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不銹鋼換熱管腐蝕失效的研究現(xiàn)狀

發(fā)布時(shí)間：2021-05-27 08:27:27 丨 瀏覽次數(shù)：

凝汽器換熱管的失效形式主要是腐蝕和機(jī)械損壞，其中又以腐蝕失效占比最高，磨蝕和沖蝕則是機(jī)械磨損和腐蝕的聯(lián)合作用。換熱管的腐蝕的類(lèi)型主要有2大類(lèi):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(shù)是局部腐蝕，鈦管的局部腐蝕形態(tài)以磨蝕和沖蝕較多.

    不銹鋼管的局部腐蝕主要有應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕(或沉積物下腐蝕)和晶間腐蝕。應(yīng)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(huì)超過(guò)60 ℃，故凝汽器不銹鋼管尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)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(huì)遠(yuǎn)低于規(guī)定值，例如304不銹鋼的碳含量規(guī)定值是不大于0.08%，而實(shí)際含量通常在0.04%左右，因此現(xiàn)在不銹鋼換熱管發(fā)生晶間腐蝕的案例也很少。由于不銹鋼管不會(huì)產(chǎn)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(jī)碳含量較高，微生物繁殖快，容易產(chǎn)生污粘泥，因此再生水中發(fā)生生物腐蝕的可能性比一般冷卻水大很多.

    上海電力學(xué)院周?chē)?guó)定教授領(lǐng)導(dǎo)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)電廠(chǎng)凝汽器銅管的主要腐蝕形態(tài)、腐蝕機(jī)理、銅緩蝕劑及其緩蝕機(jī)理和防腐蝕措施做了大量研究，主要結(jié)論有:

    (1)凝汽器黃銅管的主要腐蝕形態(tài)有點(diǎn)蝕、沉積物下腐蝕(縫隙腐蝕)、管端沖刷腐蝕、氨蝕和應(yīng)力腐蝕;白銅管對(duì)S離子較敏感，主要腐蝕形態(tài)有點(diǎn)蝕和沉積物下腐蝕.我國(guó)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(zhǎng)的也有三、四十年.銅管的壽命與銅管質(zhì)量、水質(zhì)條件、運(yùn)行措施等因素有關(guān)。鋼管泄漏率在運(yùn)行初期較高，然后泄漏率下降進(jìn)入平穩(wěn)期，到后期泄漏率又會(huì)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(méi)有該裝置則要經(jīng)常用其它方法清洗.

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

    (4) BTA類(lèi)緩蝕劑對(duì)銅管的緩蝕效果較高;聚天冬氨酸(PASP)是一種綠色環(huán)保的鋼緩蝕劑，可以與鎢酸鹽復(fù)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(guān)系。銅在硼酸-硼砂緩沖溶液，表面的Cu20膜為P型半導(dǎo)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(dǎo)體，PASP等緩蝕劑會(huì)與CY在銅表面競(jìng)爭(zhēng)吸附，抑制C1一對(duì)銅表面Cu20膜的摻雜。

    (6)銅管凝汽器防止腐蝕失效最簡(jiǎn)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(jià)格優(yōu)勢(shì)。如將黃銅管HSn70-1換成不銹鋼管304，在某些黃銅價(jià)格較高的時(shí)期，舊銅管處a的價(jià)值相當(dāng)于甚至高于更換為不銹鋼管整個(gè)工程的造價(jià)。

    楊武對(duì)不銹鋼的點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕做了較系統(tǒng)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(diǎn)蝕電位越低。冷卻水中的酸根離子對(duì)碳鋼是侵蝕性離子，但是對(duì)不銹鋼是緩蝕性離子。冷卻水中的硫離子濃度一般不超過(guò)1mg/L，對(duì)不銹鋼耐蝕性能影響不大，如果超過(guò)I mg/L對(duì)點(diǎn)蝕電位的影響也不大，但對(duì)鈍化膜的形成有阻滯作用，減緩了鈍化膜的生長(zhǎng)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(guò)1，此時(shí)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(jià)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(yè)應(yīng)用價(jià)值的不可取代的唯一合金元素，可以說(shuō)沒(méi)有鉻就沒(méi)有不銹鋼。鉻能強(qiáng)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(xué)行為向著有利于耐蝕性的方向變化，當(dāng)鉻的含量達(dá)到某一臨界值時(shí)，使暴露于介質(zhì)環(huán)境的表面生產(chǎn)一種致密的、連續(xù)的、完整的表面膜，即鈍化膜，能避免鋼的進(jìn)一步腐蝕。這層膜一旦遭到破壞它尚有一定的修復(fù)能力，鉻的臨界含星與外界環(huán)境相關(guān)。鉻含量的提高對(duì)鋼的塑性和拉伸成形性其有負(fù)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(jìn)鉻在鈍化膜中的富集，從而增強(qiáng)了不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定性，改善了不銹鋼的鈍化能力，賦予不銹鋼更加優(yōu)異的耐蝕性，特別是提供了鋼的耐點(diǎn)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(chǎn)生諸如提高脆性轉(zhuǎn)變溫度等一些負(fù)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(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能的PRE公式中沒(méi)有鎳，但是鎳的作用還是有益的。鎳可以促進(jìn)不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定性，提高不銹鋼在還原性酸和堿介質(zhì)中的耐蝕性。鎳也需要與鉻配合，耐蝕性能才能顯著地表現(xiàn)出來(lái)。鎳能顯著改菩不銹鋼的塑性和韌性，使脆性轉(zhuǎn)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(jià)格會(huì)隨國(guó)際鎳價(jià)大幅波動(dòng)。

    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(qiáng)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(qiáng)度和耐蝕性能，但是對(duì)鐵素體不銹鋼的危害較大.鐵素體不銹鋼中的氮和碳是對(duì)其韌性、塑·脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTf )、耐蝕性產(chǎn)生負(fù)面影響的關(guān)鍵元素。當(dāng)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(jìn)的工藝和裝備可以將鋼中的碳、氮降到相當(dāng)?shù)偷乃?，但花費(fèi)的代價(jià)是相當(dāng)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(guān)系到鋼的生產(chǎn)成本又是關(guān)系到鋼的實(shí)際應(yīng)用價(jià)仇的大問(wèn)題。

      (3)鈦和鈮的作用:鈦和鈮是不銹鋼的穩(wěn)定化元素，在對(duì)奧氏體不銹鋼取得成功的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在鐵素體不銹鋼，加入穩(wěn)定化元素Ti和Nb成為解決鐵素體不銹鋼性能弱點(diǎn)的重要技術(shù)手段.加入穩(wěn)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?xún)A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(xì)化品粒的功能，因此對(duì)鋼的冷成形性能產(chǎn)生有利影響。