小浪底电站水轮机过流部件腐蚀问题的探讨

马新红 张瑞金 钟光华

摘 要 小浪底电站自首台机组不锈钢过流部件出现腐蚀现象以来，进行了一系列试验，对腐蚀的原因有了初步 的结论，并尝试了一些防护措施。但腐蚀的真正原因及防护方法还需进一步讨论。

关键词 小浪底 水轮机 不锈钢过流部件 腐蚀

　　 小浪底电站位于河南省洛阳市 以北的黄河干流上，共安装6台单机 容量300MW的混流式水轮发电机 组。小浪底电站水轮机自转轮叶片裂 纹消除以后，不锈钢过流部件表面的 腐蚀又成为一个令人关注的问题。腐 蚀最早于2002年1月出现在6号水 轮机不锈钢过流部件上，随后在其他 5台机组上相继发现了同样的现象。

　　 腐蚀现象出现之后，有关技术人员开 展厂几次分析试验，得出了初步结 论。但其正确与否还需进行进一步的检验。

一、腐蚀的分布部位及形态 水轮机不锈钢过流部件的腐蚀主要表现为蚀孔和蚀坑两种。

　　 1．蚀孔

　　 主要分布区域为活动导叶正负 压面碳化钨抗磨涂层区与非涂层区 之间的粗糙表面，筒阀上、下密封压 板过流表面，转轮上冠距进口边 350m区域(较少)，叶片正负压面进口边距叶片头部300mm范围内的非 涂层区(较少)，叶片负压面出口边涂 层区与非涂层区之间的表面粗糙区 域，叶片正、负压面进口边与下环相 邻的叶片根部及下环的WC涂层区。 蚀孔形态见图1，蚀孔呈离散状分布， 孔径大多为2～5mm，深1～4mm，间距 不等。活动导叶上最多，最多的单面 达300多个。筒阀密封压板上蚀孔扩 大趋势较快，最大的约中20mm，深3～4mm。蚀孔初期表面为一灰白色薄 膜，用针一捅即破，内部呈蓝黑色，如永久磁铁的颜色，有残渣存在。蚀孔 周围沿水流方向出现蓝紫色色斑。汛期停机时间较长时检查发现蚀孔表 面大多覆盖铁锈色泥包，泥包去除后即露出蚀孔。

2．蚀坑

　　 主要分布区域为上冠过流表面 (距进口边350mm区域最严重)，叶片 正压面非涂层区(叶片进口边距叶片 头部300mm的区域内最为严重)，叶片正压向非涂层区，泄水锥 外表面。蚀坑形态见图2， 蚀坑呈离散状分布，局部已 连片。表面为金属掉渣剥离 状粗糙不平，大的表面坑径约20mm，深0.5mm左右。 蚀坑周围沿水流方向出现 蓝紫色色斑。在转轮叶片正 压面非涂层区，蚀坑表面呈 蓝黑色，周围有大量锈迹。 在转轮上冠及叶片负压面， 蚀坑表面呈金属光泽。

二、针对腐蚀问题进行的研究

　　 1.　初期水质分析

　　 自从在6号机活动导叶及转轮上 发现腐蚀现象后，水轮机制造商美国VOITH公司即采集过机水样进行了 水质化验分析，结果表明水中氯离子 含量为100mg／L，高于合同规定值70～ 80mg／L；硫酸根含量为157mS／L，高 于合同值59～121mS／L。当时分析认 为，水中氯离子和硫酸根含量远高于 合同值，机组在静水中停滞时间过长 (数月)，碳化钨涂层在喷涂之前对非 涂层区采用氧化铝进行的喷砂处理增 大了不锈钢部件表面粗糙度，少量氧 化铝颗粒嵌入母材，因而形成电化学腐蚀，引起坑蚀的产生。但随后进行的试验结果否定了这一结论。

　　2．腐蚀区母材取样分析

　　 2002年9月，2号机在停机6周 后排水进行流道检查，发现不锈钢过 流部件表面存在大量离散分布的泥 包，泥包去除之后即露出蚀孔和蚀坑。 此后5号机、3号机、1号机停机后立 即排水进行检查，在不锈钢过流部件 表面发现了与2号机相同的蚀孔和蚀 坑，但并未发现泥包的存在。VOITH公司随即在2号水轮机叶片出口应力 释放三角块上取样，送至美国KTA公 司进行分析。分析手段主要是冶金化 学分析、金相分析及借助电子显微镜 进行的能量散射光谱分析：分析结论主要有以下几点：①叶片材料ASTMA487 CN6NM的抗腐蚀能力是适合 当前运行条件的。氯离子是水中存在 的唯一一种腐蚀性离子，但其浓度低 于促使该不锈钢材料发生腐蚀的水 平。②检测发现不锈钢表面化学性能 符合该材料的化学性能要求。③蚀坑 附近的母材的微观结构是回火马氏 体，与规定的材料相符。同时在马氏体 的晶界上未发现铁素体和沉积的碳化 物等不利的微观组织结构，否则将会 促使正常的电化学腐蚀或生物腐蚀的 发生。④在蚀孔和蚀坑的残留物和泥 包中发现了大量的碳和硫，表明可能 存在腐蚀性很强的噬硫细菌和其他腐 蚀性细菌。这—点除了用生物腐蚀解 释外，无法用传统的腐蚀机理来解释。 所以生物腐蚀被认为是最有可能的腐 蚀原因，而不是正常的化学和电化学 腐蚀。此外，机组在静水中长时间停机 时过流部件表面产生的泥包将生物腐 蚀集中在其下面的金属材料表面上， 提供了理想的微观环境促进细菌数量 的局部增长，加快腐蚀速度。当机组重 新投运后泥包被水冲走，腐蚀仍将继续，但速度有所减缓。

　　3．细菌种类及数量测试

　　 为了证实生物腐蚀的存在，确定 引起生物腐蚀的细菌的种类和数量，VOITH公司采用生物腐蚀试验装置 对铁细菌IRB、噬硫细菌SRB、黏液细 菌SLYM、需氧性异养菌HAB、产酸菌 APB等5种细菌进行了测试。针对不 同细菌采用特制的不同颜色的培养 剂，装在试验用的专用小瓶内，将从机 组采集到的水样或腐蚀残留物溶液分 别注入小瓶中，培养剂溶解到水样中 后，放置在不见光的柜子里进行培养 观察，根据规定试验天数内水样颜色 及状态变化情况确定单位体积内细菌 的数量。2003年1月23日，在3号机 尾水管锥管处取水样进行试验，结果见表1。

　　 测试结果证实了以上细 菌在过机水流中的存在，且数量较多。 根据以上试验的结果，小 浪底水轮机不锈钢过流部件表 面产生腐蚀的原因主要趋向于生物腐蚀。

　　 同时国内有研究表明，硫 酸盐还原菌对海泥中1Crl3不锈钢腐 蚀影响显著，在有菌泥中1Crl3不锈 钢的腐蚀速度大于在灭菌泥中的腐蚀
速度，两者相差5.1倍。

三、采取的防护措施

　　 不锈钢过流部件表面蚀坑(孔)的 存在将加速空蚀的形成和发展，应采取适当的措施进行防护。 一是在6号机首次发现腐蚀现象 后，即在6号机活动导叶正负压面腐 蚀区域采用聚氨酯涂层进行防护，先 对腐蚀表面进行喷砂处理，再用环氧 胶(金属修补剂)将蚀孔填平，再对需 防护表面进行喷砂处理后，喷涂聚氨 酯涂层，涂层厚度约0.5～0.75mm。采 取防护措施后，机组运行至今，聚氨酯 防护区未再发现腐蚀现象，防护措施起到了一定的效果。

　　 但是这种防护措施也存在不足 之处，由于聚氨酯涂层较厚，在对活 动导叶和转轮进行防护后，导叶和转 轮叶片的型线发生变化，将对机组的 出力、效率、空蚀及水力性能产生一定的影响。 二是避免机组长时间处于静水停 机状态，以阻止过流部件表面泥包的形成及加速坑蚀的发展。

　　 虽然通过上述一系列试验对腐蚀 原因的查找取得了一定进展，有了初 步的结论，但其真正原因还需进一步 查找。针对腐蚀采取的防护措施虽然
有效，但还存在不足之处，还需继续寻 找新的防护措施。

参考文献：

1 徐文杰，孙成，韩恩厚．海泥中硫酸盐还原菌对1Crl3不锈钢腐蚀的 影响．材料保护，2002.11．

(作者单位：马新红为小浪底电厂工程师，张瑞金为水利部国际经济技术合作交流中心高级工程师，钟光华为小浪底电厂技术顾问、教授级高级工程师)

责任编辑 韦凤年