海水凝汽器海優(yōu)管與AL-6XN管板的電偶腐蝕

梁 磊，徐 剛，梁碧筠，呂楠楠，潘逸瓊

(1.上海電力學院能源與機械工程學院，上海 200090;2.華東理工大學生物工程學院，上海 200237)

海優(yōu)是美國普利茅斯鋼管公司(Plymouth Tube Company)生產的超級鐵素體不銹鋼管Sea-Cure的中文譯名.與鈦管和白銅管相比，超級鐵素體不銹鋼管具有較好的技術經濟性能，因此歐美發(fā)達國家在20世紀70年代就開始使用超級鐵素體不銹鋼管.2000年以后，美國沿海電廠凝汽器大多采用海優(yōu)超級鐵素體不銹鋼管(以下簡稱海優(yōu)).截至2007年3月，全球凝汽器中使用海優(yōu)的總長度已達 2.2 ×107m[1，2].

2008年，我國廣東沿海S電廠開始使用海優(yōu)，遼寧沿海Y電廠也準備使用海優(yōu).廣東S電廠是將白銅管換成海優(yōu)管，而管板未變，據電廠工作人員介紹，管板材料是普通不銹鋼316，短時間內發(fā)生了非常嚴重的電偶腐蝕，繼而發(fā)生了“不同金屬縫隙腐蝕(DMC)”，這是一種罕見特有的腐蝕形態(tài)[3].由于現(xiàn)有技術的限制，超級鐵素體不銹鋼板的厚度均小于3 mm，不可能用超級鐵素體不銹鋼制造管板，因此美國普利茅斯鋼管公司建議遼寧Y電廠采用超級奧氏體不銹鋼AL-6XN(以下簡稱AL-6XN)制造管板.在這一情況下，對海優(yōu)管與AL-6XN管板的電偶腐蝕問題進行研究是十分必要的.

1 試驗過程

根據對遼寧Y電廠大量凝汽器工況條件數據的統(tǒng)計分析，確定的試驗介質條件見表1.

表1 海優(yōu)與AL-6XN的電偶腐蝕試驗介質條件

將AL-6XN制成條狀電極，海優(yōu)制成條狀和管狀電極，除了將鋸口打磨光滑外，其余表面保持供貨狀態(tài).AL-6XN和海優(yōu)的面積比分別為2∶2和2∶80，用ZF-3恒電位儀測定這2對電極不同時間的電偶腐蝕電流和偶接混合電位.將AL-6XN和海優(yōu)制成條狀電極各2條，將其中各一條的鋸口打磨光滑，其余表面保持供貨狀態(tài);再將另外2條均逐級打磨至金相砂紙02#程度，用ZF-10數據采集存貯器連續(xù)測定這4個電極的自然電位(自腐蝕電位)，電位測量時均采用同一飽和氯化銀參比電極.在試驗結束后進行偶接試驗:將電位差較大的2個測自然電位的打磨態(tài)的海優(yōu)和AL-6XN電極接入電位計和零電阻電流計，同時測量電偶電流和各自電位的變化.

另外，在試驗前后，將2對測電偶腐蝕電流的電極和2條供貨態(tài)的測自然電位的電極洗凈、干燥至恒重后，用讀數精度為0.1 mg的電子分析天平稱重，并用失重法測量其總腐蝕量.

2 試驗結果與討論

2.1 電化學方法試驗

電偶腐蝕最重要的參數是電偶腐蝕電流，它反映了電偶腐蝕是否發(fā)生以及電偶腐蝕的程度和速度[4].面積比分別為2∶2和2∶80的2對 AL-6XN和海優(yōu)電極的“電偶腐蝕電流”從開始到最終基本上均為零.也就是說，AL-6XN和海優(yōu)電偶對沒有發(fā)生電偶腐蝕.

2個供貨態(tài)的AL-6XN和海優(yōu)電極在Y電廠海水中的自然電位見圖1;2個打磨態(tài)的AL-6XN和海優(yōu)電極在Y電廠海水中的自然電位見圖2.不同試驗介質條件下，浸泡1天、30天、64天、78天和85天后的海優(yōu)和AL-6XN的自然電位E，以及2對面積比分別為2∶2和2∶80的AL-6XN和海優(yōu)電極的偶合電位Eg見表2.

圖1 供貨態(tài)的海優(yōu)和AL-6XN電極在Y電廠海水中的自然電位

圖2 打磨后的海優(yōu)和AL-6XN電極在Y電廠海水中的自然電位

結合表1中的試驗條件和時間，對4個AL-6XN和海優(yōu)供貨態(tài)和打磨態(tài)電極的自然電位，以及同一狀態(tài)的電位差進行統(tǒng)計計算和分析可知:

(1)原供貨態(tài)表面狀態(tài)下的AL-6XN和海優(yōu)的自然電位比較接近，電位差較小，平均電位差為11.25 mV，最小電位差為-50 mV，最大電位差為38 mV;

(2)表面經過打磨后的AL-6XN和海優(yōu)的自然電位也比較接近，電位差較小，平均電位差為31 mV，最小電位差為-13 mV，最大電位差為90 mV，絕大多數電位差均小于45 mV;

(3)在本試驗范圍內，氯離子濃度對自然電位和電位差的影響較小，而溫度對自然電位的影響較大，溫度越高，自然電位越小，但溫度對電位差的影響不大.

表2 不同浸泡時間和試驗介質條件下的海優(yōu)和AL-6XN的自然電位E及偶合電位Eg mV

2個海優(yōu)和AL-6XN電極在Y電廠海水中偶接后，其電位隨時間變化的曲線如圖3所示.

由圖3和零電阻電流計的讀數記錄可以得出以下結論.

(1)偶接前的電位差約為44 mV.

(2)接入瞬間的最大電偶電流約為0.6 μA，電極面積約為2.5 cm2，因此接入瞬間的最大電偶電流密度約為0.24 μA/cm2.電極很容易極化，在偶接約20 s后，兩個電極的電位差由44 mV突變?yōu)榱?，電偶電流也迅速降為?這正是兩種材料不容易發(fā)生電偶腐蝕的重要原因.

(3)陽極極化程度大于陰極，即AL-6XN更容易極化.

從全部試驗數據來看，用AL-6XN做凝汽器管板，海優(yōu)做冷卻管，一般不會發(fā)生電偶腐蝕.

2.2 腐蝕失重試驗

電化學試驗結束后，取出的海優(yōu)和AL-6XN不銹鋼電極全部光亮如新，無任何銹斑.將2對測電偶腐蝕電流的電極和2條供貨態(tài)的測自然電位的電極洗凈、干燥至恒重后，再用讀數精度為0.1 mg的電子分析天平稱重.腐蝕失重試驗結果見表3.

表3 腐蝕失重試驗結果 g

由表3可知，在試驗的85天中，不計稱量誤差，海優(yōu)和AL-6XN不銹鋼腐蝕失重均為零，沒有發(fā)生電偶腐蝕和其他腐蝕.綜合本次腐蝕失重試驗、以前的海優(yōu)不銹鋼管點蝕電位試驗[1]，以及國外的使用經驗可知，海優(yōu)和AL-6XN不銹鋼可以在海水中使用，且一般不會發(fā)生腐蝕.

3 結論

(1)在本試驗范圍內，氯離子濃度對自然電位和電位差的影響均不大.而溫度對自然電位的影響較大，但對電位差的影響不大.

(2)在試驗的85天中，海優(yōu)與AL-6XN的電位差均很小.

(3)海優(yōu)與AL-6XN偶接后容易極化，在偶接約20 s后，兩電極的電位差突變?yōu)榱?，同時電偶電流也迅速降為零.這是兩種材料不容易發(fā)生電偶腐蝕的重要原因.

(4)腐蝕失重均為零，且不同面積比的2組AL-6XN與海優(yōu)電極的“電偶腐蝕電流”從試驗開始到結束基本上均為零.因此，在Y電廠的海水條件下，用AL-6XN做凝汽器管板，海優(yōu)做冷卻管，一般不會發(fā)生電偶腐蝕.

[1]梁磊，陳胤強，李政，等.沿海電廠凝汽器用管材研究[J].中國電力，2009，42(1):66-69.

[2]JANIKOWSKI Daniel S. Super-ferritic stainless steels rediscovered[R/OL].[2012-10-20].http∥www.stainlesssteel-world.net.

[3]MAURER Jack R.Stainlesssteelcondensertubing，three decades of problems，performance，and progress[C]∥United Kingdom:Second International Symposium on Condenser＆Condensation，1990:4-5.

[4]梁磊，周國定，解群，等.不銹鋼管凝汽器管板電偶腐蝕的研究[J].上海電力學院學報，2009，25(5):457-460.