汽轮机低压末级叶片腐蚀原因分析及其表面防护处理

　　摘  要：随着电站汽轮机大容量化，叶片的安全可靠性和保持高效率显得尤其重要。叶片是汽轮机的关键零件之一。它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。因此很有必要及时调查研究、分析、总结叶片尤其是末级和调节级叶片发生的各种损伤原因及防止发生损伤的各种措施。本文着重研究分析汽轮机低压末级叶片腐蚀原因及其表面防护处理。
　　关键词：末级叶片；腐蚀；表面防护
　　
　　前言
　　汽轮机低压末级的输出功率约占机组总输出功率的10%左右，因此低压末级的性能稳定尤为重要。但是在汽轮机大修过程中发现，汽缸的低压部分和转子的末几级叶片都存在严重的腐蚀现象。在汽缸的高压部分除出现少量积盐以外，并没有出现低压部分的现象。
　　1 腐蚀原因
　　1.1 水冲蚀。汽轮机在低负荷运行时，低压末几级的工况较其他级变化最大。随着机组功率的增大，低压级组子午流道扩张角增大，叶高增加，当其相对设计工况的容积流量急剧减少时，会使流场参数发生很大变化。末级长叶片在小容积流量、真空工况运行，叶片底部会有较大的反动度，对设计不妥的动叶片下半部造成大范围的回流区。负荷越低，回流区越大。在启动和并网初始，回流范围甚至扩大到整个排汽缸。而且大功率凝汽式汽轮机的末级排汽湿度总是比较大，因此末级动叶后汽流中携带大量水滴，回流的蒸汽携带水滴冲击在高速旋转的动叶下半部形成水冲蚀。
　　1．2 酸腐蚀。汽轮机酸腐蚀是由于蒸汽中的酸性物质在汽轮机低压缸初凝区汽——液两相间，优先分配在初凝水中。由于给水碱化剂是氨，分配系数较大，主要存在汽相，而酸性物质在初凝水中浓缩，PH值降低，导致对酸性物质比较敏感的铸铁、钢件的腐蚀。
　　当主蒸汽经过高压缸做功后进入低压缸（特别是末几级叶片），由于蒸汽的扩容和温度压力的降低，蒸汽将变成饱和蒸汽甚至是湿蒸汽。在低压缸的干湿蒸汽转换区（威尔逊线区），由于蒸汽凝结形成凝结水，从而使蒸汽中的杂质在此区域内汽液两相重新分配。由于氨的分配系数大，原来维持蒸汽PH值的氨绝大多数留在汽相中，这时水相的PH值就很低。当蒸汽的PH值为9左右时，水相的PH值为7~8，最低时为6左右。此时若有空气漏入汽轮机或者含氧量超标会加剧酸性腐蚀。
　　1．3 氧腐蚀。金属的氧腐蚀一般与下列因素有关：溶解氧、PH值、水温、水质、热负荷和水流速度等。其中溶解氧和PH值是最重要的影响腐蚀的因素。金属氧腐蚀是属于电化学腐蚀，原理是：金属壁的氧化铁保护膜因水质恶化和热力等因素部分被破坏，在露出的钢表面水和保护膜表面之间形成局部电池。铁从阳极析出，形成腐蚀。钢的氧腐蚀特征是在被腐蚀的表面形成许多大小不一的鼓包。鼓包表面的颜色可能从黄褐色到砖红色。表层下的腐蚀产物是黑色粉末状。如果清除这些黑色粉末会看到金属表面上的腐蚀坑。形成腐蚀坑的主要原因是在腐蚀产物膜下形成缺氧的活化阳极区，外部富氧阴极区，构成电池，形成电化学腐蚀。
　　汽轮机汽缸氧腐蚀主要是由于在备用或者检修过程中停机保护措施执行不好，使得空气漏入汽缸中。另外，机组运行过程中，有空气漏入汽缸也会产生氧腐蚀。
　　2 末级叶片的防护
　　2.1 解决汽轮机低压末级腐蚀问题一般从以下方面入手：
　　2.1.1 研究末级长叶片水冲蚀的大机组调峰或低负荷运行方式，用三元流理论验算并有选择性地进行流场和动应力实测，以确定机组带最低负荷的安全限制值。2.1.2 研究进入汽轮机低压部分的湿蒸汽中水滴的形成过程，从设计上改进末级叶片的型线，从而减少水滴的形成；采用去湿隔板，以降低蒸汽湿度。2.1.3 提高除盐水的质量，加强汽水的化学监督，保证蒸汽品质。2.1.4 在炉水中加一定的NaOH，一方面提高炉水PH值，另一方面减少氨的用量，减少氨在低压缸初凝区因分配系数大使初凝水呈现酸性的影响。2.1.5 采用消极的表面保护措施，以减缓末级叶片的腐蚀速度。
　　2.2 末级叶片的表面防护。末级叶片的防护措施可分为2大类：第1类是局部加覆盖层，即在进汽边的局部位置覆盖一层新合金。如镶置司太立合金、电火花强化、激光熔覆和喷涂等。第2类是表面淬硬，主要技术手段有火焰淬火强化、高频感应加热淬火、激光表面淬火等。 [!--empirenews.page--]
　　2.2.1 镶置司太立合金。司太立合金有较高的硬度和较好的韧性，水滴撞击时变形量小，抗水蚀冲刷性能好，具有较高的组织稳定性，尽管超出一定范围也会出现水蚀，但抵制断裂能力好，即使出现严重水蚀，也不易产生裂纹。同时根据运行情况可选择不同形状的合金，当水蚀严重时，可更换新的合金片，非常适合叶片的工作条件，所以镶置司立太合金是防止汽轮机叶片水蚀最普遍采用的方法。
　　2.2.2 电火花强化。电火花强化是直接利用火花放电的高密度能量作为正极的电极材料熔化、涂覆、熔掺进金属工件的表层，形成合金化的表面强化层，从而使工件表面的物理、化学和机械性能得到改善。电火花表面强化工艺具有以下特点：操作简单、不会使工件退火或热变形，不会产生环境污染，可对工件表面进行局部强化等。一般的研究表明，采用硬质合金作强化电极进行电火花强化，在材料表面形成一层一定厚度的硬化层，这层硬化层的硬度较高，耐磨粒磨损、耐水刷能力越强。但是硬化层不能太厚，否则容易产生表面裂纹，从而影响防水蚀效果。
　　2.2.3 热喷涂。热喷涂是指将熔融状态的喷涂材料通过高速气流将其雾化，喷射到工件上形成喷涂层的一种表面加工方法。主要可分为火焰喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂及高速电弧喷涂等。今年来，特别是超音速电弧喷涂技术的迅速发展，涂层的硬度和结合强度更高。涂层孔隙率更低，氧化物含量更低，因此叶片可获得更好的防护效果。
　　2.2.4 激光熔覆。激光熔覆是将具有某种特性（耐磨、耐热、耐蚀等）的合金预制粉末涂覆在金属工件表面，或在激光处理的同时喷于激光处理区，使之在激光作用下熔化、扩展并凝固，与基体以冶金方式结合，形成性能优良的表面包覆层。这种技术适用与大、中功率机组各种材料叶片的水蚀防护。
　　2.2.5 火焰淬火强化。火焰淬火强化是在叶片进汽边用乙炔——氧或者煤气——氧的混合气体燃烧的高温火焰加热淬火，以获得高硬度的马氏体组织和淬硬层。该方法工艺简单，但温度不易控制，易产生形变、裂纹和硬度不均等问题。
　　2.2.6 高频淬火强化。高频淬火强化是利用电磁感应方法在工件表面产生高频率的感应电流，依靠这种电流和工件本身的电阻，使工件表面迅速加热到淬火温度，而内部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬。由于叶片一般是由三维空间扭曲成型，型线复杂，高频淬火加热时不易保证淬火部位受热均匀。影响叶片高频感应淬硬因素较多：高频设备控温的灵敏度、叶片装夹位置的偏差及叶型的偏差、感应线圈适应性、测温仪和测温点的选择、叶片与感应线圈的间隙、感应线圈包覆宽度等，必须按叶片的实际情况通过试验确定。
　　2.2.7 局部激光表面淬火。当激光束扫射经过黑化处理涂有吸能材料的金属表面时，激光束能量被吸收到金属材料表层内，使温度达到相变点以上。当激光束快速从金属表面离开，热量迅速由表面传至芯部，使表面得到快速冷却，从而使金属表层发生快速淬火，引起相变硬化。由于高的冷却速度产生高密度位错强化，相同的材料经过激光表面淬火处理后，硬度要比感应淬火硬度高20%，变形很小，晶粒要细很多。
　　3 结论
　　在发电厂热力设备发生的事故中，因腐蚀问题引起的事故占很大比例。通过分析汽轮机低压末级叶片腐蚀的原因，提出有效的防护办法，特别阐述了叶片表面抗腐蚀处理。通过对叶片的防护，减缓了叶片的腐蚀速度，提高叶片的稳定性能。提高汽轮机及整个机组的效率。对汽轮机的发展有着极其重要的意义。
　　
　　参考文献
　　[1]李军普.汽轮机低压部分腐蚀分析.河北煤炭,2008(5):45-46
　　[2]胡平.汽轮机末级叶片表面防水蚀处理工艺及发展.表面技术,2008,(37)6:78-80

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　　2.2.1 镶置司太立合金。司太立合金有较高的硬度和较好的韧性，水滴撞击时变形量小，抗水蚀冲刷性能好，具有较高的组织稳定性，尽管超出一定范围也会出现水蚀，但抵制断裂能力好，即使出现严重水蚀，也不易产生裂纹。同时根据运行情况可选择不同形状的合金，当水蚀严重时，可更换新的合金片，非常适合叶片的工作条件，所以镶置司立太合金是防止汽轮机叶片水蚀最普遍采用的方法。
　　2.2.2 电火花强化。电火花强化是直接利用火花放电的高密度能量作为正极的电极材料熔化、涂覆、熔掺进金属工件的表层，形成合金化的表面强化层，从而使工件表面的物理、化学和机械性能得到改善。电火花表面强化工艺具有以下特点：操作简单、不会使工件退火或热变形，不会产生环境污染，可对工件表面进行局部强化等。一般的研究表明，采用硬质合金作强化电极进行电火花强化，在材料表面形成一层一定厚度的硬化层，这层硬化层的硬度较高，耐磨粒磨损、耐水刷能力越强。但是硬化层不能太厚，否则容易产生表面裂纹，从而影响防水蚀效果。
　　2.2.3 热喷涂。热喷涂是指将熔融状态的喷涂材料通过高速气流将其雾化，喷射到工件上形成喷涂层的一种表面加工方法。主要可分为火焰喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂及高速电弧喷涂等。今年来，特别是超音速电弧喷涂技术的迅速发展，涂层的硬度和结合强度更高。涂层孔隙率更低，氧化物含量更低，因此叶片可获得更好的防护效果。
　　2.2.4 激光熔覆。激光熔覆是将具有某种特性（耐磨、耐热、耐蚀等）的合金预制粉末涂覆在金属工件表面，或在激光处理的同时喷于激光处理区，使之在激光作用下熔化、扩展并凝固，与基体以冶金方式结合，形成性能优良的表面包覆层。这种技术适用与大、中功率机组各种材料叶片的水蚀防护。
　　2.2.5 火焰淬火强化。火焰淬火强化是在叶片进汽边用乙炔——氧或者煤气——氧的混合气体燃烧的高温火焰加热淬火，以获得高硬度的马氏体组织和淬硬层。该方法工艺简单，但温度不易控制，易产生形变、裂纹和硬度不均等问题。
　　2.2.6 高频淬火强化。高频淬火强化是利用电磁感应方法在工件表面产生高频率的感应电流，依靠这种电流和工件本身的电阻，使工件表面迅速加热到淬火温度，而内部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬。由于叶片一般是由三维空间扭曲成型，型线复杂，高频淬火加热时不易保证淬火部位受热均匀。影响叶片高频感应淬硬因素较多：高频设备控温的灵敏度、叶片装夹位置的偏差及叶型的偏差、感应线圈适应性、测温仪和测温点的选择、叶片与感应线圈的间隙、感应线圈包覆宽度等，必须按叶片的实际情况通过试验确定。
　　2.2.7 局部激光表面淬火。当激光束扫射经过黑化处理涂有吸能材料的金属表面时，激光束能量被吸收到金属材料表层内，使温度达到相变点以上。当激光束快速从金属表面离开，热量迅速由表面传至芯部，使表面得到快速冷却，从而使金属表层发生快速淬火，引起相变硬化。由于高的冷却速度产生高密度位错强化，相同的材料经过激光表面淬火处理后，硬度要比感应淬火硬度高20%，变形很小，晶粒要细很多。
　　3 结论
　　在发电厂热力设备发生的事故中，因腐蚀问题引起的事故占很大比例。通过分析汽轮机低压末级叶片腐蚀的原因，提出有效的防护办法，特别阐述了叶片表面抗腐蚀处理。通过对叶片的防护，减缓了叶片的腐蚀速度，提高叶片的稳定性能。提高汽轮机及整个机组的效率。对汽轮机的发展有着极其重要的意义。
　　
　　参考文献
　　[1]李军普.汽轮机低压部分腐蚀分析.河北煤炭,2008(5):45-46
　　[2]胡平.汽轮机末级叶片表面防水蚀处理工艺及发展.表面技术,2008,(37)6:78-80

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　　2.2.1 镶置司太立合金。司太立合金有较高的硬度和较好的韧性，水滴撞击时变形量小，抗水蚀冲刷性能好，具有较高的组织稳定性，尽管超出一定范围也会出现水蚀，但抵制断裂能力好，即使出现严重水蚀，也不易产生裂纹。同时根据运行情况可选择不同形状的合金，当水蚀严重时，可更换新的合金片，非常适合叶片的工作条件，所以镶置司立太合金是防止汽轮机叶片水蚀最普遍采用的方法。
　　2.2.2 电火花强化。电火花强化是直接利用火花放电的高密度能量作为正极的电极材料熔化、涂覆、熔掺进金属工件的表层，形成合金化的表面强化层，从而使工件表面的物理、化学和机械性能得到改善。电火花表面强化工艺具有以下特点：操作简单、不会使工件退火或热变形，不会产生环境污染，可对工件表面进行局部强化等。一般的研究表明，采用硬质合金作强化电极进行电火花强化，在材料表面形成一层一定厚度的硬化层，这层硬化层的硬度较高，耐磨粒磨损、耐水刷能力越强。但是硬化层不能太厚，否则容易产生表面裂纹，从而影响防水蚀效果。
　　2.2.3 热喷涂。热喷涂是指将熔融状态的喷涂材料通过高速气流将其雾化，喷射到工件上形成喷涂层的一种表面加工方法。主要可分为火焰喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂及高速电弧喷涂等。今年来，特别是超音速电弧喷涂技术的迅速发展，涂层的硬度和结合强度更高。涂层孔隙率更低，氧化物含量更低，因此叶片可获得更好的防护效果。
　　2.2.4 激光熔覆。激光熔覆是将具有某种特性（耐磨、耐热、耐蚀等）的合金预制粉末涂覆在金属工件表面，或在激光处理的同时喷于激光处理区，使之在激光作用下熔化、扩展并凝固，与基体以冶金方式结合，形成性能优良的表面包覆层。这种技术适用与大、中功率机组各种材料叶片的水蚀防护。
　　2.2.5 火焰淬火强化。火焰淬火强化是在叶片进汽边用乙炔——氧或者煤气——氧的混合气体燃烧的高温火焰加热淬火，以获得高硬度的马氏体组织和淬硬层。该方法工艺简单，但温度不易控制，易产生形变、裂纹和硬度不均等问题。
　　2.2.6 高频淬火强化。高频淬火强化是利用电磁感应方法在工件表面产生高频率的感应电流，依靠这种电流和工件本身的电阻，使工件表面迅速加热到淬火温度，而内部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬。由于叶片一般是由三维空间扭曲成型，型线复杂，高频淬火加热时不易保证淬火部位受热均匀。影响叶片高频感应淬硬因素较多：高频设备控温的灵敏度、叶片装夹位置的偏差及叶型的偏差、感应线圈适应性、测温仪和测温点的选择、叶片与感应线圈的间隙、感应线圈包覆宽度等，必须按叶片的实际情况通过试验确定。
　　2.2.7 局部激光表面淬火。当激光束扫射经过黑化处理涂有吸能材料的金属表面时，激光束能量被吸收到金属材料表层内，使温度达到相变点以上。当激光束快速从金属表面离开，热量迅速由表面传至芯部，使表面得到快速冷却，从而使金属表层发生快速淬火，引起相变硬化。由于高的冷却速度产生高密度位错强化，相同的材料经过激光表面淬火处理后，硬度要比感应淬火硬度高20%，变形很小，晶粒要细很多。
　　3 结论
　　在发电厂热力设备发生的事故中，因腐蚀问题引起的事故占很大比例。通过分析汽轮机低压末级叶片腐蚀的原因，提出有效的防护办法，特别阐述了叶片表面抗腐蚀处理。通过对叶片的防护，减缓了叶片的腐蚀速度，提高叶片的稳定性能。提高汽轮机及整个机组的效率。对汽轮机的发展有着极其重要的意义。
　　
　　参考文献
　　[1]李军普.汽轮机低压部分腐蚀分析.河北煤炭,2008(5):45-46
　　[2]胡平.汽轮机末级叶片表面防水蚀处理工艺及发展.表面技术,2008,(37)6:78-80