不锈钢厂家316L不锈钢管管道点腐蚀的理论分析

不锈钢厂家316L不锈钢管管道点腐蚀的理论剖析
1、循环 >循环水旋转滤网反冲刷体系简介
循环水过滤体系(CFI)的首要设备是旋转海水滤网,在其作业中要不断铲除滤出的污物,经过反冲刷体系来完毕。反冲刷的水源与主循环水相同引自旋转滤网后的海水水室,后经两级泵加压和中心过滤输至旋转滤网的特定部位冲刷污物,规划流速2.3m/s。反冲刷海水管道规划选用公称直径150mm(壁厚7.11mm)的316L不锈钢管。运送的海水含氯量为17g/L,摩尔浓度为0.48mol/L,为防止回路中海生物繁衍,注进次氯酸钠溶液,使循环水进口次氯酸钠的质量分数操控在1×10-6。
2、不锈钢厂家不锈钢厂家316L不锈钢管道的运用状况不锈钢厂家
不锈钢厂家CFI体系于2000-05-17完毕设备交给调试,进行单体调试及体系试运。2001年4月,1号机组管道初度呈现走漏,走漏部位位于管道竖直段与水平段弯头焊口处,走漏点表现为穿透性孔,孔的直径很小,但肉眼可见,管道内壁腐蚀处呈扩展状褐色锈迹,判定为典型的不锈钢点腐蚀。其时的处理办法是切除走漏的管段,替换同材料的新管段,并在新管段底部添加了一个疏水阀,意图是在管道停运期间排空管内积水以防止腐蚀的再次发作。但在2001年9月,1号机管道又发现漏点。2001年10月电厂挑选将悉数反冲刷管道替换为碳钢衬胶管道。改造后作业至今未发作走漏。
3、不锈钢厂家316L不锈钢的抗腐蚀性剖析
316L不锈钢属300系列Fe-Cr-Ni合金奥氏体不锈钢,因为铬、镍含量高,是最耐腐蚀的不锈钢之一,并具有很好的机械功用。字母“L”标明低碳(碳含量被操控在0.03%以下),以防止在临界温度规划(430~900℃)内碳化铬的晶界堆积,在焊后供给特别好的耐蚀性。但316L不锈钢抗氯离子点腐蚀的才华较差。
4、不锈钢厂家不锈钢的点腐蚀机理不锈钢厂家
不锈钢厂家在金属外表部分当地呈现向深处打开的腐蚀小孔,其他外表不腐蚀或腐蚀很略微,这种形状成为小孔腐蚀,简称点蚀。金属腐蚀按机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。点腐蚀归于电化学腐蚀中的部分腐蚀。一种点蚀是由部分充气电池发作,类似于金属的缝隙腐蚀。另一种更常见的点蚀发作在有钝化表现或被高耐蚀性氧化物掩盖的金属上。
4.1 电化学腐蚀的根柢原理
经过原电池原理能够更好地阐明电化学腐蚀机理。当2种生动性不同的金属(如铜和锌)浸进电解质溶液,2种金属间将发作电位差,用导线联接将会有电流经过,在此进程中生动金属(锌)将被耗费掉,也就是被电化学腐蚀。不同于化学腐蚀(如金属在空气中的氧化,锌在酸溶液中的析氢),电化学腐蚀必定有电流发作,而且电流量的大小直接与腐蚀物的天然生成量相关,即电流密度越大腐蚀速度越快。
各种金属在电解质溶液中的生动程度可用其规范电极电位标明,即金属与含有单位活度(活度与浓度正相关,在浓度小于10-3mol/L时以为两者值相同)的金属离子,在温度298K(25℃),气体分压1.01MPa下的平衡电极电位。
规范电极电位越低,金属或合金越生动,在与高电位金属组成电偶对时更易被腐蚀。由此可见,挑选金属规范电极电位的要素除了金属的实质外还有:溶液金属离子活度(浓度)、温度、气体分压。其他一个重要影响要素是金属外表掩盖着的薄膜。除了金、铂等极少数贵金属外,尽大多数金属在空气中或水中能够构成具有必定维护效果的氧化膜,否则大部分金属在自然界就无法存在。金属外表膜的性质对其腐蚀发作及腐蚀速度都有着重要影响。
4.2 不锈钢的耐腐蚀原理不锈钢厂家
不锈钢的重要要素在于其维护性氧化膜是自愈性的(例如它不象挑选性氧化而构成的那些维护性薄膜),致使这些材料能够进行加工而不失往抗氧化性。合金有必要含有满意量的铬以构成根柢上由Cr2O3组成的表皮,以便利薄膜弄破时有足足数意图铬(Cr3)阳离子从头构成薄膜。假定铬的份额低于彻底维护所需求的份额,铬就溶解在铁外表构成的氧化物中而无法构成有用维护膜。起彻底维护效果所需的铬的份额取决于运用条件。在水溶液中,需求12%的铬发作自钝化效果构成包括许多Cr2O3的很薄的维护膜。在气态氧化条件下,低于1000℃时,12%的铬有很好的抗氧化性,在高于1000℃时,17%的铬也有很好的抗氧化性。当金属含铬量不行或某些原因构成不锈钢晶界呈现贫铬区的时分,就不能构成有用的维护性膜。
4.3 氯离子对不锈钢钝化膜的损坏
处于钝态的金属仍有必定的反响才华,即钝化膜的溶解和修改(再钝化)处于动平衡状况。当介质中含有活性阴离子(常见的如氯离子)时,平衡便遭到损坏,溶解占上风。其原因是氯离子能优先地有挑选地吸附在钝化膜上,把氧原子排挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结组成可溶性氯化物,效果在新露出的基底金属的特定点上天然生成小蚀坑(孔径多在20~30μm),这些小蚀坑称为孔蚀核,亦可理解为蚀孔天然生成的活性中心。氯离子的存在对不锈钢的钝态起到直接的破环效果。图1表征了金属钝化区随氯离子浓度增大而减小。
A-不存在氯离子;B-低浓度氯离子;C-高浓度氯离子
图1关于呈现出钝化性的金属,氯离子对阳极极化曲线的效果[2]
图1是对含不同浓度氯离子溶液中的不锈钢试样选用恒电位法测量的电位与电流联络曲线,从中看出阳极电位抵达必定值,电流密度遽然变小,标明开始构成安稳的钝化膜,其电阻比较高,并在必定的电位区域(钝化区)内坚持。图中闪现,跟着氯离子浓度的升高,其临界电流密度添加,初级钝化电位也升高,并缩小了钝化区规划。对这种特性的解说是在钝化电位区域内,氯离子与氧化性物质竞赛,而且进进薄膜之中,因而发作晶格缺点,下降了氧化物的电阻率。因而在有氯离子存在的环境下,既不简略发作钝化,也不简略坚持钝化。
在部分钝化膜损坏的一起其他的维护膜坚持无缺,这使得点蚀的条件得以完毕和加强。依据电化学发作机理,处于活化态的不锈钢较之钝化态的不锈钢其电极电位要高许多,电解质溶液就满意了电化学腐蚀的热力学条件,活化态不锈钢成为阳极,钝化态不锈钢作为阴极。腐蚀点只涉及到一小部分金属,其他的外表是一个大的阴极面积。在电化学反响中,阴极反响和阳极反响是以相同速度进行的,因而会集到阳极腐蚀点上的腐蚀速度十分显着,有显着的穿透效果,这样构成了点腐蚀。
4.4 点腐蚀构成的进程不锈钢厂家
点蚀首要从亚稳态孔蚀行为开始。不锈钢外表的各种缺点如外表硫化物搀和、晶界碳化物堆积、外表沟槽处等当地,钝化膜首要遭到损坏露出底层金属呈现小蚀孔(孔径多在20~30μm),这就是亚稳态孔核,成为点腐蚀天然生成的活性中心。蚀核构成后,恰当一部分点仍可能再钝化,若再钝化阻力小,蚀核就不再长大。当遭到促进要素影响,蚀核持续长大至必定临界规范时(一般孔径大于30μm),金属外表呈现微观可见的蚀孔,这个特定点成为孔蚀源。蚀孔一旦构成则加速成长,现以不锈钢在充气的含氯离子的介质中的腐蚀进程为例阐明,见图2。
图2不锈钢在充气的含氯离子的介质中的孔蚀进程[4]
蚀孔内金属外表处于活态,电位较负;蚀孔外金属外表处于钝态,电位较正,所以孔内和孔外构成了一个活态——钝态微电偶腐蚀电池,电池具有大阴极——小阳极的面积比结构,阳极电流密度很大,蚀孔加深很快。孔外金属外表一起遭到阴极维护,可持续坚持钝态。
孔内首要发作阳极溶解反响:
Fe→Fe22e
Cr→Cr33e
Ni→Ni22e
孔外在中性或弱碱性条件下发作的首要反响:
1/2O2H2O2e→2OH-
由图可见,阴、阳极彼此分别,二次腐蚀产品将在孔口构成,没有多大维护效果。孔内介质相对孔外介质呈滞流状况,溶解的金属阳离子不易往外松散,溶解氧亦不易松散进来。因为孔内金属阳离子浓度的添加,带负电的氯离子向孔内搬家以坚持电中性,在孔内构成金属氯化物(如FeCl2等)的浓缩溶液,这种富集氯离子的溶液可使孔内金属外表持续坚持活性。又因为氯化物水解等原因,孔内介质酸度添加,使阳极溶解速度进一步加速,加上受重力的效果,蚀孔加速向不锈钢厂家深处打开。
跟着腐蚀的进行,孔口介质的pH值逐步升高,水中的可溶性盐如Ca(HCO3)2将转化为CaCO3堆积,效果锈层与垢层一起在孔口堆积构成一个阻塞电池,这样就使孔表里物质交流更困难,然后使孔内金属氯化物愈加浓缩,终极蚀孔的高速深化可把金属断面蚀穿。这种由阻塞电池引起孔内酸化然后加速腐蚀的效果称为“自催化酸化效果”。
发作腐蚀反响的金属外表的微环境状况十分重要,在这样的外表上构成的部分腐蚀环境与名义上的大环境有很大不同。点腐蚀的发作正是在一个与四周环境不同而且逐步恶化的微环境下进行的。
5、影响点腐蚀的要素
金属或合金的性质、外表状况、介质的性质、pH值、温度、流速和时刻等,都是影响点腐蚀的首要要素。
不锈钢性质的影响要素包括:组分、杂质、晶体结构、钝化膜。
组分、杂质和晶体结构挑选着其耐腐蚀性。比如不锈钢中加进铌和钛可有用防止碳化铬的构成,然后跋涉晶界抗腐蚀才华。适量的钼和铬联合效果可在氯化物存在的状况下有用安稳钝化膜。
许多晶界腐蚀是由热处理引起的:不锈钢在焊接等进程中加热到必定温度之后而发作碳化铬在晶界上的堆积,因而,紧靠近碳化铬的区域就耗费掉了铬,然后相关于晶内的铬更为生动。假定存在水溶液条件,就构成了以露出的铬为阳极,以不锈钢为阴极的原电池。大的阴极面积发作了阳极操控,因而腐蚀效果很严重,导致晶间分裂或点蚀。这称之为“焊接接头晶间腐蚀”,这种钢称之为“活化处理”的钢。选用低碳的奥氏体不锈钢能够减轻这个标题。
钝化膜是维护不锈钢的首要屏障,但另一方面具有钝化特性的金属或合金,钝化才华越强则对孔蚀的活络性越高,不锈钢较碳钢易发作点腐蚀就是这个道理。
孔蚀的发作和介质中含有活性阴离子或氧化性阳离子有很大联络。大多数的孔蚀案例都是在含有氯离子或氯化物介质中发作的。试验标明,在阳极极化条件下,介质中只需含有氯离子便可使金属发作孔蚀。所以氯离子又称为孔蚀的“激起剂”,而且跟着介质中氯离子浓度的添加,孔蚀电位下降,使孔蚀简略发作,而后又简略加速进行。不锈钢孔蚀电位与氯离子活度间的联络:
φb=-0.088lgαCl-0.108(V)[4]
其间,φb为不锈钢孔蚀临界电位,αCl-为氯离子活度。
试验证明[5],跟着溶液pH值的下降,腐蚀速度逐步添加,而且在pH值相一起,含不同氯离子的仿照溶液的腐蚀速度相差不大,这阐明溶液的pH值对腐蚀起着挑选性的效果。对18-8不锈钢的点蚀研讨发现,当阻塞区内的pH值低于1.3时,腐蚀速度急剧增大,这是因为发作了从钝化态向活化态的突变。因为腐蚀速度与溶液的pH值呈对数联络,因而pH值的纤细改动都会对腐蚀速度带来显着的影响。
阻塞区内除了亚铁离子的水解构成溶液pH值下降外,还因为离子强度的添加,使得氢离子的活度系数增大而下降pH值。经过试验可知,跟着氯离子浓度的升高,溶液pH值线性下降。[5]
介质温度升高使φb值显着下降,使孔蚀加速。
介质处于中止状况金属的孔蚀速度比介质处于活动状况时为大。介质的流速对减缓孔蚀起两层效果,加大流速一方面有利于溶解氧向金属外表的运送,使钝化膜简略构成;另一方面能够削减堆积物在金属外表的堆积机会,然后削减发作孔蚀的机会。
点蚀发作的诱导期一般从几个月到一年不等,视详细状况不同。
6、316L不锈钢管道的点腐蚀状况剖析
对照上述影响,不锈钢孔蚀的首要要素,对岭澳一期CFI体系反冲刷管道的点蚀倾向或加速点蚀的要素剖析如下。
6.1 材料
316L不锈钢自身具有很好的抗氧化性,而且因为操控了碳的含量,削减了焊后碳化铬的晶界堆积,在焊后供给了较好的耐蚀性。但316L不锈钢在氯化物环境中,对应力腐蚀开裂最为活络,不具备耐氯离子腐蚀的功用。现已证明将不锈钢的规范等级,如316L型不锈钢用于海水体系是不成功的[1]。其他,在焊接热影响区仍然存在焊后晶界贫铬发作的可能性,而且因为条件所限,现场焊后无法对焊缝表里表做酸洗钝化处理,其维护膜相对较差,加之焊后外表不平整度添加,这些都为孔蚀核的构成供给了条件。
6.2 介质
运送介质为0.48mol/L氯离子浓度的海水,其对不锈钢腐蚀的影响是显着的,一方面是损坏钝化膜,另一方面是不断富集的氯离子直接下降pH值。加进质量分数为1×10-6的次氯酸钠,对氯离子含量的进步可忽略不计。但次氯酸钠的存在,对跋涉介质含氧量,加速阴极往极化起到了促进效果,因而加速了点蚀速度。
6.3 温度和pH值
环境温度和海水整体的pH值改动不大,对反冲刷管道点蚀的影响很小。
6.4 流速
管道内海水在试运期间长时刻处于滞流状况,为点蚀的构成供给了充沛的条件。在正常作业期间,管道内海水规划流速在2.3m/s,因为水流冲刷,初步构成的亚稳态孔核中很难构成阻塞电池的条件,孔蚀进一步打开的条件“氯离子富集”、“酸性添加”和孔内“不锈钢活化态”等都难以坚持。但在长时刻停运状况下,这些阻塞电池条件都得以完毕,为孔蚀的快速打开供给了超卓条件。
综上所述,材料不耐氯离子腐蚀、介质含氯离子和长时刻滞流的状况这几项要素一起影响,促成了岭澳一期CFI反冲刷管道的点腐蚀。
7、对反冲刷管道可选用的防护办法 >防护办法
经过剖析影响点蚀的要素能够看出,材料、介质、流速和时刻是构成反冲刷管道316L不锈钢点蚀的首要要素。介质是无法改动的,长时刻滞流现象的存在也是无法防止的。在对反冲刷管道走漏的处理和改造中,早年加装了疏水管线,但没有实践效果,因为不行能排尽悉数海水并充沛单调,即便存在极少量海水腐蚀仍可在管道底部沿重力方向进行,而且因为溶液中含氧量的添加和海水的蒸腾浓缩会加速腐蚀。
参看操控腐蚀的5种根柢办法,即:改用更恰当的材料、改动环境、运用维护性涂层、选用阴极维护或阳极维护、改进体系或构件的规划[1]。其间,可选用的是改用材料和运用维护性涂层。选用外加阴极电流维护能够克制不锈钢点蚀,但是所需费用较名贵,而且会对四周没有维护的金属部件加剧腐蚀。
因而,处理反冲刷管道点蚀的有用办法就是,从跋涉管道内壁抗腐蚀性方面考虑。在现场实践改造中,选用了运用广泛的碳钢管道加硫化橡胶面料的办法。
(1)撤消悉数不锈钢管道,参照原管线途径现场规划为法兰联接碳钢管道(衬胶管道不能选用焊接)。
(2)现场加工制造碳钢管道后送交专业衬胶厂家。
(3)在衬胶厂对碳钢管段进行表里外表喷砂处理。然后外外表涂防锈底漆,表里表手工粘衬橡胶皮。
(4)对衬胶进行电火花查验,以确保衬胶的连续性,对单个缺点点选用环氧树脂补胶处理。
(5)对橡胶进行硫化熏蒸处理,使衬胶硬化。
(6)设备时法兰联接选用橡胶垫,联接螺栓选用镀锌螺栓加防腐涂层。设备后管道外表涂防腐面漆。
近年来因为钢铁出产技能的不断跋涉,运用耐氯离子腐蚀的双向不锈钢已成为实践。
双向不锈钢是在不锈钢中添加必定含量的钼,并加进较奥氏体不锈钢更高含量的铬,较高的铬、钼含量组合能获得超卓的抗氯化物点蚀和缝隙腐蚀功用。这是第一代双相不锈钢。在双相不锈钢中再加进氮促进奥氏体的构成并改进拉伸功用和耐点蚀功用,这就是第二代双相不锈钢。
奥氏体不锈钢和双相不锈钢(不能用于铁素体不锈钢)的耐点蚀功用能够用耐点蚀当量(PREN)猜想:
PREN=Cr3.3(Mo0.5W)xN[1]
其间Cr、Mo、W和N就是资猜中铬、钼、钨、氮的含量,这些合金化元素都对耐点蚀功用起着正面的效果。关于双相不锈钢,x=16,关于奥氏体不锈钢,x=30。
在田湾核电站 >核电站的规划中,其核岛重要厂用水管道就选用了2507双相不锈钢来运送海水,现场实践作业超卓。
8、对海水管道选材的主张
碳钢衬胶管道和双相不锈钢管道在运送海水方面都能起到超卓的防腐效果且能满意强度要求。在实践运用中,衬胶管道造价低、运用寿数较长(衬胶设备运用20年耐腐蚀功用不会下降)但施工杂乱,尤其是毕竟调整段的衬胶有必要在现场外专业厂进行,对施工进度有严重影响。而双相不锈钢可焊接、设备便利、寿数期长,是一种较志趣的挑选,只是在以往的规划中因为价格名贵不被选用。近几年跟着钢铁技能的不断跋涉,双相不锈钢的产量和用量不断添加,价格也在一步步下降,往后工程中运用双相不锈钢管道将是打开趋势。
9、对电厂防腐的主张
据统计,不锈钢厂家在电站整个作业期内,因为腐蚀和磨损而损失掉的金属约占其原有分量的8%。而单个部件和部位的腐蚀引起的失效,更是给电厂作业带来巨大损失。电站防腐是一项杂乱而又广泛的作业,需求从规划、监造、施工、作业各个环节加以操控。本文所述的316L不锈钢管道孔蚀失效事情就是一个从选材到施工以及作业各种要素概括影响的效果,它带来的损害是清楚清楚的。其他电站作业中低压给水体系的二氧化碳腐蚀、高压加热器的氧腐蚀、设备停用阶段的氧腐蚀、核岛蒸腾器传热管的晶间腐蚀与应力开裂、凝汽器走漏对蒸腾器二次侧的腐蚀等标题,都给电站安全带来很大损害。因而,主张建立一个专门的腐蚀操控小组,从专业角度对规划、制造、储运、施工、作业全进程进行监控,以防止和削减腐蚀的发作。其他,加强整体技能职工的腐蚀与防护根柢知识操练,使我们从原理上了解,在作业中就能有认识地加以防护。


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