不銹鋼換熱管腐蝕失效的研究現狀

發布時間：2021-05-27 08:27:27 丨 瀏覽次數：

凝汽器換熱管的失效形式主要是腐蝕和機械損壞，其中又以腐蝕失效占比最高，磨蝕和沖蝕則是機械磨損和腐蝕的聯合作用。換熱管的腐蝕的類型主要有2大類:全面腐蝕和局部腐蝕。碳鋼管以全面腐蝕為主，而銅管、鈦管和不銹鋼管絕大多數是局部腐蝕，鈦管的局部腐蝕形態以磨蝕和沖蝕較多.

    不銹鋼管的局部腐蝕主要有應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕(或沉積物下腐蝕)和晶間腐蝕。應力腐蝕雖然在不銹鋼局部腐蝕中占比最高，但是由于凝汽器溫度較低，一般不會超過60 ℃，故凝汽器不銹鋼管尚未發現應力腐蝕案例。由于冶金水平的提高，不銹鋼中的碳含量一般都會遠低于規定值，例如304不銹鋼的碳含量規定值是不大于0.08%，而實際含量通常在0.04%左右，因此現在不銹鋼換熱管發生晶間腐蝕的案例也很少。由于不銹鋼管不會產生銅離子，生物腐蝕可能性比銅管大一些。再生水由于氨、氮、磷和有機碳含量較高，微生物繁殖快，容易產生污粘泥，因此再生水中發生生物腐蝕的可能性比一般冷卻水大很多.

    上海電力學院周國定教授領導的重點實驗室對電廠凝汽器銅管的主要腐蝕形態、腐蝕機理、銅緩蝕劑及其緩蝕機理和防腐蝕措施做了大量研究，主要結論有:

    (1)凝汽器黃銅管的主要腐蝕形態有點蝕、沉積物下腐蝕(縫隙腐蝕)、管端沖刷腐蝕、氨蝕和應力腐蝕;白銅管對S離子較敏感，主要腐蝕形態有點蝕和沉積物下腐蝕.我國凝汽器鋼管的平均壽命約為9-10年，短的一年左右大面積換管，最長的也有三、四十年.銅管的壽命與銅管質量、水質條件、運行措施等因素有關。鋼管泄漏率在運行初期較高，然后泄漏率下降進入平穩期，到后期泄漏率又會大幅度上升。

    (2)保持凝汽器管清潔是防止腐蝕泄漏的最重要措施之一，膠球清洗裝置必須正常投用，如果沒有該裝置則要經常用其它方法清洗.

    (3)酸亞鐵成膜工藝如果控制得當，可以生成薄而致密的鐵膜，能提高銅管抗點蝕和磨蝕性能;如果控制不當，則膜又厚又疏松，反而會促進腐蝕，還會影響傳熱效果.

    (4) BTA類緩蝕劑對銅管的緩蝕效果較高;聚天冬氨酸(PASP)是一種綠色環保的鋼緩蝕劑，可以與鎢酸鹽復配.

      (5)銅管的壽命與使用初期能否生成良好的表面膜有極大關系。銅在硼酸-硼砂緩沖溶液，表面的Cu20膜為P型半導體，如架水件，的Cl一濃度很高，則能侵蝕銅表面的Cu.O膜，使其摻雜變成n型半導體，PASP等緩蝕劑會與CY在銅表面競爭吸附，抑制C1一對銅表面Cu20膜的摻雜。

    (6)銅管凝汽器防止腐蝕失效最簡便有效的辦法，是在銅管腐蝕失效后將銅管換成不銹鋼竹。不銹鋼管不僅壽命比銅管高很多，泄漏率很低，而且具有價格優勢。如將黃銅管HSn70-1換成不銹鋼管304，在某些黃銅價格較高的時期，舊銅管處a的價值相當于甚至高于更換為不銹鋼管整個工程的造價。

    楊武對不銹鋼的點蝕、縫隙腐蝕做了較系統的研究，梁磊、葛紅花等人研究了影響不銹鋼凝汽器耐蝕性能的因素。冷卻水中的cl-是不銹鋼管的最主要的侵蝕性離子，cl·濃度越高，不銹鋼管的點蝕電位越低。冷卻水中的酸根離子對碳鋼是侵蝕性離子，但是對不銹鋼是緩蝕性離子。冷卻水中的硫離子濃度一般不超過1mg/L，對不銹鋼耐蝕性能影響不大，如果超過I mg/L對點蝕電位的影響也不大，但對鈍化膜的形成有阻滯作用，減緩了鈍化膜的生長速度，增加了不銹鋼的維鈍電流，因此也是侵蝕性離子152.531。再生水中硫離子濃度有可能超過1，此時需注意硫離子的影響。

    Cr, Mo和Ni是不銹鋼中的重要合金元素，通常它們含量越高，耐蝕性能越好，但是價格也越貴。Cr, M。和Ni的作用分述如下

    (1)鉻的作用

    鉻是不銹鋼中最重要的元素，是不銹鋼具有不銹耐蝕性能且有工業應用價值的不可取代的唯一合金元素，可以說沒有鉻就沒有不銹鋼。鉻能強烈提高鐵的鈍化性能，是鐵素體形成元素。鉻加入鋼中，使鋼的電化學行為向著有利于耐蝕性的方向變化，當鉻的含量達到某一臨界值時，使暴露于介質環境的表面生產一種致密的、連續的、完整的表面膜，即鈍化膜，能避免鋼的進一步腐蝕。這層膜一旦遭到破壞它尚有一定的修復能力，鉻的臨界含星與外界環境相關。鉻含量的提高對鋼的塑性和拉伸成形性其有負面影響.

    (2)鉬的作用

    鉬也是鐵素體形成元素，鑰的加入，能顯著促進鉻在鈍化膜中的富集，從而增強了不銹鋼鈍化膜的穩定性，改善了不銹鋼的鈍化能力，賦予不銹鋼更加優異的耐蝕性，特別是提供了鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能，但鉬提高不銹鋼耐蝕性能的前提是鋼中必須有足夠的鉻。由于鑰的加入也產生諸如提高脆性轉變溫度等一些負面影響，因此銀的加入量受到一定限制。

      (3)鎳的作用

    鎳是奧氏體形成元素，如在鉻含量為18%的鋼中加入8%的鎳，就可獲得完全奧氏體組織.衡量耐點蝕和縫隙腐蝕性能的PRE公式中沒有鎳，但是鎳的作用還是有益的。鎳可以促進不銹鋼鈍化膜的穩定性，提高不銹鋼在還原性酸和堿介質中的耐蝕性。鎳也需要與鉻配合，耐蝕性能才能顯著地表現出來。鎳能顯著改菩不銹鋼的塑性和韌性，使脆性轉變溫度下移，鎳還能提高一些不銹鋼的焊接性能和冷成型性能.鎳在不銹鋼成本中占比較高，奧氏體不銹鋼的價格會隨國際鎳價大幅波動。

    不銹鋼中其它重要元素的作用分別是

    (1)碳的作用:碳在不銹鋼中可使耐蝕性能、塑性、韌性和焊接性能降低，但是可以提高鋼的強度、硬度和耐磨性

    (2)氮的作用:一定含量的氮可以提高奧氏體和雙相不銹鋼的強度和耐蝕性能，但是對鐵素體不銹鋼的危害較大.鐵素體不銹鋼中的氮和碳是對其韌性、塑·脆轉變溫度(DBTf )、耐蝕性產生負面影響的關鍵元素。當前，采用一些新的冶煉方式可以將鐵素體不銹鋼中的碳和氮降到150x106以下，甚至100),10'6以下，使鐵素體不銹鋼的一些弊病得以極大程度的克服或減輕，但并未根除。盡管一些先進的工藝和裝備可以將鋼中的碳、氮降到相當低的水平，但花費的代價是相當大的，因此，鐵素體不銹鋼允許的碳含量和氮含量的上限水平的界定是十分重要的，它既是關系到鋼的生產成本又是關系到鋼的實際應用價仇的大問題。

      (3)鈦和鈮的作用:鈦和鈮是不銹鋼的穩定化元素，在對奧氏體不銹鋼取得成功的經驗基礎上，在鐵素體不銹鋼，加入穩定化元素Ti和Nb成為解決鐵素體不銹鋼性能弱點的重要技術手段.加入穩定化元素Ti和Nb能降低其晶間腐蝕傾向;降低高溫敏化或焊后脆性傾向。由于形成鈦或鈮的碳、氮化物減少一r固溶體中的碳氮含量，加之其細化品粒的功能，因此對鋼的冷成形性能產生有利影響。