匀，无明显的局部腐蚀现象。从腐蚀形态上看，腐蚀产物在管道表面形成凸起的鼓泡，鼓包外层与内层呈现较深颜色。根据管道内壁的腐蚀形态判断，碳钢管道发生的腐蚀类型为氧腐蚀。[4-5]。

图3 循环水管道内部腐蚀情况（a）（b）（c）（d）

为热水输水管道；（e）（f）为冷水输水管道

SCAL型间冷系统使用除盐水作为循环水，在该系统运行期间pH值随运行时间增加而逐渐升高，在弱碱性水质条件下，碳钢腐蚀的去极化剂为氧气[12]。

碳钢发生氧腐蚀的机理如下：

SCAL型间冷系统冷却三角材质为纯铝（牌号1050A），调查发现只有管口位置存在腐蚀，铝管内壁没有出现泄漏。由于铝性质活泼，本身极易氧化，其表面生成的氧化膜可以起到抗氧化作用[3]，因此，该系统中氧气的消耗与铝腐蚀关系不大。

部分SCAL型间冷系统在运行期间会向系统循环水中添加联氨用于减缓材料腐蚀。虽然联氨能与氧气反应，但是反应速率受到温度、pH和联氨过剩量的影响，一般需要温度达到150℃，pH在9~11，且有足够的联氨剩余量时与氧反应速度较快。间冷循环水的温度（最高65℃左右）和pH（一般小于8.5）都不适宜联氨与氧气反应。

综上，碳钢的腐蚀反应消耗应该是SCAL型间冷循环水中溶解氧的主要消耗形式[13]。以10 000t水的系统为例，初始溶解氧含量8mg/L，腐蚀反应为4Fe+3O2+6H2O→4Fe（OH）3，则循环水中全部溶解的氧气可以使3 333.28mol铁发生腐蚀。如果这些腐蚀产物全部进入循环水，会导致循环水中铁含量上升18.656mg/L。考虑到循环水温度升高时还会逸出部分溶解氧，循环水中铁含量实际上升量小于该值。

2.3 SCAL型间冷系统中溶解氧含量对材料腐蚀的影响

为了研究循环水中溶解氧含量对于材料腐蚀的影响，利用如图1所示现场挂片装置在某电厂进行了3组实验，通过对比不同溶解氧条件下材料的腐蚀速率对这一问题进行研究。3组实验分别命名为现场挂片实验1~3。现场挂片实验选择了两种溶解氧含量阶段：现场挂片实验1实验过程中循环水溶解氧100~180μg/L，现场挂片实验2、3进行期间循环水溶解氧约5μg/L。现场挂片实验1和2进行3d，现场挂片实验3进行了28d。现场挂片实验过程中碳钢和铝试片表面水流速率约为1.25m/s。三组现场实验期间水质情况监测情况汇总于表2~表4。

表2 现场挂片实验1进行期间循环水水质变化记录表

表3 现场挂片实验2进行期间循环水水质变化记录表

表4 现场挂片实验3进行期间循环水水质变化记录表

从表2至表3可以看出，三次实验过程中循环水电导率处于4.57~5.63，各组实验之间无明显差异，pH处于7.17~8.73，各组实验之间无明显差异。现场挂片实验1期间溶解氧含量最小测量值为96μg/L，最大测量值为177μg/L，现场挂片实验2和3实验期间溶解氧含量约5μg/L。三组现场挂样实验中，循环水水质除溶解氧有明显区别外，其他水质参数基本接近。

3 结束语

1）SCAL型间冷系统在运行期间基本处于密闭状态，运行期间大气中的氧气难以扩散进入，循环水中溶解氧主要是注水时除盐水中携带的溶解氧。该型间冷系统循环水中溶解氧能降低至1.1μg/L。

2）碳钢的腐蚀反应是SCAL型间冷系统中氧气的消耗主要原因。系统内换水会引起循环水中溶解氧波动。

3）SCAL型间冷循环水中溶解氧含量是一个重要的水质指标，能够在一定程度上反映循环水的腐蚀性。循环水中氧气降低至5μg/L时，系统中碳钢和纯铝的腐蚀速率均明显降低。