| 摘要：不銹鋼換熱器在石化、電力工業(yè)的生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。但是，不銹鋼管局部腐蝕（主要是孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂）的發(fā)展速度和所造成的破壞也是驚人的。本文簡(jiǎn)要介紹了不銹鋼的腐蝕類(lèi)型；針對(duì)火電廠(chǎng)運(yùn)行、基建機(jī)組凝汽器不銹鋼管的防腐蝕工作，闡述了相應(yīng)的化學(xué)處理措施和成功的工作實(shí)例。 關(guān)鍵詞：不銹鋼；凝汽器；孔蝕；應(yīng)力腐蝕破裂；防腐；化學(xué)處理 1 不銹鋼換熱器的應(yīng)用情況 不銹鋼是鐵、鉻和鎳的合金，最早出現(xiàn)在２０世紀(jì)初。鉻鎳鋼，特別是18Cr－8Ni型奧氏體不銹鋼，由于它在許多化學(xué)介質(zhì)中具有高度的穩(wěn)定性，并且能耐高溫氣體腐蝕，所以在化學(xué)工業(yè)中得到最廣泛的應(yīng)用，在許多有機(jī)產(chǎn)品和聚合物的生產(chǎn)過(guò)程中（如尿素、醋酸、聚丙烯、聚乙烯醇等），大多數(shù)設(shè)備都是由鉻鎳合金鋼和奧氏體不銹鋼制造的。其中大量與各種工業(yè)水接觸的列管換熱器、冷凝器和夾套反應(yīng)器多用奧氏體不銹鋼（主要類(lèi)型為AISI304、304L、316、316L）制造。 在電力工業(yè)中，不銹鋼的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。在發(fā)電廠(chǎng)，不銹鋼主要用來(lái)制造凝汽器的冷卻管。 凝汽器是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要輔機(jī)之一，它的性能好壞直接影響機(jī)組的運(yùn)行。而它的主要傳熱組件—冷卻管，是凝汽器的最重要部分，價(jià)格占其總價(jià)的一半以上。因此，冷卻管的選材和選型是凝汽器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。 早在20世紀(jì)90年代初，我國(guó)就開(kāi)始應(yīng)用螺旋槽管傳熱理論，研制新型凝汽器。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和試驗(yàn)，研制出理想的冷卻管凝汽器—高效不銹鋼波螺焊管凝汽器。 不銹鋼波螺焊管比銅管的總體傳熱系數(shù)提高25～30%，在幾家熱電廠(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，當(dāng)保持真空度不變的情況下，循環(huán)水量比原銅管少20%；當(dāng)循環(huán)水量不變時(shí)，真空度提高5%以上。由于不銹鋼的強(qiáng)度和表面硬度都高于銅管，不論是汽側(cè)的高速蒸汽及水滴，還是水側(cè)的泥沙污垢及入口湍流，都不可能對(duì)不銹鋼管形成沖蝕。因此，它更能適應(yīng)于江、河等含沙污垢水質(zhì)，及排汽溫度較高的循環(huán)水供熱場(chǎng)合。 目前，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)已能自行生產(chǎn)不銹鋼波螺焊管，有的質(zhì)量已趕超國(guó)外先進(jìn)水平，而且價(jià)格適中，造價(jià)比銅管便宜10%左右，1臺(tái)30萬(wàn)千瓦機(jī)組凝汽器可節(jié)約60～100萬(wàn)元材料費(fèi)用。 2 不銹鋼換熱器的腐蝕類(lèi)型 雖然不銹鋼在各種工業(yè)水中具有很低的全面腐蝕速度（如在流速0.3～0.6m/s的海水中，316不銹鋼的腐蝕速度僅0.5μm/a），但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)條件下，不銹鋼設(shè)備，特別是各種工業(yè)水冷卻器，腐蝕破壞的事故卻十分頻繁。我國(guó)新建的十幾套大型化肥廠(chǎng)（年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成氨，48萬(wàn)噸尿素）在生產(chǎn)運(yùn)行1～2年后，各廠(chǎng)的不銹鋼水冷卻器相繼出現(xiàn)腐蝕破壞，目前已更換數(shù)十臺(tái)，并且破壞仍在繼續(xù)發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 所有這些腐蝕破壞都是由局部腐蝕（主要是孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂）造成的。日本腐蝕工程師協(xié)會(huì)協(xié)同日本不銹鋼學(xué)會(huì)、日本化學(xué)工程師協(xié)會(huì)曾分析檢查了700臺(tái)不銹鋼管殼式水冷器1，結(jié)果有85臺(tái)已產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂（占12.1%），其中使用壽命為1～3年的占52.9%，使用壽命超過(guò)10年的僅占9.4%，這充分反映出不銹鋼腐蝕破壞的嚴(yán)重性。 與化學(xué)工業(yè)相比，不銹鋼在電力工業(yè)中的使用情況是時(shí)間短、范圍小。發(fā)生在化學(xué)工業(yè)中的不銹鋼腐蝕破壞的嚴(yán)重問(wèn)題必須引起我們的高度重視。在電力工業(yè)中，為了防患于未然，本文將簡(jiǎn)要說(shuō)明不銹鋼的腐蝕類(lèi)型，重點(diǎn)闡述不銹鋼的防腐蝕對(duì)策。 不銹鋼的腐蝕形態(tài)可分為全面腐蝕和局部腐蝕。在各種工業(yè)水中，不銹鋼具有很低的全面腐蝕速度, 在理想情況下每１００萬(wàn)年才能腐蝕１厘米。因此、全面腐蝕的危害極小。 在實(shí)際應(yīng)用中，不銹鋼的局部腐蝕（主要是孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂）能造成巨大的破壞。這種腐蝕往往在設(shè)備某處產(chǎn)生和擴(kuò)大，最終導(dǎo)致不銹鋼設(shè)備的腐蝕報(bào)廢。 2.1在工業(yè)水中不銹鋼的孔蝕 孔蝕是一種極端的局部腐蝕形態(tài)。蝕點(diǎn)從金屬表面發(fā)生后，向縱深發(fā)展的速度大于或等于橫向發(fā)展的速度，腐蝕的結(jié)果是在金屬表面上形成蝕點(diǎn)或小孔。蝕點(diǎn)有時(shí)是彼此孤立的，有時(shí)則彼此靠得很近，好象是一個(gè)粗糙表面。蝕點(diǎn)的直徑可大可小，但大多數(shù)情況下是比較小的，有的只有幾十個(gè)微米。上面常常覆蓋著腐蝕產(chǎn)物，因此不易檢查出來(lái)。很難由實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)來(lái)預(yù)估其腐蝕速率。有時(shí)形成蝕點(diǎn)需要較長(zhǎng)時(shí)間，約幾個(gè)月或幾年。一旦形成，發(fā)展又較快，常常突然出現(xiàn)腐蝕損壞（穿孔）。因此，孔蝕是一種危害很大的、劇烈的局部腐蝕形態(tài)2。 大量研究3已經(jīng)揭示出，孔蝕發(fā)生在附著物或沉積物下。一旦采取措施消除了附著物或沉積物，問(wèn)題也就避免了。 2.2在工業(yè)水中不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂 在工業(yè)水中奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂是由孔蝕誘發(fā)的，兩者的影響參數(shù)相同，只是各自所要求的臨界值不同4。 對(duì)于發(fā)生在各種水冷器上的應(yīng)力腐蝕破裂，往往溫度的影響要比Cl－濃度的影響還重要，因此要注意氯離子濃度和溫度的聯(lián)合作用。 由于試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果與生產(chǎn)操作條件下的破壞現(xiàn)象存在差異，人們對(duì)不銹鋼設(shè)備特別是換熱器的應(yīng)力腐蝕破裂條件進(jìn)行了多次工業(yè)實(shí)用裝置破壞情況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析。美國(guó)杜邦公司對(duì)685臺(tái)18Cr－10Ni型不銹鋼設(shè)備報(bào)廢原因的分析指出，應(yīng)力腐蝕破裂和孔蝕占38%；日本對(duì)954臺(tái)這類(lèi)材料設(shè)備的破壞原因分析指出，應(yīng)力腐蝕破裂和孔蝕占63%（其中應(yīng)力腐蝕破裂占38%，孔蝕占25%）。西野知良和藤上關(guān)衛(wèi)早在1990年就報(bào)道了他們對(duì)化工廠(chǎng)奧氏體不銹鋼焊接部分破壞的調(diào)查結(jié)果5。 3 防止不銹鋼在水中局部腐蝕破壞的途徑 雖然到目前為止，還沒(méi)有完全搞清楚腐蝕的機(jī)理，也不能提出完全避免或消除腐蝕的邊界條件。實(shí)際生產(chǎn)中也常常發(fā)現(xiàn)這種情況：工作條件大致相同的兩臺(tái)設(shè)備，壽命卻相差十分懸殊；再有，同一種不銹鋼在氯離子濃度低（僅10～20mg/L）的冷卻水中發(fā)生了應(yīng)力腐蝕破裂，而在氯離子濃度高的海水中卻長(zhǎng)期安全使用。 對(duì)大量工業(yè)設(shè)備運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)分析，以及許多深入的試驗(yàn)室研究，使我們可以認(rèn)識(shí)到影響不銹鋼孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂的主要因素，并提出一些統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)，這無(wú)疑是有利于延長(zhǎng)不銹鋼設(shè)備的操作壽命的。 由于不銹鋼設(shè)備的報(bào)廢完全是由局部腐蝕破壞，主要是孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂所造成的，因此對(duì)工業(yè)水尋求合理、經(jīng)濟(jì)、有效的防腐蝕措施，一直是各國(guó)悉心研究的對(duì)象。目前雖尚未達(dá)到完善的境界，但還是找到了各種有效辦法，可供實(shí)際生產(chǎn)的需要和條件來(lái)加以應(yīng)用。 3.1選用耐局部腐蝕破壞的合金材料 長(zhǎng)期以來(lái)，認(rèn)為鎳鉻奧氏體鋼具有應(yīng)力腐蝕破裂傾向，只有純鐵素體高鉻不銹鋼沒(méi)有這種傾向。實(shí)際上，高鎳（35～40%）奧氏體不銹鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕破壞也是免疫的6，只有含鎳8～10%的18%Cr鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂敏感?，F(xiàn)在，研究人員采用聚焦離子束二級(jí)離子質(zhì)譜技術(shù)證實(shí)：材料加工技術(shù)的改進(jìn)也可以減少低等級(jí)不銹鋼腐蝕。 3.2采用退火處理來(lái)消除應(yīng)力 為了完全消除應(yīng)力，退火應(yīng)在850℃以上進(jìn)行，這在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往因設(shè)備尺寸太大或可能發(fā)生變形而辦不到。為了防止不銹鋼的晶間應(yīng)力腐蝕破裂，通常在550～600℃低溫退火，這對(duì)消除應(yīng)力也是有效的。此外在制造設(shè)備時(shí)，還應(yīng)注意： ?。?）有可能導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的介質(zhì)，不允許在拋光時(shí)應(yīng)用； ?。?）酸洗后應(yīng)將殘液充分清除掉，并采取鈍化工藝7； （3）焊薄壁管時(shí)，應(yīng)消除因?qū)Φ貌恢彼a(chǎn)生的不均形變。 3.3其它保護(hù)方法 許多防腐蝕措施在一定條件下均可收到一定效果，如涂層，只要能避免片狀剝落就有效。下面再介紹幾種防護(hù)方法： 3.3.1陰極保護(hù) 在電位為－0.8V（對(duì)Ag/AgCl電極）時(shí)，可以抑制與碳鋼接觸的CrNi鋼的縫隙腐蝕，對(duì)304和316不銹鋼效果明顯。在平靜海水中可采用鋁犧牲陽(yáng)極進(jìn)行陰極保護(hù)。 3.3.2用緩蝕劑防止應(yīng)力腐蝕破裂 奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂發(fā)生在活化電位區(qū)，必須使用吸附型緩蝕劑對(duì)其覆蓋。吸附型緩蝕劑的主要成分是有機(jī)雜環(huán)化合物和有機(jī)胺為主體的衍生物，其中的有機(jī)胺衍生物在金屬表面的陰極區(qū)發(fā)生了活化電位區(qū)；親水集團(tuán)中的未公用電子對(duì)與金屬元素d軌道雜化進(jìn)行配位結(jié)合發(fā)生了化學(xué)吸附；緩蝕劑分子中的不飽和鍵也通過(guò)Л鍵的作用在金屬表面形成共軛作用加強(qiáng)了化學(xué)吸附。因而在金屬表面形成致密吸附膜，抑制了金屬腐蝕過(guò)程8。 3.3.3采取措施降低與冷卻水接觸的傳熱面的表面溫度 若將表面溫度降至臨界溫度以下，就可大大減少發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的可能性，并且這種方法要比其它任何辦法更有效。為了降低表面溫度，盡可能采用高流速低溫水來(lái)冷卻，以降低表面溫度。 3.3.4消除不銹鋼管表面的附著物 3.3.4.1對(duì)于火力發(fā)電廠(chǎng)的運(yùn)行機(jī)組，其凝汽器不銹鋼管水側(cè)表面的附著物是鐵銹和垢，對(duì)于已出現(xiàn)的銹、垢，應(yīng)采用硝酸清洗除去，化學(xué)清洗時(shí)，應(yīng)防止帶入氯離子9。只要能保持不銹鋼表面的清潔，就可收到良好的保護(hù)效果。 化學(xué)清洗系統(tǒng)為：清洗箱→清洗泵→臨時(shí)進(jìn)液管→凝汽器→臨時(shí)回液管→清洗箱 在生產(chǎn)運(yùn)行中，各廠(chǎng)應(yīng)根據(jù)具體水質(zhì)和使用的緩蝕阻垢藥劑，通過(guò)試驗(yàn)確定運(yùn)行指標(biāo)(濁度、硬度和水流速等)，以防止表面出現(xiàn)沉積物的問(wèn)題。 3.3.4.2對(duì)于火力發(fā)電廠(chǎng)的基建機(jī)組，新不銹鋼管的內(nèi)、外表面的附著物是一層成分復(fù)雜的有害膜、化學(xué)拋光材料10和污染附著物。其中有害膜和化學(xué)拋光材料是不銹鋼管在加工過(guò)程中產(chǎn)生的；污染附著物是泥土，沙礫、水泥等含硅物質(zhì)，是不銹鋼管在儲(chǔ)存、安裝期間污染和附著上的（西北地區(qū)風(fēng)沙較大，這種狀況更嚴(yán)重）。同時(shí)、新管在生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中又造成了殘留應(yīng)力。 因?yàn)榭孜g是發(fā)生在附著物或沉積物下的3，而不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂又是由孔蝕誘發(fā)的4，所以務(wù)必徹底除去不銹鋼管表面的有害膜及附著物，以消除不銹鋼局部腐蝕（主要是孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂）的重要誘發(fā)因素。 國(guó)內(nèi)外的防腐理論和經(jīng)驗(yàn)都表明：不銹鋼的良好耐蝕性依賴(lài)于其表面存在的鈍態(tài)氧化膜，而表面清潔、結(jié)構(gòu)均一，是形成均勻、致密鈍化膜的前提條件?；は到y(tǒng)正是吸取了以前的教訓(xùn)，使用了一種具有較強(qiáng)的滲透、剝離、清洗和緩蝕能力的清洗藥劑，對(duì)其不銹鋼換熱器進(jìn)行了投運(yùn)前的清潔處理，才使得腐蝕事故大大減少。有資料表明11：該產(chǎn)品系美國(guó)技術(shù)生產(chǎn)，主要用于不銹鋼表面的清潔和鈍化處理，不產(chǎn)生腐蝕，清洗、鈍化一次完成，反應(yīng)速度快，清除徹底。該產(chǎn)品廣泛用于化工、電力、食品、印染、航空等行業(yè)的不銹鋼設(shè)備、壓力容器、工程構(gòu)件等表面處理。 根據(jù)我們已經(jīng)進(jìn)行的清洗試驗(yàn)和清洗質(zhì)量分析，也證明了這類(lèi)藥劑的確能夠徹底清除不銹鋼管表面的污染物和有害膜，不腐蝕管材，并能對(duì)表面進(jìn)行清洗中鈍化。藥劑質(zhì)量也符合Q/SDP008-2002新版標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所儀器測(cè)試后證明：不銹鋼管表面保護(hù)層致密、化學(xué)成分均勻、耐腐蝕性強(qiáng)。因此，在火力發(fā)電廠(chǎng)基建機(jī)組中的凝汽器不銹鋼管內(nèi)、外表面化學(xué)清洗工作中，應(yīng)使用不銹鋼專(zhuān)用清洗劑。 由于凝汽器不銹鋼管排列緊密，不能進(jìn)行人工清洗，只能進(jìn)行化學(xué)循環(huán)清洗。 3.3.4.2.1對(duì)于凝汽器不銹鋼管汽側(cè)表面，清洗藥劑應(yīng)為CA-1s，化學(xué)清洗系統(tǒng)為：凝汽器低部 → 凝結(jié)水泵 → 凝汽器上部。從凝汽器上部人孔加藥，啟動(dòng)凝結(jié)水泵，進(jìn)行閉式循環(huán)以加強(qiáng)清潔處理效果，清洗過(guò)程中應(yīng)監(jiān)視溫度，絕不允許超過(guò)凝汽器運(yùn)行溫度。 3.3.4.2.2 對(duì)于凝汽器不銹鋼管水側(cè)表面，清洗藥劑應(yīng)為CA-1s，化學(xué)清洗系統(tǒng)為：循環(huán)冷卻水塔 → 循環(huán)水泵 → 凝汽器本體→ 循環(huán)水回水管 → 循環(huán)冷卻水塔 備注：在3.3.4.1，3.3.4.2小節(jié)中所設(shè)計(jì)的化學(xué)清洗系統(tǒng)，均在甘肅華能平?jīng)霭l(fā)電有限責(zé)任公司#1～#4(4×300MW)基建機(jī)組和甘肅大唐連城發(fā)電公司#3～#4(2×300MW)基建機(jī)組的凝汽器化學(xué)清洗中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施和證明凝汽器化學(xué)清洗中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)，證明化學(xué)清洗工藝和質(zhì)量是完全成熟和可靠的12。 4 結(jié)束語(yǔ) 不銹鋼是耐腐蝕的，但是、當(dāng)局部腐蝕活化點(diǎn)一旦形成，發(fā)展又較快（其腐蝕速率最高可達(dá)10000mm/a9,相當(dāng)于1.15毫米/小時(shí)），常常會(huì)突然出現(xiàn)腐蝕損壞（穿孔或破裂）而帶來(lái)災(zāi)難性的后果。因此、在認(rèn)識(shí)上、工作中應(yīng)予以高度重視。 腐蝕雖然只出現(xiàn)在設(shè)備的運(yùn)行階段，但從《設(shè)備綜合工程學(xué)》的觀(guān)點(diǎn)看，其產(chǎn)生的原因卻蘊(yùn)育于研究、設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、維修等階段。解決的措施也必須在各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)。 參考文獻(xiàn) 1 Shiro Haruyama, MP,21,No3 2《熱力設(shè)備的腐蝕與防護(hù)》，王杏卿編，武漢水利電力學(xué)院 3 Truman J.E. Pirt K.R. Corros. Sci. 17 No1 4 左景伊等 化工學(xué)報(bào) No4 5 西野知良，藤口關(guān)衛(wèi)，石油學(xué)會(huì)志 13 No7 6 Katsumi Yamamoto,Naohiko Kagawa,MP,20,No6 7 Fassler K., Spahn H.,《第八界國(guó)際金屬腐蝕會(huì)議論文選集》（下卷），71 8《緩蝕劑》，張?zhí)靹倬?，化學(xué)工業(yè)出版社精細(xì)化工出版中心 9《腐蝕與防護(hù)手冊(cè)-腐蝕理論·試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)分冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院主編，化學(xué)工業(yè)出版社出版 10《腐蝕與防護(hù)手冊(cè)-腐蝕理論·化工生產(chǎn)裝置的腐蝕與防護(hù)分冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院主編，化學(xué)工業(yè)出版社出版 11 《精細(xì)化工助劑-精細(xì)化工產(chǎn)品手冊(cè)》，周學(xué)良主編，化學(xué)工業(yè)出版社精細(xì)化工出版中心出版 12《300MW基建機(jī)組熱力系統(tǒng)清潔處理和防腐工作的新工藝》，張振達(dá)、張紅星等，《中國(guó)電力》，（2004年第11期） |
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