作者：张振达1张福祥2陈静3
单元：1甘肃电力实验研究所2甘肃年夜唐连城发电有限责任公司3中国科学院兰州化学物理研究所

摘要：不锈钢换热器在石化、电力工的生产中有着普遍的运用。可是，不锈钢管局部侵蚀（主要是孔蚀和应力侵蚀破裂）的成长速度和所酿成的破坏也是惊人的。本文简要介绍了不锈钢的侵蚀类型；针对火电厂运行、基建机组凝汽器不锈钢管的防侵蚀工作，论述了响应的化学处置措施和成功的工作实例。

要害词：不锈钢；凝汽器；孔蚀；应力侵蚀破裂；防腐；化学处置
1不锈钢换热器的运用情况

　　不锈钢是铁、铬和镍的合金，早泛起在２０世纪初。铬镍钢，非凡是18Cr－8Ni型奥氏体不锈钢，由于它在许多化学介中具有高度的稳定性，而且能耐高温气体侵蚀，所以在化学工中获得普遍的运用，在许多有机产物和聚合物的生产进程中（如尿素、醋酸、聚丙烯、聚乙烯醇等），年夜大都装备都是由铬镍合金钢和奥氏体不锈钢制造的。其中年夜与各类工水接触的列管换热器、冷凝器和夹套反应器多用奥氏体不锈钢（主要类型为AISI304、304L、316、316L）制造。

　　在电力工中，不锈钢的运用范围也越来越普遍。在发电厂，不锈钢主要用来制造凝汽器的冷却管。

　　凝汽器是汽轮发机电组的重要辅机，它的性能黑白直接影响机组的运行。而它的主要传热组件—冷却管，是凝汽器的重要部门，价格占其总价的一半以上。是以，冷却管的选材和选型是凝汽器的设计要害。

　　早在20世纪90年月初，我国就起头运用螺旋槽管传热理论，研制新型凝汽器。经过频频论证和实验，研制出理想的冷却管凝汽器—高效不锈钢波螺焊管凝汽器。

　　不锈钢波螺焊管比铜管的整体传热系数提高25～30，在几家热电厂的现实运行傍边，当连结真空度不变的情况下，轮回水比原铜管少20；当轮回水不变时，真空度提高5以上。由于不锈钢的强度和概况硬度都高于铜管，非论是汽侧的高速蒸汽及水滴，仍是水侧的泥沙污垢及进口湍流，都不成能对不锈钢管形成冲蚀。是以，它更能顺应于江、河等含沙污垢水，及排汽温度较高的轮回水供热场所。

　　今朝，随着科学技术的前进和成长，我国已能自行生产不锈钢波螺焊管，有的已赶超国外进步前辈水平，而且价格适中，造价比铜管廉价10左右，1台30万千瓦机组凝汽器可勤俭60～100万元材料费用。
2不锈钢换热器的侵蚀类型

　　虽然不锈钢在各类工水中具有很低的周全侵蚀速度（如在流速0.3～0.6m/s的海水中，316不锈钢的侵蚀速度仅0.5μm/a），但在现实工生产条件下，不锈钢装备，非凡是各类工水冷却器，侵蚀破坏的事故却十分频仍。我国新建的十几套年夜型化肥厂（年产30万吨合成氨，48万吨尿素）在生产运行1～2年后，各厂的不锈钢水冷却器相继泛起侵蚀破坏，今朝已更换数十台，而且破坏仍在继续发生，造成了庞大的经济损失。

　　所有这些侵蚀破坏都是由局部侵蚀（主要是孔蚀和应力侵蚀破裂）酿成的。日本侵蚀工程师协会协同日本不锈钢学会、日本化学工程师协会曾分析检查了700台不锈钢管壳式水冷器1，成效有85台已发生应力侵蚀破裂（占12.1），其中使用寿命为1～3年的占52.9，使用寿命跨越10年的仅占9.4，这充实反映出不锈钢侵蚀破坏的严重性。

　　与化学工相比，不锈钢在电力工中的使用情况是时间短、范围小。发生在化学工中的不锈钢侵蚀破坏的严重问题必需引发我们的高度重视。在电力工中，为了防患于未然，本文将简要说明不锈钢的侵蚀类型，重点论述不锈钢的防侵蚀对策。

　　不锈钢的侵蚀形态可分为周全侵蚀和局部侵蚀。在各类工水中，不锈钢具有很低的周全侵蚀速度,在理想情况下每１００万年才能侵蚀１厘米。是以、周全侵蚀的风险极小。

　　在现实运用中，不锈钢的局部侵蚀（主要是孔蚀和应力侵蚀破裂）能造成庞大的破坏。这类侵蚀往往在装备某处发生和扩年夜，终致使不锈钢装备的侵蚀报废。

2.1在工水中不锈钢的孔蚀

　　孔蚀是一种极真个局部侵蚀形态。蚀点从金属概况发生后，向纵深成长的速度年夜于或等于横向成长的速度，侵蚀的成效是在金属概况上形成蚀点或小孔。蚀点有时是彼此孤立的，有时则彼此靠得很近，好象是一个粗拙概况。蚀点的直径可年夜可小，但年夜大都情况下是比力小的，有的只有几十个微米。上面经常笼盖着侵蚀产物，是以不容易检查出来。很难由实验室的实验来预估其侵蚀速度。有时形成蚀点需要较长时间，约几个月或几年。一旦形成，成长又较快，经常突然泛起侵蚀损坏（穿孔）。是以，孔蚀是一种风险很年夜的、剧烈的局部侵蚀形态2。

　　年夜研究3已揭示出，孔蚀发生在附着物或沉积物下。一旦接纳措施消除附着物或沉积物，问题也就避免了。

2.2在工水中不锈钢的应力侵蚀破裂

　　在工水中奥氏体不锈钢的应力侵蚀破裂是由孔蚀诱发的，两者的影响参数不异，只是各自所要求的临界值分歧4。

　　对于发生在各类水冷器上的应力侵蚀破裂，往往温度的影响要比Cl－浓度的影响还重要，是以要注重氯离子浓度和温度的联合作用。

　　由于实验室实验成效与生产操作条件下的破坏现象存在差异，人们对不锈钢装备非凡是换热器的应力侵蚀破裂条件进行了屡次工实用装配破坏情况的查询拜访统计分析。美国杜邦公司对685台18Cr－10Ni型不锈钢装备报废缘由的分析指出，应力侵蚀破裂和孔蚀占38；日本对954台这类材料装备的破坏缘由分析指出，应力侵蚀破裂和孔蚀占63（其中应力侵蚀破裂占38，孔蚀占25）。西野知良和藤上关卫早在1990年就报道了他们对化工场奥氏体不锈钢焊接部门破坏的查询拜访成效5。
3避免不锈钢在水中局部侵蚀破坏的途径

　　虽然到今朝为止，还没有完全弄清晰侵蚀的机理，也不能提出完全避免或消除侵蚀的鸿沟条件。现实生产中也经常发现这类情况：工作条件年夜致不异的两台装备，寿命却相差十分悬殊；再有，统一种不锈钢在氯离子浓度低（仅10～20mg/L）的冷却水中发生了应力侵蚀破裂，而在氯离子浓度高的海水中却持久平安使用。

　　对年夜工装备运行情况的统计分析，和许多深进的实验室研究，使我们可以熟悉到影响不锈钢孔蚀和应力侵蚀破裂的主要身分，并提出一些统计纪律来，这无疑是有益于延长不锈钢装备的操作寿命的。

　　由于不锈钢装备的报废完全是由局部侵蚀破坏，主要是孔蚀和应力侵蚀破裂所酿成的，是以对工水追求合理、经济、有用的防侵蚀措施，一直是列国悉心研究的对象。今朝虽还没有到达完善的境界，但仍是找到了各类有用法子，可供现实生产的需要和条件来加以运用。

3.1选用耐局部侵蚀破坏的合金材料

　　持久以来，认为镍铬奥氏体钢具有应力侵蚀破裂倾向，只有纯铁素体高铬不锈钢没有这类倾向。现实上，高镍（35～40）奥氏体不锈钢对应力侵蚀破坏也是免疫的6，只有含镍8～10的18Cr钢对应力侵蚀破裂敏感。现在，研究人员采用聚焦离子束二级离子谱技术证实：材料加工技术的改良也能够削减低品级不锈钢侵蚀。

3.2采用退火处置来消除应力

　　为了完全消除应力，退火应在850℃以上进行，这在现实运用时，往往因装备尺寸太年夜或可能发生变形而办不到。为了避免不锈钢的晶间应力侵蚀破裂，凡是在550～600℃低温退火，这对消除应力也是有用的。此外在制造装备时，还应注重：

　　（1）有可能致使发生应力侵蚀破裂的介，不答理在抛光时运用；

　　（2）酸洗后应将残液充实断根失落，并接纳钝化工艺7；

　　（3）焊薄壁管时，应消除因对得不直所发生的不均形变。
3.3其它庇护方式

　　许多防侵蚀措施在一定条件下都可收到一定效果，如涂层，只要能避免片状剥落就有用。下面再介绍几种防护方式：

3.3.1阴极庇护

　　在电位为－0.8V（对Ag/AgCl电极）时，可以抑制与碳钢接触的CrNi钢的裂缝侵蚀，对304和316不锈钢效果较着。在安静冷静僻静海水中可采用铝牺牲阳极进行阴极庇护。

3.3.2用缓蚀剂避免应力侵蚀破裂

　　奥氏体不锈钢的应力侵蚀破裂发生在活化电位区，必需使用吸附型缓蚀剂对其笼盖。吸附型缓蚀剂的主要成份是有机杂环化合物和有机胺为主体的衍生物，其中的有机胺衍生物在金属概况的阴极区发生了活化电位区；亲水团体中的未公用电子对与金属元素d轨道杂化进行配位连系发生了化学吸附；缓蚀剂份子中的不饱和键也经由过程Л键的作用在金属概况形成共轭作用增强了化学吸附。因而在金属概况形成致密吸附膜，抑制了金属侵蚀进程8。

3.3.3接纳措施下降与冷却水接触的传热面的概况温度

　　若将概况温度降至临界温度以下，就可年夜年夜削减发生应力侵蚀破裂的可能性，而且这类方式要比其它任何法子更有用。为了下降概况温度，尽采用高流速低温水来冷却，以下降概况温度。

3.3.4消除不锈钢管概况的附着物

　　3.3.4.1对于火力发电厂的运行机组，其凝汽器不锈钢管水侧概况的附着物是铁锈和垢，对于已泛起的锈、垢，应采用硝酸清洗除往，化学清洗时，应避免带进氯离子9。只要能连结不锈钢概况的清洁，就可收到秀的庇护效果。

　　化学清洗系统为：清洗箱→清洗泵→姑且进液管→凝汽器→姑且回液管→清洗箱

　　在生产运行中，各厂应凭据具体水和使用的缓蚀阻垢药剂，经由过程实验肯定运行指标(浊度、硬度和水流速等)，以避免概况泛起沉积物的问题。

3.3.4.2对于火力发电厂的基建机组，新不锈钢管的内、外概况的附着物是一层成份复杂的有害膜、化学抛光材料10和污染附着物。其中有害膜和化学抛光材料是不锈钢管在加工进程中发生的；污染附着物是土壤，沙砾、水泥等含硅物资，是不锈钢管在贮存、安装时代污染和附着上的（西北地域风沙较年夜，这类状态更严重）。同时、新管在生产、运输和安装进程中又造成了残留应力。

　　由于孔蚀是发生在附着物或沉积物下的3，而不锈钢的应力侵蚀破裂又是由孔蚀诱发的4，所以务必完全除往不锈钢管概况的有害膜及附着物，以消除不锈钢局部侵蚀（主要是孔蚀和应力侵蚀破裂）的重要诱发身分。

　　国内外的防腐理论和经验都讲明：不锈钢的秀耐蚀性依靠于其概况存在的钝态氧化膜，而概况清洁、结构均一，是形成平均、致密钝化膜的条件条件。化工系统正是吸收了之前的教训，使用了一种具有较强的渗透、剥离、清洗缓和蚀能力的清洗药剂，对其不锈钢换热器进行了投运前的清洁处置，才使得侵蚀事故年夜年夜削减。有资料讲明11：该产物系美国技术生产，主要用于不锈钢概况的清洁和钝化处置，不发生侵蚀，清洗、钝化一次完成，反应速度快，断根完全。该产物普遍用于化工、电力、食物、印染、航空等行的不锈钢装备、压力容器、工程构件等概况处置。凭据我们已进行的清洗实验和清洗分析，也证实了这类药剂简直能够完全断根不锈钢管概况的污染物和有害膜，不侵蚀管材，并能对概况进行清洗中钝化。药剂也合适Q/SDP008-2002新版尺度。经中国科学院兰州化学物理研究所仪器测试后证实：不锈钢管概况庇护层致密、化学成份平均、耐侵蚀性强。是以，在火力发电厂基建机组中的凝汽器不锈钢管内、外概况化学清洗工作中，应使用不锈钢用清洗剂。

　　由于凝汽器不锈钢管排列慎密，不能进行人工清洗，只能进行化学轮回清洗。

　　3.3.4.2.1对于凝汽器不锈钢管汽侧概况，清洗药剂应为CA-1s，化学清洗系统为：凝汽器低部→凝聚水泵→凝汽器上部。从凝汽器上部人孔加药，启动凝聚水泵，进行闭式轮回以增强清洁处置效果，清洗进程中应监视温度，尽不答理跨越凝汽器运行温度。

　　3.3.4.2.2对于凝汽器不锈钢管水侧概况，清洗药剂应为CA-1s，化学清洗系统为：轮回冷却水塔→轮回水泵→凝汽器本体→轮回水回水管→轮回冷却水塔

　　备注：在3.3.4.1，3.3.4.2小节中所设计的化学清洗系统，均在甘肃华能平凉发电有限责任公司#1～#4(4×300MW)基建机组和甘肃年夜唐连城发电公司#3～#4(2×300MW)基建机组的凝汽器化学清洗中进行了现场实施和证实凝汽器化学清洗中进行了现场实施。经过检验，证实化学清洗工艺和是完全成熟和靠得住的12。
4竣事语

　　不锈钢是耐侵蚀的，可是、政府部侵蚀活化点一旦形成，成长又较快（其侵蚀速度高可达10000mm/a9,相当于1.15毫米/小时），经常会突然泛起侵蚀损坏（穿孔或破裂）而带来灾难性的后果。是以、在熟悉上、工作中应予以高度重视。

　　侵蚀虽然只泛起在装备的运行阶段，但从《装备综合工程学》的概念看，其发生的缘由却蕴育于研究、设计、制造、安装、调试、维修等阶段。解决的措施也必需在各个阶段实现。
参考文献

1ShiroHaruyama,MP,21,No3

2《热力装备的侵蚀与防护》，王杏卿编，武汉水利电力学院

3TrumanJ.E.PirtK.R.Corros.Sci.17No1

4左景伊等化工学报No4

5西野知良，藤口关卫，石油学会志13No7

6KatsumiYamamoto,NaohikoKagawa,MP,20,No6

7FasslerK.,SpahnH.,《第八界金属侵蚀会群情文选集》（下卷），71

8《缓蚀剂》，张天胜编，化学工出书社邃密化工出书中心

9《侵蚀与防护手册-侵蚀理论·实验及监测分册》，化学工部化工机械研究院主编，化学工出书社出书

10《侵蚀与防护手册-侵蚀理论·化工生产装配的侵蚀与防护分册》，化学工部化工机械研究院主编，化学工出书社出书

11《邃密化工助剂-邃密化工产物手册》，周学良主编，化学工出书社邃密化工出书中心出书

12《300MW基建机组热力系统清洁处置和防腐工作的新工艺》，张振达、张红星等，《中国电力》，（2004年第11期）
作者简介：

张振达（1963-），男，陕西汉中人，理学硕士，工程师，甘肃电力公司电厂化学技术带头人，兰州陇能电力科技有限公司副总司理，从事电厂化学工程技术的研究及运用。E.mail:longnengkeji@gsdys.com。电话：13993178822。