不锈钢换热管腐蚀失效的研究现状

发布时间：2021-05-27 08:27:27 丨 浏览次数：

凝汽器换热管的失效形式主要是腐蚀和机械损坏，其中又以腐蚀失效占比最高，磨蚀和冲蚀则是机械磨损和腐蚀的联合作用。换热管的腐蚀的类型主要有2大类:全面腐蚀和局部腐蚀。碳钢管以全面腐蚀为主，而铜管、钛管和不锈钢管绝大多数是局部腐蚀，钛管的局部腐蚀形态以磨蚀和冲蚀较多.

    不锈钢管的局部腐蚀主要有应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀(或沉积物下腐蚀)和晶间腐蚀。应力腐蚀虽然在不锈钢局部腐蚀中占比最高，但是由于凝汽器温度较低，一般不会超过60 ℃，故凝汽器不锈钢管尚未发现应力腐蚀案例。由于冶金水平的提高，不锈钢中的碳含量一般都会远低于规定值，例如304不锈钢的碳含量规定值是不大于0.08%，而实际含量通常在0.04%左右，因此现在不锈钢换热管发生晶间腐蚀的案例也很少。由于不锈钢管不会产生铜离子，生物腐蚀可能性比铜管大一些。再生水由于氨、氮、磷和有机碳含量较高，微生物繁殖快，容易产生污粘泥，因此再生水中发生生物腐蚀的可能性比一般冷却水大很多.

    上海电力学院周国定教授领导的重点实验室对电厂凝汽器铜管的主要腐蚀形态、腐蚀机理、铜缓蚀剂及其缓蚀机理和防腐蚀措施做了大量研究，主要结论有:

    (1)凝汽器黄铜管的主要腐蚀形态有点蚀、沉积物下腐蚀(缝隙腐蚀)、管端冲刷腐蚀、氨蚀和应力腐蚀;白铜管对S离子较敏感，主要腐蚀形态有点蚀和沉积物下腐蚀.我国凝汽器钢管的平均寿命约为9-10年，短的一年左右大面积换管，最长的也有三、四十年.铜管的寿命与铜管质量、水质条件、运行措施等因素有关。钢管泄漏率在运行初期较高，然后泄漏率下降进入平稳期，到后期泄漏率又会大幅度上升。

    (2)保持凝汽器管清洁是防止腐蚀泄漏的最重要措施之一，胶球清洗装置必须正常投用，如果没有该装置则要经常用其它方法清洗.

    (3)酸亚铁成膜工艺如果控制得当，可以生成薄而致密的铁膜，能提高铜管抗点蚀和磨蚀性能;如果控制不当，则膜又厚又疏松，反而会促进腐蚀，还会影响传热效果.

    (4) BTA类缓蚀剂对铜管的缓蚀效果较高;聚天冬氨酸(PASP)是一种绿色环保的钢缓蚀剂，可以与钨酸盐复配.

      (5)铜管的寿命与使用初期能否生成良好的表面膜有极大关系。铜在硼酸-硼砂缓冲溶液，表面的Cu20膜为P型半导体，如架水件，的Cl一浓度很高，则能侵蚀铜表面的Cu.O膜，使其掺杂变成n型半导体，PASP等缓蚀剂会与CY在铜表面竞争吸附，抑制C1一对铜表面Cu20膜的掺杂。

    (6)铜管凝汽器防止腐蚀失效最简便有效的办法，是在铜管腐蚀失效后将铜管换成不锈钢竹。不锈钢管不仅寿命比铜管高很多，泄漏率很低，而且具有价格优势。如将黄铜管HSn70-1换成不锈钢管304，在某些黄铜价格较高的时期，旧铜管处a的价值相当于甚至高于更换为不锈钢管整个工程的造价。

    杨武对不锈钢的点蚀、缝隙腐蚀做了较系统的研究，梁磊、葛红花等人研究了影响不锈钢凝汽器耐蚀性能的因素。冷却水中的cl-是不锈钢管的最主要的侵蚀性离子，cl·浓度越高，不锈钢管的点蚀电位越低。冷却水中的酸根离子对碳钢是侵蚀性离子，但是对不锈钢是缓蚀性离子。冷却水中的硫离子浓度一般不超过1mg/L，对不锈钢耐蚀性能影响不大，如果超过I mg/L对点蚀电位的影响也不大，但对钝化膜的形成有阻滞作用，减缓了钝化膜的生长速度，增加了不锈钢的维钝电流，因此也是侵蚀性离子152.531。再生水中硫离子浓度有可能超过1，此时需注意硫离子的影响。

    Cr, Mo和Ni是不锈钢中的重要合金元素，通常它们含量越高，耐蚀性能越好，但是价格也越贵。Cr, M。和Ni的作用分述如下

    (1)铬的作用

    铬是不锈钢中最重要的元素，是不锈钢具有不锈耐蚀性能且有工业应用价值的不可取代的唯一合金元素，可以说没有铬就没有不锈钢。铬能强烈提高铁的钝化性能，是铁素体形成元素。铬加入钢中，使钢的电化学行为向着有利于耐蚀性的方向变化，当铬的含量达到某一临界值时，使暴露于介质环境的表面生产一种致密的、连续的、完整的表面膜，即钝化膜，能避免钢的进一步腐蚀。这层膜一旦遭到破坏它尚有一定的修复能力，铬的临界含星与外界环境相关。铬含量的提高对钢的塑性和拉伸成形性其有负面影响.

    (2)钼的作用

    钼也是铁素体形成元素，钥的加入，能显著促进铬在钝化膜中的富集，从而增强了不锈钢钝化膜的稳定性，改善了不锈钢的钝化能力，赋予不锈钢更加优异的耐蚀性，特别是提供了钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能，但钼提高不锈钢耐蚀性能的前提是钢中必须有足够的铬。由于钥的加入也产生诸如提高脆性转变温度等一些负面影响，因此银的加入量受到一定限制。

      (3)镍的作用

    镍是奥氏体形成元素，如在铬含量为18%的钢中加入8%的镍，就可获得完全奥氏体组织.衡量耐点蚀和缝隙腐蚀性能的PRE公式中没有镍，但是镍的作用还是有益的。镍可以促进不锈钢钝化膜的稳定性，提高不锈钢在还原性酸和碱介质中的耐蚀性。镍也需要与铬配合，耐蚀性能才能显著地表现出来。镍能显著改菩不锈钢的塑性和韧性，使脆性转变温度下移，镍还能提高一些不锈钢的焊接性能和冷成型性能.镍在不锈钢成本中占比较高，奥氏体不锈钢的价格会随国际镍价大幅波动。

    不锈钢中其它重要元素的作用分别是

    (1)碳的作用:碳在不锈钢中可使耐蚀性能、塑性、韧性和焊接性能降低，但是可以提高钢的强度、硬度和耐磨性

    (2)氮的作用:一定含量的氮可以提高奥氏体和双相不锈钢的强度和耐蚀性能，但是对铁素体不锈钢的危害较大.铁素体不锈钢中的氮和碳是对其韧性、塑·脆转变温度(DBTf )、耐蚀性产生负面影响的关键元素。当前，采用一些新的冶炼方式可以将铁素体不锈钢中的碳和氮降到150x106以下，甚至100),10'6以下，使铁素体不锈钢的一些弊病得以极大程度的克服或减轻，但并未根除。尽管一些先进的工艺和装备可以将钢中的碳、氮降到相当低的水平，但花费的代价是相当大的，因此，铁素体不锈钢允许的碳含量和氮含量的上限水平的界定是十分重要的，它既是关系到钢的生产成本又是关系到钢的实际应用价仇的大问题。

      (3)钛和铌的作用:钛和铌是不锈钢的稳定化元素，在对奥氏体不锈钢取得成功的经验基础上，在铁素体不锈钢，加入稳定化元素Ti和Nb成为解决铁素体不锈钢性能弱点的重要技术手段.加入稳定化元素Ti和Nb能降低其晶间腐蚀倾向;降低高温敏化或焊后脆性倾向。由于形成钛或铌的碳、氮化物减少一r固溶体中的碳氮含量，加之其细化品粒的功能，因此对钢的冷成形性能产生有利影响。