海水循环水泵泵轴腐蚀问题及处理

江苏电机工程2006年7月Jiangsu Electrical Engineering第25卷第4期海水循环水泵泵轴腐蚀问题及处理刘广建(江苏核电有限公司,江苏连云港222042)摘要:针对江苏田湾核电站 1、2号1000MW、全速、单轴、八排气、中间去湿再热机组8台海水循环水泵在调试运行阶段出现比较严重的腐蚀现象,介绍了循环水泵的性能参数、腐蚀发生的区域和特征以及腐蚀发生的机理,阐述了缝隙腐蚀、点蚀和电偶腐蚀3种腐蚀形式,并分别进行了原因分析。给出应对腐蚀的措施,即更换密封盘根材料、加装淡水冲洗装置、在泵轴上加装牺牲阳极和泵轴腐蚀点的处理。关键词:核电站;循环水泵;海水腐蚀中图分类号:TK264.1;TG172.5文献标识码 :B文章编号:1009- 0665<(2006)04 - 0012 -03排气、中间去湿再热机组K-100060-3000型汽轮1设备概况机,凝汽器用海水作冷却介质,每台机组设计的冷却江苏连云港田湾核电站- - 期工程安装2台俄罗水流量为170 000 m2/h,通过4台OB2-185E型循斯列宁格勒金属制造厂生产额定功率为1000MW、环水泵向凝汽器供冷却水,然后排向大海，实现冷却全速、单轴(1个双流高压缸和4个双流低压缸)、八水循环。 循环水泵性能参数见表1。表1循环水泵性能参数.参数数量/台流量 /m's4扬程/m转速/r.min’允许汽蚀裕量 /m安全等级参数值412.3/9.812.5/9.7290/245不小于13电机性能参数功率/kW电压/V频率/Hz .转速/r. min'扭矩/kN.m1900/1 20050300/25080.8/61.9循环水泵泵轴的材料为不锈钢，运行方式为连该区域泵轴出现剥落性腐蚀,造成此类辐射直续。该泵采用了两速电机,这样可以在冬天海水温接原因是密封填料使用石墨或石棉盘根。石棉属于度低的时候采用较低的转速,以便节约能源。吸湿性填料,即使在海水排放后仍长时间保持潮湿环境,而且石墨属于正电性极强的材料,二者构成恶2腐蚀发生的区域与特征(1.21劣的电化学腐蚀环境和条件。潮湿的环境首先导致2.1泵体上压盖区的腐蚀和磨损不锈钢钝性表面破坏,接着在石墨和不锈钢之间形该区域轴的损伤主要是磨损,海水中的泥沙进成电偶,导致轴腐蚀。人压盖和轴之间的间隙,在泵运转时造成磨损。同密封填料区腐蚀如图2所示。时,在静止的条件下泥沙和海水中的微生物形成潮湿的环境,造成点蚀和縫隙腐蚀。磨损的严重程度和腐蚀深度与安装间隙和停放的时间有关。压盖区轴的磨损和腐蚀形状如图1所示。(a) IPAC22AP001(b) PAC22AP0032密封填料区腐蚀中国煤化工:在橡皮轴承迷宫密IPAC3IAP001封面.TYH.CNMHG沟槽状。腐蚀产生图1压盖区轴的磨损和腐蚀形状的原因与泥沙的淤积有关,在上轴承区泥沙由下而2.2密封填料区的腐蚀上，,经过轴承被带到水室,当排放不畅时在轴承封盖以上沉积下来,泥沙阻碍氧的扩散,形成特殊泥沙下收稿日期:2006-02-22;修回日期:2006-04-15刘广建:海水循环水泵泵轴腐蚀问题及处理13的缝隙腐蚀环境。同时，由于轴是垂直放置,海水重于活化态,电位为负,蚀坑外的金属表面处于钝态,力向下,腐蚀沟槽由上向下发展。电位为正,因而构成了腐蚀电池,电位为负的部分称水室区轴的腐蚀形状如图3所示。为阳极,电位为正的部分称为阴极。阳极上的金属溶解成为金属离子进人溶液,放出的电子流到阴极消耗掉,同时蚀坑快速加深,孔外金属表面则受到阴极保护。阳极反应:Fe-→Fe2+2e- Cr- →Cr*+ 3e~Ni-→Ni++2e-(a) IPAC22AP001(b) 2PAC31AP001阴极反应:O2 + 2H2O +4e- -→40H-腐蚀反应的速度受水的pH值、湍流度、水流速圈3水室区轴的腐蚀形状度、温度、盐度和微生物等环境因素影响。2.4轴承区域的腐蚀轴承区的腐蚀具有典型的缝隙腐蚀特征,腐蚀4腐蚀的形式和原因分析发生在轴瓦与轴接触的表面,出现--个与轴瓦长度4.1腐蚀形式相应的痕迹,边缘地带最深。腐蚀的深度随泵而异,(1)縫隙腐蚀。发生在泵轴上下轴承区和水室根据核工业无损检测中心对1PAC22AP001泵的检区的腐蚀主要是缝隙腐蚀,它是由泵本身结构造成。查,目视最大深度为2.5mm,泵轴修复过程中对缺在海水介质中,金属之间缝隙内的介质处于滞留状陷打磨的结果表明实际最大深度可达4 mm。轴承态,使缝内金属腐蚀加剧。当腐蚀开始时，氧的去极区的縫隙腐蚀是由于轴与轴瓦的缝隙结构在潮湿环化腐蚀在缝隙内外均匀进行。因滞留关系,氧只能境下长期静止所造成，在运转情况下不会形成永以扩散方式向缝内传递,缝内的氧消耗后难以得到久、固定的缝隙环境。补充,氧的还原反应很快终止,而缝外的氧可充分补轴承区轴的腐蚀形貌如图4所示。充,所以缝外的氧化还原反应继续进行。缝内、外构成宏观的氧浓差电池,缝内为阳极,反应为:Fe→Fe2+ 2e ;缝外为阴极,反应为:O2 + 2H2O+4e-→.40H。形成大阴极小阳极的不利结构,腐蚀电流较大,逐步发展为闭塞电流,此时缝内金属阳离子难以扩散出去,随着Fe+、Fe*+的不断积累,缝内正电荷增加,吸引缝外CI-进人缝内以保持电荷平衡,使缝内(a) 1PAC31AP001(b) 2PAC31AP00介质酸化,pH值下降到3左右,加速了阳极溶解,同图4轴承区轴的腐蚀形貌时阳极溶解又吸引更多的CI进入,以此循环往复,下轴承区的腐蚀与结构有关,在下轴承区海水使腐蚀不断发展。的循环是借助辅助叶轮,并且海水的流向与泥沙流(2)点蚀。发生在压盖区和填料区的另外一种向一致,因此比上轴承区腐蚀轻,沉积可能性较小。腐蚀形式是点蚀,它是由海水中的泥沙和微生物的沉积造成。特点是区域分散,穿透性强，可在相当短.3腐蚀发生的机理的时间内造成穿孔。起因与钢材薄弱点或材质不均循环水泵泵轴的材质是1Cr17Ni13Mo3Ti,属，匀处的钝化膜有关,由于金属表面钝化膜局部损伤,于316不锈钢,之所以抗腐蚀是由于铬合金化的碳或者连通管内的污垢、腐蚀产物、泥沙以及贝壳类海钢表面上生成一层薄而稳定的钝化膜,在Fc-Cr合生物附着在管壁上产生浓差电池腐蚀,其中阳极是金中加入Ni时可进-步提高不锈钢的抗蚀性,但面积很小的活性金属,阴极是面积很大的钝性金属，钝化膜并非没有化学活性,而是处在溶解和修复的这种钝性金属-活性金属电池的电位差较大的特性动平衡状态中。当介质中有活性阴离子时(比如氯会产罕级上面积很小的快离子)平衡容易被打破,原因是氯离子能优先有选择速腐中国煤化工二海水中与静止的海吸附在钝化膜上,排挤氧原子,然后和钝化膜中的阳水相CN MH G显,因为海水流动离子结合生成可溶性氯化物,在新露出的金属表面带走了在其他情况下会在缝隙或裂纹处聚集的腐蚀上生成小蚀坑,若钝化阻力小蚀坑就不再长大,但蚀产物,且由于溶解氧的畅通无阻而保证了均匀钝化。坑在多数情况下将继续长大。蚀孔内的金属表面处另外,点蚀中氯离子起关键的作用。14江苏电机工程(3)电偶腐蚀。发生在密封填料区的腐蚀主要海水影响,减少磨损和腐蚀的风险。是电偶腐蚀,它是由不同金属或非金属相互接触引5.3在泵轴上加装牺牲阳极起,当金属与某些非金属导体(如石墨、石棉等)相俄方原设计从绕流速度考虑对转动部件未加牺互接触时,金属与电势更正的非金属导体连接而引牲阳极保护,当水泵停止运行时腐蚀不能受到抑止。起的加速腐蚀。腐蚀主要发生在金属与非金属相互因此,将泵体锥形连接管(碳钢管道)内原有的牺牲接触的边线附近,如果接触面上同时有缝隙存在,而阳极与轴连接起来可以起到保护作用。缝隙中有电解液,则是一个典型的腐蚀电池,电位较5.4泵轴腐蚀点的处理正的金属为阴极,电位较负的金属为阳极。采用微区电脉冲点焊+电刷镀进行处理,即采4.2原因分析用微区电脉冲点焊对腐蚀区域进行填补,恢复泵轴综上所述,俄方对于泵轴选材没有问题,泵轴的外形尺寸后再对表面进行电刷镀,以保证表面能本身之所以没采取任何防腐措施,它是基于海水中达到耐磨、耐腐蚀的效果。微区可控脉冲点焊技术是不锈钢表面绕流速度大于1.5 m/s,将保持自身的钝采用可控脉冲电能把补材(片材、丝材或粉材)固定性,不会发生腐蚀,对于表面绕流速度大于2. 5 m/s到机件应修补部位,在微区内逐层成坯的修补新技的构件,不采用专门的保护措施。但是,上下轴承支术。该技术不但可得到高结合强度的表面覆层外,撑结构导致海水在泵管内形成滞留区,对于上下轴还对基材的热量控制在一定的范围内,工艺过程对承的差别没有充分注意,下轴承区导流罩外处于主母材不产生热变形和软化,所选用的补材面宽,对传流道的位置,海水流量大不锈钢易保持钝性状态,泥统的维修手段是一种补充。电刷镀主要采用了特快沙不易沉积。导流罩内海水受到阻滞,不锈钢不易.镍镍磷合金的刷镀液，使表面获得比母材更好的钝化,轴和轴承之间的润滑通过辅助叶轮将水打人耐磨和耐腐蚀覆层,减少被磨损和腐蚀的几率。轴承间隙润滑,上轴承安装在由泵体伸出管上,海水6结论通过盘根和泵体上压盖间隙维持循环,如果泥沙堵塞或流量减少,形成恶劣的局部环境,造成上轴承田湾核电站1、2号机组8台循环水泵泵轴的腐区轴的严重腐蚀,而下轴承区相对较轻。另外,腐蚀蚀形式为点腐蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀，属于电化学部位集中在海水流动性差、结构缝隙的部位,表面腐蚀的范畴,与泵的结构形式、泵轴的选材、运行操腐蚀的发生和发展与相对静止的环境有关，腐蚀不作以及设备保养等有直接关系。会在运转期间发生,而是在静止期间发生。针对泵轴因腐蚀而带来的缺陷,采用电刷镀镍工艺进行修复,恢复泵轴使用功能。同时,在密封填5采取的应对措施料装置上加装淡水供应系统,运行前后各1h充淡水,5.1更换密封盘根材料可减少该区域泥沙杂质含量,强化润滑避免局部千将吸潮的石墨盘根改为聚氟塑料盘根,避免停燥过热非常有效,而将密封填料更换为聚氟塑料盘止运行时长期保持潮湿状态,消除电偶腐蚀。根,则消除了电偶腐蚀。通过将泵轴与牺牲阳极保护5.2加装淡水冲洗装置装置相连接,使泵轴防腐性能获得进一步 提高。按照循泵的原设计上轴承区的润滑,海水由下参考文献:至上从水室接管和盘根间隙排出,存在2个问题:[1]高额,邬冰.电化学基础[M].北京:化学I业出版社,2004.(1)海水在缝隙中残留,停运期间引起点蚀和縫隙[2]曹楚南.腐蚀电化学原理[M].北京:化学I业出版社,1985.腐蚀;(2)缝隙部位淤积泥沙,在泵启动时对轴产生作者简介: .磨损。因此,在启动前1h和停泵后1h应冲洗盘根刘广建(1965-),男,河南开封人,工程师,从事机械设备设计与制缝隙残留海水,以避免启动时的干摩擦和停运期间造工作。Circulation Water Pump Shaft Corrosion and Its DisposalLIU Guangjian(iangsu Nuclear Electricityt Co. ,Ltd. ,Liany中国煤化工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