0 引言

我国具有完全自主知识产权的表面式凝汽器与铝制散热器垂直布置的SCAL型间接空冷系统，既具有哈蒙式间接空冷系统冷却水系统和汽水系统分开、水质控制和处理容易的优点，又具有海勒式间接空冷系统空冷塔体型小、占地省的优点，是一种优化型间接空冷系统。采用1050A纯铝空冷散热器的SCAL型间接空冷系统是目前国内大型间接空冷机组设计采用的主要系统^[1-3]，部分采用该系统的电厂在间接空冷循环水系统第一次充水后即发生循环水pH值突发性升高，进而引发1050A纯铝散热器大面积腐蚀故障，在极短时间内对设备造成严重损坏^[4-7]，严重威胁电厂的安全经济运行。

1 空冷散热器腐蚀原因分析 1.1 1050A纯铝-碳钢电偶腐蚀

异种金属在同一介质中相互接触时会因腐蚀电位不相等产生电流而形成电偶腐蚀，电位较低的金属会加速溶解^[8-9]。刘华剑，邓春龙等人的研究结果证明当两种相互接触的金属电位差大于250 mV时就可能产生比较严重的电偶腐蚀^[10]。利用武汉科思特仪器有限公司CS310型电化学工作站测量了1050A铝和Q235B碳钢材料的电偶腐蚀电流和耦合电极的电位差，结果说明：在中性除盐水条件下，碳钢-1050A纯铝电偶对的电位差高达480 mV。可见，在中性除盐水作为循环水的条件下，1050A纯铝和Q235B碳钢耦合会发生明显的电偶腐蚀^[9]。

国内350 MW和660 MW间接空冷超临界机组运行数据证明^[4-7]：当间接空冷循环水系统第一次向扇区充水（除盐水，pH值为7.2），并接触到散热三角底部进（出）水膨胀节（哈夫法兰）碳钢-1050A纯铝散热器时，上述电偶腐蚀随之发生，1050A纯铝-碳钢的电偶腐蚀是循环水pH突发性升高的直接原因^[11-12]。

1.2 1050A纯铝散热器大面积均匀腐蚀原因

在金属腐蚀过程中，金属离子化过程受电位控制，而腐蚀产物的稳定性则由pH值控制^[13-14]，根据铝-水腐蚀体系电位与pH值关系^[15-16]，可以从理论上预测金属的腐蚀情况，并选择材料防腐蚀方法。

（1）pH值在4.5~8.5时，铝处于钝化状态，表面可生成稳定的三氧化二铝保护膜；

（2）pH值大于8.5时, 即介质处于碱性环境下，铝的钝化膜会被破坏而发生均匀腐蚀^[17-18]。因循环水pH值的突发性升高（大于8.5），造成1050A纯铝散热器铝的大面积均匀腐蚀，循环水中的铝浓度急剧升高。

2 腐蚀控制策略 2.1 碳钢（膨胀节）-铝（散热三角）电偶腐蚀的控制措施

根据文献[17-18]的报道，严密的电绝缘设计是控制电偶腐蚀的基本方法。这里所指的电绝缘是指利用各种惰性材料（包括密封材料）制成垫片、套管介入法兰连接中，使两种材质不同的法兰之间不能形成电子通路，从而防止电偶腐蚀的发生。

2.1.1 绝缘处理方法^[19-20]

冷却三角底部进、出水支管与冷却三角（管束）中间均设有可伸缩的碳钢膨胀节，图 1为进、出水管膨胀节绝缘处理方式示意图。

图 1结构由两端设置密封法兰的碳钢膨胀节3，1050A纯铝冷却三角，哈夫法兰，进、出水管等部件组成。绝缘处理前运行工况下，图 1结构中充满循环水，如果碳钢和1050A纯铝发生电耦合接触就会发生电偶腐蚀，碳钢膨胀节为阴极，纯铝冷却三角为阳极。

绝缘处理方法：在哈夫法兰与膨胀节密封法兰接触面之间设置绝缘密封垫；在哈夫法兰固定螺栓外设置绝缘螺栓套筒；在哈夫法兰上每个螺孔两侧设置绝缘螺栓垫。绝缘密封垫材质为膨胀聚四氟乙烯。

2.1.2 绝缘孤立化处理

为保证铝散热三角与碳钢哈夫法兰之间的绝缘效果，哈夫法兰的固定支架、吊架与减震架与哈夫法兰之间也必须设置绝缘体。如图 1所示，在哈夫法兰上依次连接接地导线和固态去耦合器，并将固态去耦合器连接至接地网，实现哈夫法兰的“孤立化”效果。

通过上述绝缘孤立化处理，既从结构上切断了1050A纯铝与碳钢的电子通路，又切断了1050A纯铝与碳钢通过公共接地网耦合的电子通路。

2.1.3 阴极面积最小化处理

黄燕滨、徐可可等人研究发现^[20]，电偶腐蚀的电流密度（速率）随阴极面积与阳极面积比值的增大而增加，平均电偶电流密度与阴极面积与阳极面积之比呈线性关系（见图 2）。

通过在碳钢膨胀节进水端的密封法兰与循环水进出口法兰之间设置绝缘体，切断循环水管路系统与碳钢膨胀节之间的电子通道，这种绝缘孤立处理方式使参与电偶腐蚀的阴极面积仅为碳钢膨胀节的有限面积。阴极面积的“最小化”处理，实现了“大阳极小阴极”、防止电偶腐蚀的最佳效果。

2.1.4 绝缘孤立化处理效果评估

杨世伟，席慧智，刘金玲等人提出了1种在浸水状态下的“电压法”来评估管系电偶腐蚀趋势的方法^[21]，认为当电绝缘隔离开的2种金属在腐蚀介质中的电位差大于150 mV时, 即表明电绝缘发挥了作用，电偶腐蚀趋势很缓慢。

2.2 碳钢-不锈钢-纯铝三元腐蚀体系的防腐缓蚀剂

缓蚀剂是具有抑制金属腐蚀功能的一类化学物质，在腐蚀环境中投入少量缓蚀剂就能有效阻止金属受腐蚀或减缓腐蚀速度^[22-23]。SCAL型间接空冷循环水系统中包含1050A纯铝（散热三角）、碳钢（循环水输送管路系统）、不锈钢（冷凝器）3种结构材料，这种三元结构的循环水系统在运行工况条件下既存在上述3种材料在循环水中的均匀腐蚀，又存在由异金属接触引发的电偶腐蚀和各种形式的局部腐蚀。循环水缓蚀剂既能降低间接空冷机组循环水系统纯铝-碳钢电偶的腐蚀速率，又能降低碳钢、不锈钢和1050A纯铝在循环水中的均匀腐蚀速率。

通过在循环水系统中使用由联氨、羟胺、L-抗坏血酸、亚硫酸盐和二氧化硫气体复配组成的新型多相缓蚀剂，调节碳钢、不锈钢和纯铝腐蚀体系的电化学状态，降低参与腐蚀阴极过程的去极化剂（氧）的浓度和增加腐蚀电极的阴极极化能力，实现了既能有效地阻止纯铝-碳钢电偶腐蚀又能降低纯铝、碳钢和不锈钢在循环水中均匀腐蚀速率的目的^{[12, 23]}。

3 处理效果

实施绝缘孤立化处理后，采用上述多相缓蚀剂还原性处理工艺的350 MW、660 MW间接空冷机组，实现了对间接空冷机组循环水系统电偶腐蚀的有效控制，从根本上消除了循环水系统在首次充水调试时发生pH值突发升高而引发1050A纯铝散热器大面积腐蚀事故的发生^[25-26]。

应用动电位扫描极化曲线测量腐蚀速率，以及电化学噪声测定电偶腐蚀电流结果证明，碳钢-1050A纯铝电偶对在循环水为除盐水的工艺条件下电偶腐蚀电流密度小于0.3 μA/cm²，达到了有关标准的A级水平^[12]；同时保证了间接空冷介质循环水系统使用的1050A纯铝散热器的腐蚀速率小于0.05 mm/a，达到了国内先进水平^[12]。

内蒙古某热电厂的2台350 MW超临界机组化学监督检查结果表明，1050A纯铝、304不锈钢腐蚀指示试片、1050A纯铝-碳钢电偶对腐蚀指示试片均没有发生严重腐蚀，碳钢腐蚀指示试片的腐蚀速率平均值为0.015 mm/a，优于GB 50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范的标准》中的规定值（0.075 mm/a）^[24]。在1000倍金相显微镜下观察上述腐蚀试片，均未观察到点蚀和其他腐蚀情况。图 3为机组冷却三角现状^[25]，可见设备内壁光滑、无腐蚀现象。

4 结语

电偶腐蚀会严重威胁SCAL型间接空冷循环水系统的安全稳定运行，采用严密的电绝缘设计是控制电偶腐蚀的有效措施^[26-27]；而采用由联氨、羟胺、L-抗坏血酸、亚硫酸盐和二氧化硫气体复配组成的还原型多相缓蚀剂，可以有效地降低纯铝-碳钢电偶腐蚀程度，同时又能降低纯铝、碳钢和不锈钢在循环水中的均匀腐蚀速率。