汽轮机凝结研究

摘 要：对圆盘钢应力的腐蚀开裂（SCC），材料性能（钢的清洁度、屈服强度）、环境（氧、二氧化碳、氯化物浓度）的影响，温度和应力条件对应力腐蚀裂纹的萌生和扩展的影响进行了评估。长裂纹增长率据称与氧和二氧化碳浓度无关，但也有一些例外情况表明，这些变量的明显独立，部分与增长率数据的利差有关。毫无疑问，最大影响力是强度水平和温度。溶解气体和钢的清洁度对中应力腐蚀裂纹的“起裂”有更深刻的影响。

关键字：汽轮机；环境；凝结

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.064

1 凝结温度和凝结水层厚度

涡轮机内的温度和压力分布很复杂，而且各站之间也有差异。因此，我们不可能就这一问题作一般性发言。汽轮机中蒸汽水分含量的变化，也就是凝结水开始发生的确切位置。但是，应该指出的是，在运行过程中，涡轮机的温度和压力分布存在着变化，特别是在运行过程中。 在启动和关闭期间使用威尔逊线可能会移动。因此，有些地方将经历循环干/湿蒸汽条件。此外，早期的凝结水会形成，降低由于蒸汽流动局部过冷和杂质的存在而产生的饱和温度。液膜的厚度和连续性取决于薄膜所在的表面的蒸汽含水量、化学杂质、润湿性和旋转速度。膜厚在涡轮中，测量了高达120米的SSE。研究表明，在蒸汽湿度小于1%的情况下，蒸汽中的涡轮部件没有形成连续的液体膜，低径。然而，早期凝结水形成的水分不到1%。

2 叶片和圆盘表面的杂质

蒸汽中杂质的来源如上所述，锅炉和给水化学在正常运行条件下受到严格控制。然而，在运行过程中，给水和锅炉水中的杂质含量很高。 （A）水处理不足（例如脱矿及除气设备故障）；（B）冷凝器泄漏；（C）起动时水化学的瞬变--- 起停期；（D）锅炉、给水管等内的腐蚀产品的污染。

杂质可以至少以三种方式输送到蒸汽中，如下所述。

在高温高压下，盐可以溶解在干蒸汽中（蒸汽输送）。盐在蒸汽中的溶解度是蒸汽压力、温度和分配系数的函数。（蒸汽中盐浓度与水中盐浓度的比值）腐蚀性盐在蒸汽中的溶解度分离系数一般在10-3～10-4之间，并且随温度和压力的增加而增大。这些杂质也可以通过引入锅炉水的液滴（机械输送）进入蒸汽中。杂质可能是由于注射给水蒸汽过热、再热汽温控制和锅炉水变成过热蒸汽管式减温器的泄漏产生。

当蒸汽进入涡轮机时，蒸汽中的杂质可通过沉积（从蒸汽到固体）和凝结（从蒸汽到液体）输送到金属表面。在LP涡轮机上，以及在HP和IP涡轮机上，特别是在主要的化学过程中由于局部过冷，即使蒸汽湿度小于1%，也会形成早期凝结水。当蒸汽湿度大于1%时，涡轮表面可能形成连续的液膜。在叶片和圆盘表面形成的杂质降低了涡轮的作用。

3 液膜杂质

水相中杂质的浓度可以用热力学数据计算，假设水蒸气和液相中的杂质接近平衡。 在正常工作条件下，在1%的水分下形成连续液膜的液相中氯离子浓度为1.6 ppm，阳离子电导率为 0.2 S/cm，在化学作用中可高达10 ppm（阳离子电导率等于1微秒/厘米）。在水份为3-4%时，当蒸汽的阳离子电导率分别为0.2、0.5和1.0 S/cm时，液膜中的浓度分别为0.45 ppm、1.2 ppm和2.4 ppm。 例如，阳离子电导率为0.2 S/cm（25C），相当于大约15 ppb的氯化物。蒸汽阳离子电导率为0。 绝不能允许由如此之多的氯化物组成，其限值已设置为3 ppb。

在蒸汽干燥或发生湿/干循环的区域，可能存在较高的氯化物浓度。

4 其他非挥发性物种

在上述章节中，只讨论了凝结水中的氯污染问题。所得结论可应用于其他非挥发性物种，如果在1%的湿度水平下，在涡轮表面形成液膜，则液相中的挥发分是蒸汽相的100倍。例如，一个 0.2μs/cm（25℃）的离子电导率将对应于大约20ppb的硫酸根离子作为唯一的阴离子。因此，液相中硫酸盐的最大浓度为2ppm。在正常操作条件下，蒸汽中硫酸盐浓度控制在3 ppb以下，则液相中硫酸根离子的最大浓度为300 ppb。

近年来，在蒸汽中存在的乙酸和甲酸盐等有机物种已成为人们日益关注的问题。在核电站中，总有机化合物（Toc）被控制b。 Elow 100 ppb 28。如果乙酸离子不被阳离子平衡，有机酸（如乙酸）的存在将大大降低凝结水的pH值。 并导致一般腐蚀、点蚀和环境辅助开裂。例如，如果蒸汽中的乙酸离子浓度为100 ppb，并且所有的乙酸离子都在液体中被分离。 在凝结水中，乙酸根离子的最大浓度为10 ppm。当乙酸离子浓度为10 ppm时形成乙酸，则凝结水的pH值为红红。 90℃时，CED降至4.3。然而，还需要进一步的工作来更可靠地确定蒸汽中乙酸的浓度和乙酸化合物（酸或盐）的状态。

水相的含氧量随进口蒸汽中不同氧浓度下的温度而变化，当空气从压盖密封处泄漏时，温度较低，蒸汽压力低于大气压（真空下）的地方可能存在空气。氧气污染的另一个来源是冷凝器的泄漏。冷却水可能直接扩散到叶片和圆盘上。在这种情况下，液相中的氧气浓度将是 接近冷却水中的溶解氧水平。

5 结论

综上所述，等温溶解度平衡，即以两相流质量足够高的系统为特征，在非平衡条件下，会出现偏差，导致高浓度的气体（如氧气和二氧化碳）。在所谓的“强制冷凝”的极端情况下，所有的蒸汽都被迫冷凝到涡轮机中，而不是被耗尽，汽轮机钢上冷凝液层中的特殊成分可以与供应蒸汽中的相似。

参考文献：

[1]郭玉峰，徐志強，于达仁.汽轮机调节原理[M].北京：机械工业出版社，2009.

作者简介：岳广宇（1990-），男，内蒙古赤峰人，本科，学士，助理工程师，研究方向：压力容器。