【文章內(nèi)容簡介】 漏造成水汽品質(zhì)惡化，汽輪機(jī)鍋爐結(jié)垢腐蝕，甚至爆管等事故也計(jì)算在內(nèi)，這個(gè)比例就更大了。凝汽器管的泄漏時(shí)引起鍋爐爆管和蒸汽品質(zhì)惡化的主要禍源之一，如果泄漏時(shí)，未能及時(shí)采用有效的補(bǔ)救措施，則造成的后果是極其嚴(yán)重的。與凝汽器管材密切相關(guān)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(yùn)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(gè)問題。從經(jīng)濟(jì)性看，某電廠600MW機(jī)組凝汽器銅管（主冷區(qū)HSn701，空冷區(qū)B30）重約425t，價(jià)值約1800萬元。某廠125MW機(jī)組凝汽器運(yùn)行才34個(gè)月，由于腐蝕造成銅管大面積泄漏，不得不全部換管，管材費(fèi)用達(dá)200多萬元。冷卻管選材就是根據(jù)冷卻水水質(zhì)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(nèi)也沒有統(tǒng)一的，確切的標(biāo)準(zhǔn)。有人建議，根據(jù)冷卻水水質(zhì)按表25選擇冷卻管材并給出安全，經(jīng)濟(jì)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(zhì)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(guān)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(dāng)海水流速較高而黃銅管發(fā)現(xiàn)沖擊腐蝕時(shí)采用此管材抗氨腐蝕性能良好，但對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)規(guī)定便較為完整，準(zhǔn)確。其主要內(nèi)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(bǔ)充說明中。表27 冷卻管選材參考（3）管材冷卻水質(zhì)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(shí)，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(guān)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(dāng)懸浮物中含砂量較少，含細(xì)泥較多時(shí)，表列允許含量可適當(dāng)放寬。當(dāng)采用硫酸亞鐵處理時(shí)，H68A和HSn701A管材的懸浮物允許含量可提高到500～1000mg/L。（2）關(guān)于冷卻水污染的影響目前國產(chǎn)冷卻管一般僅適用于潔凈水中，當(dāng)冷卻水為污染水時(shí)，應(yīng)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(guān)于潔凈水和污染水的區(qū)分見表23。（3）關(guān)于空氣冷卻區(qū)的管材對于容量等于大于200MW的機(jī)組，當(dāng)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(shí)，空氣冷卻區(qū)管材推薦采用B30。（4）關(guān)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(qiáng)，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(guān)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(yàn)，選用時(shí)應(yīng)通過專門的試驗(yàn)確定。（6）關(guān)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(yīng)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(qiáng)度高，耐蝕性也較好，可用于汽側(cè)沖擊嚴(yán)重的區(qū)域。不銹鋼的強(qiáng)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(dòng)。熱膨脹系數(shù)與銅管相比更接近鋼。導(dǎo)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(nèi)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(yīng)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(hù)，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(hù)措施，會(huì)使銅管板發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕，但比鈦管輕得多。新凝汽器完全可以采用復(fù)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(fù)雜，主要有CL濃度，水質(zhì)工況，沉積物形成的縫隙的尺寸、溫度、不銹鋼品種等等。35℃時(shí)，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(shí)各種縫隙都會(huì)產(chǎn)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(dá)2103也能長期運(yùn)行而不腐蝕。也有1臺凝汽器，CL濃度不高，但由于運(yùn)行中短時(shí)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(diǎn)蝕。普通不銹鋼管（30316型）發(fā)生點(diǎn)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(dāng)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(jié)構(gòu)具有強(qiáng)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(zhuǎn)變溫度比不含Ni的同類忒素體鋼低。這些特性使它同時(shí)擁有較高的設(shè)計(jì)許用應(yīng)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(diǎn)腐蝕，縫隙腐蝕及氯應(yīng)力腐蝕開裂而設(shè)計(jì)的合金材料。采用美國化工制造材料技術(shù)研究所（the Materials Technology Institute of the Chemical Process Industries Procedures）的方法，評估在不同程度強(qiáng)酸中的耐蝕性。測試結(jié)果證實(shí)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(diǎn)蝕和縫蝕而研制的材料。經(jīng)快速對比實(shí)驗(yàn)和縫蝕測試，海優(yōu)遠(yuǎn)比一般的奧氏體不銹鋼TP304和TP316更佳。測試結(jié)果：在常溫自然海水中，經(jīng)過33個(gè)月測試，海優(yōu)不銹鋼沒有任何腐蝕，而同樣條件下。在有機(jī)物污染的環(huán)境中（因腐爛而產(chǎn)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(dǎo)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(xué)穩(wěn)定性的序列中，它僅略低于鈦、金和鉑金，但遠(yuǎn)高于銅合金，銅鎳合金或碳鋼。因?yàn)樵陔娀瘜W(xué)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(shí)，蒙次合金管板在于管聯(lián)結(jié)的部位會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕。通常采用陰極保護(hù)法保護(hù)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(hù)法，以防止氫的產(chǎn)生而導(dǎo)致氫脆。海優(yōu)不銹鋼的特殊物理性能有熱脹系數(shù)低，導(dǎo)熱率高、因彈性模量高而剛性高，其抗振動(dòng)疲勞損壞的性能比其它工程材料強(qiáng)。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(dǎo)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(hù) 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(zhì)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(hù)，電位較負(fù)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(zhì)中的電偶序。所謂電偶序是指金屬在特定介質(zhì)中的電極電位的次序，可見它與前述金屬標(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(shí)，陽極腐蝕速度不大。大陰極小陽極時(shí)，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(jié)果。 金屬腐蝕與防護(hù)的重要性[5][6]金屬腐蝕問題遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，它給人們帶來的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。據(jù)世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，%～%。如美國1975年腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失為700億美元，%。而美國全年水災(zāi)，火災(zāi)，地震和颶風(fēng)所造成的損失，據(jù)估計(jì)也不過123億美元。因此腐蝕損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述各項(xiàng)損失的總和。據(jù)報(bào)道，1986年美國的腐蝕損失竟高達(dá)1700億美元。我國1993年腐蝕損失達(dá)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(jì)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(shè)備，為防止腐蝕所進(jìn)行的陰極保護(hù)，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(shè)備停用的利潤損失，腐蝕泄漏引起的產(chǎn)品流失，腐蝕破損引起的效率降低，腐蝕產(chǎn)物導(dǎo)致的產(chǎn)品污染等。間接損失遠(yuǎn)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(dǎo)致停電，甚至大批工廠停工的間接損失是十分嚴(yán)重而又難以估計(jì)的。而電廠凝汽器的管和管板發(fā)生腐蝕，將導(dǎo)致凝汽器不能使用，電廠也不得不停止運(yùn)作，由此帶來的一系列后果是無法估計(jì)的。腐蝕不僅引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且對人民生活，生命財(cái)產(chǎn)也帶來嚴(yán)重威脅。腐蝕引起的災(zāi)難性事故而導(dǎo)致的傷亡人數(shù)尚無完整的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，但是，近年來腐蝕引起的災(zāi)難性事故屢見不鮮，損失極為嚴(yán)重。例如，1988年元旦，我國某電廠由于水冷壁管腐蝕，導(dǎo)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(jī)由于應(yīng)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(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年因腐蝕要損耗10%～20%的金屬。若以我國1986年年產(chǎn)粗鋼5000萬t計(jì)，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(chǎn)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(gè)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(dāng)時(shí)，會(huì)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(shù)無法實(shí)現(xiàn)。因此，金屬的腐蝕與防護(hù)對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展有極為重要的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬腐蝕與防護(hù)越來越引起人們的關(guān)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(qiáng)烈阻滯和失去活性所產(chǎn)生的高耐蝕狀態(tài)。金屬表面由活性溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)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(zhì)中較易被腐蝕。但在某些特定的介質(zhì)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(huì)發(fā)生激烈的腐蝕反應(yīng)并伴有強(qiáng)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(dāng)HNO3濃度達(dá)到某個(gè)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(shí)，鐵已從活化狀態(tài)轉(zhuǎn)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(shí)仍能保持其鈍性狀態(tài)。簡而言之，鈍態(tài)是金屬表面產(chǎn)生了鈍化膜所致。相應(yīng)地，金屬發(fā)