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摘 要：流动加速腐蚀是一个碳钢或者低合金钢表面保护性氧化膜溶解到水流或者湿蒸汽中的电化学腐蚀过程，FAC的影响因素主要包括流体动力学因素如流体流速;环境因素如温度、pH 值、氧浓度、水中杂质等;钢材的化学成分。
关键词：660MW机组;流动腐蚀;控制
引言
火力发电机组中流动加速腐蚀的情况一直存在，这里就本工程如何在电厂设计阶段就从各系统，各设备参数来分析可能发生流动腐蚀的部位，并针对性的做出相应的预防措施，做一个简要的分析。
一、流动加速腐蚀的因素分析
近年来研究表明流动加速腐蚀（以下简称FAC）主要受以下几点因素的影响。
1.流体速度的影响
研究表明当水流速度增大到一定程度时，流动腐蚀才会加速，表层的保护性氧化膜会遭到破坏，在进行传质系数影响（或介质流速的影响）的实验时发现，水的传质系数在<1.0 mm/s（Re<150000）时，腐蚀速率的增加与传质系数的增加呈直线关系，但当水的传质系数>1.0 mm/s 时，腐蚀速率的增加与传质系数的增加就偏离直线，呈三次方增加。也就是说，在流速及Re值较高时，碳钢的腐蚀速率就明显加快，因此流速是这种腐蚀的核心。
实验证明，在考虑流速的因素时，还要考虑到设备、管道的设计和布置的实际情况。即使流速不很高，也会产生强烈的紊流，也会引起FAC。
2.温度影响
英国中央电力研究实验室的试验结果表明：FAC的腐蚀高峰在单液相峰值在130℃～150℃之间，两相流峰值在150℃～200℃。
图1 液相下腐蚀速率与温度关系
3.pH值影响
通过研究认为，采用加氨进一步提高给水pH值至8.5-9.3，可减缓FAC的发生。
研究还发现，在给水中加入联氨、不加联氨以及加入氧这三种条件下，所产生的氧化还原电位是不同的，其水质对金属产生的FAC程度也明显不一样。
4.氧浓度影响
在加氧水工况下，形成的碳钢表面膜具有双层结构，其内层是紧贴在钢表面的Fe3O4内伸层，外层是高Fe2O3含量的外延层。氧的存在不仅加快了Fe3O4内伸层的形成速度，而且又在外延层的间隙内和表面上生成Fe2O3。外延层的Fe2O3的溶解度远比Fe3O4低，加氧水工况下形成的保护膜更致密、更稳定。
在给水中加入少量氧，对抑制FAC发生有明显的作用。法国在CIROCO 实验台上比较了无氧，含氧1～2ppb 以及含氧7 ppb 三种水质对8mm 碳钢直管的腐蚀速率，结果含7ppb 水的腐蚀速率，仅为用无氧水时的一半不到，在报告中肯定了氧抑制FAC的效用。
5.水质影响
Cl-会破坏钢表面的保护膜，因此给水必须保持高纯度，电导率不能大于0.15μS/cm.
6.材料影响
不同材料对FAC具有不同的减缓性能，过去25-30多年以来的研究结果表明，在碳钢材料中哪怕是加一点点的Cr，都可有效抑制FAC的发生。
实验研究结果表明当Cr含量达到1.0%或者1.25%时FAC腐蚀速率的减缓25倍，这个结果在全世界各地都被得到了验证。当材料的含铬量增加到13%时，几乎可以不受侵蚀/腐蚀的影响。
德国KWU研究了低合金钢含铬量对侵蚀/腐蚀的影响（图4），从图中可见，在特定的工作条件下，0.4%的含铬量已有很好的抗侵蚀和腐蚀的能力。
对于火力发电厂易发生FAC的管件中含量提高到1.25%比改变管道几何形状或者其它方式更能减缓流动加速腐蚀的发生。
二、流动腐蚀的控制措施
根据本工程可能发生流动腐蚀的部位逐个分析并逐项采取针对措施，以防止或者减少流动腐蚀产生的影响。
1.锅炉外部系统管道和设备
1.1 易发生FAC单相系统
（1）高压加热器;（2）给水管道;（3）给水泵组;（4）减温水管道（5）五、六号低压加热器;（6）五号低压加热器出口至除氧器凝结水管道。
1.2易发生FAC两相系统
（1）除氧器壳体;（2）七、八号低温加热器的壳体;（3）加热器危急疏水调节阀后管段。
1.3可能存在流动加速腐蚀的锅炉内部系统管道和设备
（1）锅炉炉前给水管道;（2）锅炉启动系统管道和设备。
2.采用的FAC抑制措施
2.1 给水泵组
给水泵筒体采用ASTM F22材质，其中Cr含量约为2%～2.5%，因此可有效抑制FAC发生。给水泵与前置泵叶轮、导叶、轴、泵壳等主要过流部件均采用不锈钢材质，不会发生FAC。
2.2 减温水管道
（1）温度和FAC 可能产生的工况
No. 名称 设计温度 流动形态 FAC 可能出现的条件
1 再热器减温水 186℃ 单向流 机组负荷低于40% TMCR
2 高旁阀减温水 186℃ 单向流
（2）管道流速控制
No. 名称 GB50764
允许值（m/s） GNPD 值
（m/s） 备注
1 再热器减温水 2.0-6.0 5.8 满足GB50764 要求， 有助于FAC控制
2 高旁阀减温水
（3）pH值、加氧和水質控制
每个低加给水管道中加入氧气和氨气
给水系统加氧控制：省煤器入口氧气目标浓度控制在10-150ppb.
给水系统加氨控制：调节给水PH值在8.5～9.3之间。
水质控制：给水离子导电率应该低于0.15μS/cm 3.加热器危急疏水调节阀后管段
（1）温度和FAC 可能产生的工况;（2）管道流速控制;（3）pH值、加氧和水质控制：凝结水水系统加氨控制;加药后凝结水pH值控制在8.5～9.3
水质控制;加药后凝结水导电率小于0.15μS/cm。（4）管道布置控制
考虑到在诸如加热器危急疏水调节阀后容易发生两相流的管道，设计人通过采用三通和堵头来替代弯头，以达到更好的流动特性来降低FAC风险。同时，调节阀组都是紧挨着疏水扩容器布置，也是为了降低FAC风险。
3.1給水调节阀后至省煤器管道
（1）FAC可能产生的工况
名称 正常运行温度
（ >40% TMCR） 流动形态 FAC可能会产生的工况
省煤器进口管道 240-303℃ 液相 启停工况
省煤器进口旁路 只在机组启停条件下运行 液相
省煤器入口管道运行温度高于FAC液相发生的温度范围（130～150℃）。省煤器入口管道旁路正常运行条件下不运行。
（2）管道流速控制
名称 Piping 611100允许流速（m/s） GB50764 允许流速
（m/s） GNPD 运行流速（m/s） 备注
省煤器进口管道 <7.6 2.0-6.0 <5.3 满足611100和 GB50764 要求
省煤器进口旁路 / / <5.7 低于 30%TMCR 条件， 主管道闸阀关闭
省煤器入口管道流速低于 6.0m/s，可以减轻FAC.
（3）管道材料选择
名称 材料 合金成分
省煤器进口管道 SA335-P36 （15NiCuMoNb5-6-4） Ni 1.00-1.30
Cu 0.50-0.80
Mo 0.25-0.50
省煤器进口旁路 SA335-P36 （15NiCuMoNb5-6-4）
SA335-P36材料中含有钼和铜，可以通过改变形成的氧化物来降低FAC。
（4）管道壁厚控制
名称 外径（mm） 最小壁厚计算值tm （mm） 设计壁厚（mm） 裕量
省煤器进口管道 559 46.45 58.0 24.9%
省煤器进口旁路 273 22.69 30.0 32.2%
GNPD项目所有管道壁厚的选择都高于ASME标准。
3.2锅炉启动系统管道和设备
分离器的降角、再循环泵的进口和出口管都属于这个部分。
再循环混合器进水管和闪蒸罐进水管属于本部分。
（1）FAC可能产生的工况
名称 正常运行温度
（>40% TMCR） 流动形态 FAC可能会
发生的工况
下降管A部分管线2 300-430℃ 单相或双相流 过热蒸汽
压力低于
3Mpa
下降管B部分 300-374℃ 液相
下降管C部分 300-343℃
循环水泵进口管道 300-343℃
循环水泵出口管道 300-343℃
疏水罐进口管道 300-374℃
疏水罐进口管道管线2 300-374℃
再循环混合器进口管道 240-303℃ 启停条件下
启动系统管的正常工作温度高于液相和两相FAC发生的温度范围，FAC难以发生。
（2）管道流速控制
名称 最大流量
（t/h） 正常流量
（t/h） 最大流速 （m/s） 备注
下降管A部分管线2 1100 <649 4（液相） 当水膨胀发生，流速将达到最大
下降管B部分 1100 <649 4.5
疏水罐进口管道 1100 <649 4.5
疏水罐进口管道管线2 1100 <649 3.6
下降管C部分 757 <649 3.5
循环水泵进口管道 757 <649 2.6
循环水泵出口管道 757 <649 5.4
再循环混合器进口管道 / <216 1.9
启动系统管道的最大流速小于6.0m/s，会降低FAC的发生。
综上，本文对该工程中各系统可能发生FAC的部位逐个分析，并采取有针对性的措施，在设计初期就严格控制FAC的发生。同时，经过对这些部位的分析，可以在后续运行时重点监控易发生FAC的部位，防止重大事故的发生。
参考文献
[1]肖卓楠，王超，徐鸿.超超临界机组流动加速腐蚀的分析与控制[J].热能动力工程，2019，34（06）：142-146.
[2]林彤，周克毅，司晓东.电厂机组流动加速腐蚀研究进展及防护措施[J].腐蚀科学与防护技术，2018，30（05）：543-551.
[3]李志刚，田泽中，黄万启.直接空冷300MW机组凝汽器流动加速腐蚀研究[J].热力发电，2011，40（12）：34-37.
作者简介：
安祥（1978年12月），男;民族：汉族;籍贯：安徽 金寨;职称：工程师;本科学历：研究方向：汽轮机及燃机专业。
关键词：660MW机组;流动腐蚀;控制
引言
火力发电机组中流动加速腐蚀的情况一直存在，这里就本工程如何在电厂设计阶段就从各系统，各设备参数来分析可能发生流动腐蚀的部位，并针对性的做出相应的预防措施，做一个简要的分析。
一、流动加速腐蚀的因素分析
近年来研究表明流动加速腐蚀（以下简称FAC）主要受以下几点因素的影响。
1.流体速度的影响
研究表明当水流速度增大到一定程度时，流动腐蚀才会加速，表层的保护性氧化膜会遭到破坏，在进行传质系数影响（或介质流速的影响）的实验时发现，水的传质系数在<1.0 mm/s（Re<150000）时，腐蚀速率的增加与传质系数的增加呈直线关系，但当水的传质系数>1.0 mm/s 时，腐蚀速率的增加与传质系数的增加就偏离直线，呈三次方增加。也就是说，在流速及Re值较高时，碳钢的腐蚀速率就明显加快，因此流速是这种腐蚀的核心。
实验证明，在考虑流速的因素时，还要考虑到设备、管道的设计和布置的实际情况。即使流速不很高，也会产生强烈的紊流，也会引起FAC。
2.温度影响
英国中央电力研究实验室的试验结果表明：FAC的腐蚀高峰在单液相峰值在130℃～150℃之间，两相流峰值在150℃～200℃。
图1 液相下腐蚀速率与温度关系
3.pH值影响
通过研究认为，采用加氨进一步提高给水pH值至8.5-9.3，可减缓FAC的发生。
研究还发现，在给水中加入联氨、不加联氨以及加入氧这三种条件下，所产生的氧化还原电位是不同的，其水质对金属产生的FAC程度也明显不一样。
4.氧浓度影响
在加氧水工况下，形成的碳钢表面膜具有双层结构，其内层是紧贴在钢表面的Fe3O4内伸层，外层是高Fe2O3含量的外延层。氧的存在不仅加快了Fe3O4内伸层的形成速度，而且又在外延层的间隙内和表面上生成Fe2O3。外延层的Fe2O3的溶解度远比Fe3O4低，加氧水工况下形成的保护膜更致密、更稳定。
在给水中加入少量氧，对抑制FAC发生有明显的作用。法国在CIROCO 实验台上比较了无氧，含氧1～2ppb 以及含氧7 ppb 三种水质对8mm 碳钢直管的腐蚀速率，结果含7ppb 水的腐蚀速率，仅为用无氧水时的一半不到，在报告中肯定了氧抑制FAC的效用。
5.水质影响
Cl-会破坏钢表面的保护膜，因此给水必须保持高纯度，电导率不能大于0.15μS/cm.
6.材料影响
不同材料对FAC具有不同的减缓性能，过去25-30多年以来的研究结果表明，在碳钢材料中哪怕是加一点点的Cr，都可有效抑制FAC的发生。
实验研究结果表明当Cr含量达到1.0%或者1.25%时FAC腐蚀速率的减缓25倍，这个结果在全世界各地都被得到了验证。当材料的含铬量增加到13%时，几乎可以不受侵蚀/腐蚀的影响。
德国KWU研究了低合金钢含铬量对侵蚀/腐蚀的影响（图4），从图中可见，在特定的工作条件下，0.4%的含铬量已有很好的抗侵蚀和腐蚀的能力。
对于火力发电厂易发生FAC的管件中含量提高到1.25%比改变管道几何形状或者其它方式更能减缓流动加速腐蚀的发生。
二、流动腐蚀的控制措施
根据本工程可能发生流动腐蚀的部位逐个分析并逐项采取针对措施，以防止或者减少流动腐蚀产生的影响。
1.锅炉外部系统管道和设备
1.1 易发生FAC单相系统
（1）高压加热器;（2）给水管道;（3）给水泵组;（4）减温水管道（5）五、六号低压加热器;（6）五号低压加热器出口至除氧器凝结水管道。
1.2易发生FAC两相系统
（1）除氧器壳体;（2）七、八号低温加热器的壳体;（3）加热器危急疏水调节阀后管段。
1.3可能存在流动加速腐蚀的锅炉内部系统管道和设备
（1）锅炉炉前给水管道;（2）锅炉启动系统管道和设备。
2.采用的FAC抑制措施
2.1 给水泵组
给水泵筒体采用ASTM F22材质，其中Cr含量约为2%～2.5%，因此可有效抑制FAC发生。给水泵与前置泵叶轮、导叶、轴、泵壳等主要过流部件均采用不锈钢材质，不会发生FAC。
2.2 减温水管道
（1）温度和FAC 可能产生的工况
No. 名称 设计温度 流动形态 FAC 可能出现的条件
1 再热器减温水 186℃ 单向流 机组负荷低于40% TMCR
2 高旁阀减温水 186℃ 单向流
（2）管道流速控制
No. 名称 GB50764
允许值（m/s） GNPD 值
（m/s） 备注
1 再热器减温水 2.0-6.0 5.8 满足GB50764 要求， 有助于FAC控制
2 高旁阀减温水
（3）pH值、加氧和水質控制
每个低加给水管道中加入氧气和氨气
给水系统加氧控制：省煤器入口氧气目标浓度控制在10-150ppb.
给水系统加氨控制：调节给水PH值在8.5～9.3之间。
水质控制：给水离子导电率应该低于0.15μS/cm 3.加热器危急疏水调节阀后管段
（1）温度和FAC 可能产生的工况;（2）管道流速控制;（3）pH值、加氧和水质控制：凝结水水系统加氨控制;加药后凝结水pH值控制在8.5～9.3
水质控制;加药后凝结水导电率小于0.15μS/cm。（4）管道布置控制
考虑到在诸如加热器危急疏水调节阀后容易发生两相流的管道，设计人通过采用三通和堵头来替代弯头，以达到更好的流动特性来降低FAC风险。同时，调节阀组都是紧挨着疏水扩容器布置，也是为了降低FAC风险。
3.1給水调节阀后至省煤器管道
（1）FAC可能产生的工况
名称 正常运行温度
（ >40% TMCR） 流动形态 FAC可能会产生的工况
省煤器进口管道 240-303℃ 液相 启停工况
省煤器进口旁路 只在机组启停条件下运行 液相
省煤器入口管道运行温度高于FAC液相发生的温度范围（130～150℃）。省煤器入口管道旁路正常运行条件下不运行。
（2）管道流速控制
名称 Piping 611100允许流速（m/s） GB50764 允许流速
（m/s） GNPD 运行流速（m/s） 备注
省煤器进口管道 <7.6 2.0-6.0 <5.3 满足611100和 GB50764 要求
省煤器进口旁路 / / <5.7 低于 30%TMCR 条件， 主管道闸阀关闭
省煤器入口管道流速低于 6.0m/s，可以减轻FAC.
（3）管道材料选择
名称 材料 合金成分
省煤器进口管道 SA335-P36 （15NiCuMoNb5-6-4） Ni 1.00-1.30
Cu 0.50-0.80
Mo 0.25-0.50
省煤器进口旁路 SA335-P36 （15NiCuMoNb5-6-4）
SA335-P36材料中含有钼和铜，可以通过改变形成的氧化物来降低FAC。
（4）管道壁厚控制
名称 外径（mm） 最小壁厚计算值tm （mm） 设计壁厚（mm） 裕量
省煤器进口管道 559 46.45 58.0 24.9%
省煤器进口旁路 273 22.69 30.0 32.2%
GNPD项目所有管道壁厚的选择都高于ASME标准。
3.2锅炉启动系统管道和设备
分离器的降角、再循环泵的进口和出口管都属于这个部分。
再循环混合器进水管和闪蒸罐进水管属于本部分。
（1）FAC可能产生的工况
名称 正常运行温度
（>40% TMCR） 流动形态 FAC可能会
发生的工况
下降管A部分管线2 300-430℃ 单相或双相流 过热蒸汽
压力低于
3Mpa
下降管B部分 300-374℃ 液相
下降管C部分 300-343℃
循环水泵进口管道 300-343℃
循环水泵出口管道 300-343℃
疏水罐进口管道 300-374℃
疏水罐进口管道管线2 300-374℃
再循环混合器进口管道 240-303℃ 启停条件下
启动系统管的正常工作温度高于液相和两相FAC发生的温度范围，FAC难以发生。
（2）管道流速控制
名称 最大流量
（t/h） 正常流量
（t/h） 最大流速 （m/s） 备注
下降管A部分管线2 1100 <649 4（液相） 当水膨胀发生，流速将达到最大
下降管B部分 1100 <649 4.5
疏水罐进口管道 1100 <649 4.5
疏水罐进口管道管线2 1100 <649 3.6
下降管C部分 757 <649 3.5
循环水泵进口管道 757 <649 2.6
循环水泵出口管道 757 <649 5.4
再循环混合器进口管道 / <216 1.9
启动系统管道的最大流速小于6.0m/s，会降低FAC的发生。
综上，本文对该工程中各系统可能发生FAC的部位逐个分析，并采取有针对性的措施，在设计初期就严格控制FAC的发生。同时，经过对这些部位的分析，可以在后续运行时重点监控易发生FAC的部位，防止重大事故的发生。
参考文献
[1]肖卓楠，王超，徐鸿.超超临界机组流动加速腐蚀的分析与控制[J].热能动力工程，2019，34（06）：142-146.
[2]林彤，周克毅，司晓东.电厂机组流动加速腐蚀研究进展及防护措施[J].腐蚀科学与防护技术，2018，30（05）：543-551.
[3]李志刚，田泽中，黄万启.直接空冷300MW机组凝汽器流动加速腐蚀研究[J].热力发电，2011，40（12）：34-37.
作者简介：
安祥（1978年12月），男;民族：汉族;籍贯：安徽 金寨;职称：工程师;本科学历：研究方向：汽轮机及燃机专业。