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电厂循环水冷系统用不锈钢管的腐蚀与防护
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2020/4/16 阅读:379

 循环冷却水系统是电厂的主要组成部分,包括取水部分设备、不锈钢管道、凝汽器设备等。不锈钢管是该水冷系统中常用的金属材料,在工况条件下的腐蚀原因较多。本文从点蚀、晶间腐蚀、微生物腐蚀等几个方面人手,分析了腐蚀机制及防护措掩,以及水冷系统防腐工作的相关注意事项。

   

  随着我国国民经济持续快速发展,各系统对电力的需求越来越多。不锈钢管是电厂水冷系统中常用的金属材料,主要用于电厂的取水部分设备、管道、凝汽器设备簪循环冷却水系统,但是不锈钢管的耐腐蚀性能不是绝对的,而是有条件的,相对的。引起腐蚀的原因是多方面的,如不锈钢管的晶间腐蚀是由于碳化物在晶界析出造成的。一般认为.金属和合金在高温高压水环境中的腐蚀本质上是电化学过程。不锈钢管能抗腐蚀是由于其表面能形成一层具有保护性的钝化膜,一旦这层钝化膜遭到破坏,而又缺乏自钝化的条件或能力,不锈钢管就会发生腐蚀,在服役时常常会发生局部腐蚀护如应力腐蚀.晶间腐蚀和点蚀等。在进行防腐蚀设计时,必须针对不同部分的实际情况,选用恰当的防腐蚀对镶,否则将严重影响到电厂的安全生产。世界各国对电厂循环冷却水系统的腐蚀与防护做了大量的工作,报道了高温高压水中材料表面氧化膜的组成和结构的研究内容,包括选材、防腐蚀设计及防腐蚀新技术等多方面,把腐蚀电化学行为与材料性能有机联系起来。我国在这方面的研究及应用相对较晚,也围绕电化学机制开展了一系列工作,从局部腐蚀的裂纹起始和扩展等方面取得了一定进展,但在技术应用方面还有很多问题有待解决,宏盛特钢主要针对电厂用不锈钢管腐蚀行为及防护措施进行讨论。

 

一、循环冷却水系统常见的腐蚀类型

    常用的冷却用水系统用水主要分为间接冷却水和直接冷却水,也可分为敞开循环式,密闭循环式,直流水等。直接冷却水是冷却水直接与物料接艟进行冷却作用,应用较少。而电厂循环冷却水系统主要间接冷却水是冷却水通过换热设备间接进行交换,冷却工艺介质,其中不锈钢管作为该系统中换热器、管路常用金属材料,其腐蚀行为在水冷系统具有一定的代表性。金属在冷却水中的腐蚀又是一个电化学反应过程,即金属材料在电介质(由冷却水及其中离子构成)中发生电化学作用而产生破坏,发生全面腐蚀和局部腐蚀,或者兼而有之。金属在循环冷却水中的腐蚀按腐蚀形态分类较多,其中常见的几种腐蚀类型及防护手段如下:


1.  点蚀

  点蚀是发生在金属表面相对地集中在一个很小部位(点状或孔状)的局部腐蚀。点蚀发生前,不锈钢管表面保护性的氧化层中先形成直径几个微米、呈亚稳定状态的微型凹陷,由于金属表面亚稳定状态的微孔迅速增生,点状腐蚀的迅速出现,在不锈钢管表面产生微小“锈孔”,并数量迅猛增加.造成不锈钢管受到大规模腐蚀。其不锈钢管表面点蚀微观形貌如图所示。

   腐蚀物浓度或温度的微小变化,就能湿著加快腐蚀速度。点蚀是冷却水系统中破坏性和隐患最大的腐蚀种类之一,具有隐蔽性,常常突然出现设备穿孔导致泄漏,使人措手不及。


2.  晶间腐蚀

   不锈钢管在腐蚀介质作用下,在品粒之间产生的一种腐蚀现象称为品间腐蚀。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上(刀线腐蚀)。产生晶间腐蚀的不锈钢管,当受到应力作用时,即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失,也是不锈钢管的一种最危险的破坏形式。不锈钢管具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于10%~12%。当温度升高时,碳在不锈钢管晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小,约为0.02%~0.03%.而一般不锈钢管中的含碳量均超过此值,故多余的碳就不断地向奥氏体品粒边界扩散,并和铬化合,在晶间形成碳化铬的化合物.数据表明,铬沿晶界扩散的活化能力162 ~252 kVmol.而铬由晶粒内扩散活化能约,即铬由晶粒内扩散速度比铬沿品界扩散速度小,内部的铬来不及向晶界扩散,所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部,而是来自晶界附近,结果就使晶界附近的含铬盈大为减少,当品界的铬的质量分数低到小于12%时,形成贫铬区。在腐蚀介质作用下,贫铬区就会失去耐腐蚀能力,而产生品间腐蚀。


3. 微生物腐蚀

    微生物腐蚀是一种由细菌、真菌,还有藻类及原生物等微生物共同作用而引起腐蚀,一般不单独存在,往往和电化学腐蚀同时发生。微生物腐蚀主要由于细菌的繁殖、分泌、代谢形成的粘泥沉积在金属表I趸,形成氧的浓差电池,由于电化学的作用形成垢下储蚀,危害也相当严重。此外,在金属表面和沉积物之间缺乏氧,因此一些厌氧菌得以繁殖,当水温为20~50℃下繁殖更快。如盐还原菌分解水中的盐,引起设备腐蚀。

  循环冷却水系统中微生物的大鬣生长会直接或间接地引起不锈钢管设备以及部件的腐蚀,从而造成设备的腐蚀穿孔、强度降低、工艺介质或冷却水的泄漏、冷却效果降低。同时,微生物产生的粘泥和腐蚀产物疆盏在换热器的表面会堵塞换热器中冷却水的通道,阻止缓蚀荆和阻垢剂到达金属表面,发挥其缓蚀和阻垢作用,粘泥中和牯泥下的微生物,形成差异腐蚀电池而引起金属设备的腐蚀。
  
  循环冷却水系统还有一些腐蚀类型,如缝隙腐蚀、应力腐蚀,溶解氧腐蚀等。其中,溶解氯腐蚀是开式冷却水系统中最常见的腐蚀类型。由于系统与大气相通,空气中的氧充分溶解冷却水中,冷却水中的溶解氧是饱和的。在当换热器与溶有氧气的冷却水接触,由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性,在金属表面会形成许多腐蚀微电池,引起的电化学腐蚀,由于溶解氧的不断溶人,促使馓电池中的阳极金属不断溶解。对其他腐蚀类型,在本文中不加以阐述。


二、循环冷却水系统腐蚀防护措施

   目前循环冷水系统的主要研究任务是建立适合于现代产品的腐蚀评价技术,探索在环境体系的腐蚀规律与机制,从提高抗蚀性的角度加强合金设计与腐蚀防护工作。在循环冷却水系统的设计、运行和管理中,需要综合考虑产生腐蚀等各种因素。循环水冷系统的腐蚀跟水质、微生物因素和其运行条件密切相关。其中,水质的影响主要包括pH值、水的硬度、离子、溶解气体、悬浮固体等。循环冷却水系统中流速、温度以及水中的微生物等都对系统腐蚀有较大影响。这些影响凶索并不是孤立存在的,而是相互关联、相互制约的。在对循环冷却水系统进行牖蚀控制时,通常是要做全面的分析,找到其根本因素,并进行综合考虑,方可制定出合适的解决办法。常采用的方法如下:

 1. 提高pH值

  资料表明,在循环冷却水系统腐蚀控翩中当pH值在4.3~9.0的范围内,其腐蚀速度无明显变化,当pH值<4.0时,腐蚀速度呈直线上升的趋势;当pH值>9.5时,水中的OFI-离子增加,增加了抗腐蚀性能,从而降低了腐蚀速度。但是,pH值控制在8.0~9.5范围内运行时,虽然腐蚀速度仍显偏高,同时,当pH值增大,冷却水中CaCO,的沉积结垢倾向加大,容易结垢和引起垢下腐蚀。


  2. 化学处理

    循环冷却水系统腐蚀控制过程中应合理选用水处理药剂,如增加缓蚀剂于阻垢剂的用量,同时投加化学药剂(如杀菌剂)抑制微生物生长。选用合适的缓蚀剂(如聚磷酸盐等)、阻垢剂、杀菌剂,可以提高防腐蚀的效果。如果结合采用合适的pH值,可以极大改善耐蚀性能,降低腐蚀的速率,降低结垢和防止垢下腐蚀,使循环水系统可以在较恶劣条件下正常运行。


  3. 控制氯离子含量和温度

   大多数点蚀都与冷却水中的氯离子有关,通常氯离子含量越高,点蚀越严重。温度对点蚀的影响也很大.温度越高,点蚀程度也越严重。系统采取了不同的氯离子含量控制,同时考虑了温度限制条件。


  4. 加入稳定化元索

   发生晶问腐蚀的电化学条件主要是由于晶粒和晶界区的组织不同,因而电化学性质存在显著差异,从而在某些介质环境下,腐蚀丰要发生在金属材料的品粒间界区,沿着晶界发展,即晶界区溶解速度远大于品粒溶解速度,晶界发生首先腐蚀。通常情况下,可以加入稳定化元素或者减少所用钢中的含碳量,调整材料的化学成份,减少形成碳化铬的可能性,如加入钛或铌等,降低形成晶界腐蚀的倾向,防止产生晶界腐蚀。另一方面,也应该控制在危险温度区的停留时间,防止过热,抑制碳化物析出。

   此外,生产实践中还必须减少冷却水中的悬浮物和微生物的养料,以控制循环冷却水系统中的微生物生长条件,减少因其引起的金属腐蚀和污泥产生。例如,油类是微生物的养料,应及时采用机械除油和化学手段清除污人冷却水系统中的油。


    循环冷却水系统的腐蚀原因是多方面,对其进行腐蚀防护设计时,应根据不同部分的实际情况,有针对性地制定科学的防腐方案,并严格按技术规范,生产中建立水处理岗位,配备化验室,专人负责日常监测管理,定期维护,才能取得理想的保护效果,延长系统寿命,从而保证机组的安全运行。

 

 

 
 

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