【文章內容簡介】 漏造成水汽品質惡化，汽輪機鍋爐結垢腐蝕，甚至爆管等事故也計算在內，這個比例就更大了。凝汽器管的泄漏時引起鍋爐爆管和蒸汽品質惡化的主要禍源之一，如果泄漏時，未能及時采用有效的補救措施，則造成的后果是極其嚴重的。與凝汽器管材密切相關的“鍋爐給水的銅污染”對超臨界壓力直流爐和核電站的安全運行威脅更大，而用不銹鋼代替銅合金的“無銅系統(tǒng)”則不存在這個問題。從經(jīng)濟性看，某電廠600MW機組凝汽器銅管（主冷區(qū)HSn701，空冷區(qū)B30）重約425t，價值約1800萬元。某廠125MW機組凝汽器運行才34個月，由于腐蝕造成銅管大面積泄漏，不得不全部換管，管材費用達200多萬元。冷卻管選材就是根據(jù)冷卻水水質大致確定冷卻管材料的品種，牌號和冷卻水流速。在這方面，各國做法不盡相同，國內也沒有統(tǒng)一的，確切的標準。有人建議，根據(jù)冷卻水水質按表25選擇冷卻管材并給出安全，經(jīng)濟的冷卻水流速范圍。表25 冷卻管選材參考（1）管材冷卻水水質流速，m/s海軍黃銅管淡水～帶涂料鋼管淡水～鋁黃銅管海水～銅鎳管海水～不銹鋼管淡水～鈦管海水，污染海水～錫青銅管污染海水～冷卻管選材的另一參考資料如表26所示，其中關于各種不同含鹽量的冷卻水的名稱及統(tǒng)稱叫法可參看表21。可以看出，表26給出的冷卻水流速限制值比表25所示流速上限值低不少（鋁黃銅管除外）。表26 冷卻管選材參考（2）管材冷卻水條件備注H68或H70（普通黃銅管）無砷含鹽量200～300mg/L,流速≤2m/s易脫鋅含砷含鹽量800mg/L的清潔水，流速≤2m/sHSn701（錫黃銅管，亦稱海軍黃銅管）無砷含鹽量800mg/L,流速≤2m/s此管材不常使用，它比無砷的H68耐腐蝕含砷含鹽量2000mg/L，流速≤2m/s的有輕度污染或懸浮物的水HA1772（鋁黃銅管）清潔海水，流速≤3m/sB30（銅鎳管）當海水流速較高而黃銅管發(fā)現(xiàn)沖擊腐蝕時采用此管材抗氨腐蝕性能良好，但對應力裂紋敏感，使用于凝汽器空氣冷卻區(qū)在表25和表26所給出的選材標準中，都沒有在含鹽量中區(qū)分出氯化物或氯離子的影響，沒有明確對懸浮物特別是含砂量的限制要求，也沒有明確對污染海水的限制。相比之下，“SD11684”給出的選材技術規(guī)定便較為完整，準確。其主要內容包含在表27（規(guī)定鈦管與B10管系列試用，未列入表中）及其六條補充說明中。表27 冷卻管選材參考（3）管材冷卻水質允許最高流速m/s其它條件溶解固形物Mg/L[CL]mg/LH68A（含砷普通黃銅）300短期50050短期100HSn701A（含砷海軍黃銅）1000短期2500150短期400～采用硫酸亞鐵處理時，允許溶解固形物1500mg/L,[CL]200mg/LHA1772A（含砷鋁黃銅）1500～海水B30（銅鎳合金）（1）關于懸浮物和含砂量的影響 表28 懸浮物和含砂量的限制值管材懸浮物和含砂量，mg/LH68A100HSn701A300HA1772A50B30500～1000,短期1000表28示出各種管材所允許的冷卻水懸浮物和含砂量。當懸浮物中含砂量較少，含細泥較多時，表列允許含量可適當放寬。當采用硫酸亞鐵處理時，H68A和HSn701A管材的懸浮物允許含量可提高到500～1000mg/L。（2）關于冷卻水污染的影響目前國產冷卻管一般僅適用于潔凈水中，當冷卻水為污染水時，應酌情采取加氯處理，膠球清晰，硫酸亞鐵處理或限制排廢等措施。關于潔凈水和污染水的區(qū)分見表23。（3）關于空氣冷卻區(qū)的管材對于容量等于大于200MW的機組，當空氣冷卻區(qū)布置在管束中部或空氣冷卻區(qū)黃銅管已發(fā)現(xiàn)氨腐蝕時，空氣冷卻區(qū)管材推薦采用B30。（4）關于鈦管鈦管對氯化物，硫化物和氨具有較好的耐蝕性，耐沖擊腐蝕性能也較強，可在受污染的海水，懸浮物含量高的水中及在較高流速下使用。（5）關于B10管B10管在潔凈的海水中也較耐蝕，但缺乏耐沖擊腐蝕的使用經(jīng)驗，選用時應通過專門的試驗確定。（6）關于冷卻水低流速的限制為防止沉積腐蝕，對于黃銅管，冷卻水流速不應低于1m/s。 海優(yōu)和不銹鋼簡介[4][24]不銹鋼管品種很多，在淡水和微咸水中常用奧氏體不銹鋼304，316型，在微咸水和咸水中常用317型，在海水中常用AL6XN和鐵素體不銹鋼海優(yōu)、AL294C。雙相不銹鋼如2205雖然使用不多，但其強度高，耐蝕性也較好，可用于汽側沖擊嚴重的區(qū)域。不銹鋼的強度比銅管，鈦管高。彈性模量比銅管，鈦管高，允許有較大跨距而不振動。熱膨脹系數(shù)與銅管相比更接近鋼。導熱系數(shù)比銅合金低得多，與鈦管差不多。不銹鋼管耐沖蝕，可大幅度提高管內冷卻水流速。不銹鋼管無氨蝕。凝汽器工況條件下，不銹鋼管一般無應力腐蝕。在淡水中，與不銹鋼管連接的碳鋼管板的電偶腐蝕問題并不突出。即使在含鹽量較高的水中，碳鋼管板可以涂刷柔韌性好的環(huán)氧樹脂，再采用陰極保護，就能較徹底地消除管板的電偶腐蝕，還可消除微小縫隙。超級不銹鋼在完全的海水中，如不采用防護措施，會使銅管板發(fā)生較嚴重的腐蝕，但比鈦管輕得多。新凝汽器完全可以采用復合不銹鋼管板，脹接加焊接，這樣就沒有管子對管板的電偶腐蝕問題了。沉積物下腐蝕是銅合金管最常見的腐蝕形態(tài)之一，普通不銹鋼在淡水中很耐蝕，但也不能忽視沉積物下腐蝕。影響沉積物下腐蝕的因素很復雜，主要有CL濃度，水質工況，沉積物形成的縫隙的尺寸、溫度、不銹鋼品種等等。35℃時，30316不銹鋼在極窄的縫隙中發(fā)生腐蝕的CL濃度約為1103CL為2102時各種縫隙都會產生腐蝕。有的凝汽器30316不銹鋼管在保持清潔的條件下CL濃度高達2103也能長期運行而不腐蝕。也有1臺凝汽器，CL濃度不高，但由于運行中短時過熱，然后長期停用，殘留水蒸發(fā)濃縮，加之其他原因，304不銹鋼管發(fā)生了點蝕。普通不銹鋼管（30316型）發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，一般是由于長期停用，沉積物下CL因水的蒸發(fā)濃縮而引起的。普通不銹鋼管在海水中易發(fā)生腐蝕，317型不銹鋼對CL的耐受性高于普通不銹鋼，超級不銹鋼（AL294C,AL6XN等）在海水中耐蝕性很好。當然，同其它材料材料一樣，不銹鋼管也存在微生物腐蝕。海優(yōu)不銹鋼鐵素體組織結構具有強度高/延性佳且加工硬化率低等特性。由于海優(yōu)不銹鋼添加了Ni，因此它的韌性脆性轉變溫度比不含Ni的同類忒素體鋼低。這些特性使它同時擁有較高的設計許用應力與優(yōu)良的加工性能。海優(yōu)是專門針對在氯化物環(huán)境中可能發(fā)生的氯致點腐蝕，縫隙腐蝕及氯應力腐蝕開裂而設計的合金材料。采用美國化工制造材料技術研究所（the Materials Technology Institute of the Chemical Process Industries Procedures）的方法，評估在不同程度強酸中的耐蝕性。測試結果證實海優(yōu)不銹鋼抗一般腐蝕的耐蝕性比奧氏體不銹鋼更優(yōu)秀。具體數(shù)據(jù)如圖29所示。 圖 29海優(yōu)不銹鋼是專門為抵抗氯化物溶液（如海水）中的局部點蝕和縫蝕而研制的材料。經(jīng)快速對比實驗和縫蝕測試，海優(yōu)遠比一般的奧氏體不銹鋼TP304和TP316更佳。測試結果：在常溫自然海水中，經(jīng)過33個月測試，海優(yōu)不銹鋼沒有任何腐蝕，而同樣條件下。在有機物污染的環(huán)境中（因腐爛而產生硫化氫）也證明海優(yōu)不銹鋼的耐蝕性比304或其它銅基合金優(yōu)越。如果以一臺熱交換器或凝汽器的管與管板使用不同材料，并且與可導電的水（通常溶解物超過1000PPM）接觸，就可能發(fā)生電化腐蝕。海優(yōu)不銹鋼在海水中的電位較高，使它非常穩(wěn)定，或處于陰極狀態(tài)。在電化學穩(wěn)定性的序列中，它僅略低于鈦、金和鉑金，但遠高于銅合金，銅鎳合金或碳鋼。因為在電化學穩(wěn)定性排序中較低的材料容易發(fā)生電化腐蝕，所以如果海優(yōu)不銹鋼管材與蒙此合金的管板在海水中使用時，蒙次合金管板在于管聯(lián)結的部位會發(fā)生點蝕。通常采用陰極保護法保護管板，或在管板表面涂一種環(huán)氧樹脂類圖層。若用陰極保護法，以防止氫的產生而導致氫脆。海優(yōu)不銹鋼的特殊物理性能有熱脹系數(shù)低，導熱率高、因彈性模量高而剛性高，其抗振動疲勞損壞的性能比其它工程材料強。熱脹系數(shù)與碳鋼相近，比奧氏體不銹鋼或銅基合金要小。導熱率與Ti相近，但比鎳含量較多的奧氏體不銹鋼高。因耐蝕鈍化膜特別薄使其熱傳效率高。圖210所示是部分材料與海優(yōu)的物理性能比較。圖 210 第三章 電偶腐蝕的發(fā)生與防護 電偶腐蝕的概念[3] 電偶腐蝕又稱異種金屬接觸腐蝕，或簡稱接觸腐蝕，其定義是：在腐蝕介質中，兩種金屬相互接觸，形成腐蝕宏電池，電位較正的金屬為陰極，得到保護，電位較負的金屬為陽極，遭受腐蝕。金屬材料名稱電極電位，V（相對于甘汞電極）鋅鋁碳鋼硬鋁鑄鐵黃銅～不銹鋼銅青銅～表31 金屬在海水中的電極電位電偶腐蝕首先決定于兩種金屬在該介質中的電偶序。所謂電偶序是指金屬在特定介質中的電極電位的次序，可見它與前述金屬標準電極電位不同。表31列出凝汽器常用材料在海水中的相對于甘汞電極（其電位相對于氫電極為+）的電極電位值。表32列出常用金屬材料在海水中的電偶序，任意兩種金屬相隔距離越大，電偶腐蝕越嚴重。表32 金屬在海水中的電偶序序號金屬材料名稱1鎂2鋅3鋁4鎘5軟鋼，鑄鐵613%鉻不銹鋼（活化）7鉻鎳不銹鋼（活化）8鉛9錫10鈦（活化）11鎳（活化）12銅鎳合金，銅，青銅，黃銅13鎳（鈍態(tài)）14不銹鋼（鈍態(tài)）15銀16鈦（鈍態(tài)）17金18鉑 電偶腐蝕的速度還決定于陰、陽極面積比。小陰極大陽極時，陽極腐蝕速度不大。大陰極小陽極時，陰極腐蝕速度加快。此外在電偶腐蝕中，陰極極化往往起重要作用?？傊?，電偶腐蝕不僅決定于兩種金屬之間的電位差，還必須考慮陰、陽極面積比和電極極化結果。 金屬腐蝕與防護的重要性[5][6]金屬腐蝕問題遍及國民經(jīng)濟的各個領域，它給人們帶來的經(jīng)濟損失是巨大的。據(jù)世界上工業(yè)發(fā)達國家的調查統(tǒng)計，%～%。如美國1975年腐蝕造成的經(jīng)濟損失為700億美元，%。而美國全年水災，火災，地震和颶風所造成的損失，據(jù)估計也不過123億美元。因此腐蝕損失遠遠大于上述各項損失的總和。據(jù)報道，1986年美國的腐蝕損失竟高達1700億美元。我國1993年腐蝕損失達人民幣1000多億元，平均每天損失約3億元。損失之巨，令人觸目驚心。腐蝕造成的經(jīng)濟損失可分為直接損失和間接損失。直接損失包括更換已被腐蝕的設備，為防止腐蝕所進行的陰極保護，向水中添加緩蝕劑，選用耐蝕合金代替碳鋼等。間接損失包括設備停用的利潤損失，腐蝕泄漏引起的產品流失，腐蝕破損引起的效率降低，腐蝕產物導致的產品污染等。間接損失遠大于直接損失，例如電廠鍋爐的一根水冷壁管只值幾百元，而腐蝕引起爆管，導致停電，甚至大批工廠停工的間接損失是十分嚴重而又難以估計的。而電廠凝汽器的管和管板發(fā)生腐蝕，將導致凝汽器不能使用，電廠也不得不停止運作，由此帶來的一系列后果是無法估計的。腐蝕不僅引起嚴重的經(jīng)濟損失，而且對人民生活，生命財產也帶來嚴重威脅。腐蝕引起的災難性事故而導致的傷亡人數(shù)尚無完整的統(tǒng)計數(shù)字，但是，近年來腐蝕引起的災難性事故屢見不鮮，損失極為嚴重。例如，1988年元旦，我國某電廠由于水冷壁管腐蝕，導致發(fā)生一人燙死，六人燙傷的重大事故。又如1985年8月12日，日本的一架波音747客機由于應力腐蝕破裂而墜毀，一次死亡500余人。腐蝕還造成金屬資源和能源的大量浪費。據(jù)統(tǒng)計每年因腐蝕要損耗10%～20%的金屬。若以我國1986年年產粗鋼5000萬t計，取下限10%，則每年也要有500萬t鋼被腐蝕掉。這比寶山鋼廠一期工程的年產鋼量還要多75%。凝汽器管板的腐蝕在發(fā)電廠中是普遍存在的一個問題，主要是由于循環(huán)水濃縮使含鹽量增加（或開放式使用海水），高含鹽量的水電阻變小，腐蝕電流增大，致使管板金屬表面的氧化膜遭到破壞，在水中溶解氧的作用下形成明顯的腐蝕坑或鼓包。另外在循環(huán)水處理不當時，會加速管板的腐蝕。此外，金屬腐蝕問題得不到解決，許多新技術無法實現(xiàn)。因此，金屬的腐蝕與防護對現(xiàn)代科學技術發(fā)展有極為重要的意義。隨著科學技術的發(fā)展，金屬腐蝕與防護越來越引起人們的關注。 金屬的鈍化 鈍化現(xiàn)象[7] 鈍態(tài)即鈍性狀態(tài)，也稱鈍性，是指金屬和合金在特定條件下有余陽極過程受到強烈阻滯和失去活性所產生的高耐蝕狀態(tài)。金屬表面由活性溶解狀態(tài)轉變?yōu)殁g性狀態(tài)的過程稱為鈍化過程。許多金屬在水溶液、酸或堿等介質中較易被腐蝕。但在某些特定的介質條件下，一些較活潑的金屬卻表現(xiàn)出較好的甚至很優(yōu)秀的耐蝕性。例如，鐵在稀硝酸溶液中會發(fā)生激烈的腐蝕反應并伴有強烈析氫現(xiàn)象。隨著HNO3濃度增大，鐵的腐蝕速度急增，析氫也更激烈，但當HNO3濃度達到某個臨界數(shù)值后，鐵的腐蝕速度立即減小到極其微小的速度，析氫現(xiàn)象也幾乎停止。例如，把鐵片置于發(fā)煙硝酸中就是這種情況。這時，鐵已從活化狀態(tài)轉變?yōu)殁g化狀態(tài)，即鈍性狀態(tài)。如果把已經(jīng)在濃硝酸中被鈍化了的鐵取出，再浸入稀硝酸溶液中，鐵仍能繼續(xù)保持其穩(wěn)定狀態(tài)而沒有出現(xiàn)原先那樣的析氫腐蝕過程。這說明鐵此時仍能保持其鈍性狀態(tài)。簡而言之，鈍態(tài)是金屬表面產生了鈍化膜所致。相應地，金屬發(fā)