氯離子對(duì)電站常用金屬材料腐蝕行為的影響解析

賀利鋒

（西安核設(shè)備有限公司，陜西 西安 710021）

電站有較多的金屬設(shè)備，而且金屬材料種類較多，例如，包括碳鋼和低合金鋼以及不銹鋼等，本文主要分析常溫工作狀態(tài)中氯離子的金屬材料腐蝕影響規(guī)律，為電站機(jī)組停運(yùn)保養(yǎng)工作提供參考。

1 概述金屬腐蝕的基礎(chǔ)理論

1.1 大氣腐蝕

大氣腐蝕是金屬材料腐蝕的常見形式，因?yàn)榄h(huán)境的影響，將會(huì)腐蝕電解質(zhì)液膜，從而產(chǎn)生大氣腐蝕，從而增加經(jīng)濟(jì)損失。大氣腐蝕主要是在電解液薄膜下產(chǎn)生微電池，從而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。因?yàn)榄h(huán)境溫濕度和污染物的影響，將會(huì)在金屬材料表面產(chǎn)生物理吸附和化學(xué)凝聚等問題，最終會(huì)產(chǎn)生薄液膜，最終引發(fā)金屬電化學(xué)腐蝕問題。在形成液膜的過程中，空氣中的可溶性氣體將會(huì)被溶解，從而產(chǎn)生各種電解質(zhì)液膜，同時(shí)產(chǎn)生的可溶性化學(xué)活性物將會(huì)改變?nèi)芤盒再|(zhì)，從而引發(fā)腐蝕問題。在沉降和吸收污染性氣體的時(shí)候，將會(huì)酸化金屬表面的電解液層，改變環(huán)境溫濕度后，將會(huì)改變含有鹽類和可溶性化學(xué)介質(zhì)的液體，同時(shí)在溶液中將會(huì)改變PH 值和O2等反應(yīng)活性物質(zhì)，腐蝕反應(yīng)的物質(zhì)傳遞過程因此發(fā)生改變。

1.2 環(huán)境影響因素

環(huán)境氣氛種類和溫度以及相對(duì)濕度等參數(shù)直接影響大氣腐蝕速率，分析環(huán)境因素的影響，需要分析環(huán)境氣象因素和各種腐蝕介質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)。金屬大氣腐蝕的環(huán)境影響因素主要包括溫濕度和降雨量以及日照強(qiáng)度等，不同地區(qū)在季節(jié)變化過程中，金屬腐蝕的變化比較明顯，而且具備周期性特征。

1.3 腐蝕產(chǎn)物

在金屬表面堆積金屬腐蝕形成的腐蝕產(chǎn)物，后續(xù)的腐蝕速度也會(huì)受到影響。腐蝕產(chǎn)物的種類和形貌狀態(tài)等直接關(guān)系到保護(hù)性，例如，鋁的氧化膜具有較高的致密性，可以降低腐蝕速度。但是，會(huì)加速腐蝕一些金屬的腐蝕產(chǎn)物，例如，因?yàn)榕钏山Y(jié)構(gòu)會(huì)增加初期腐蝕產(chǎn)物的反應(yīng)面積。

2 概述電站常用金屬材料腐蝕行為

2.1 做好電站常用金屬材料腐蝕行為控制工作的重要性

在電站行業(yè)中普遍存在腐蝕性介質(zhì)，因此，電力生產(chǎn)過程中各種設(shè)備很容易接觸腐蝕性介質(zhì)，從而引發(fā)腐蝕問題，而且電站的溫度和壓力等條件需要符合相關(guān)要求，否則，將會(huì)加劇腐蝕問題。如果電站設(shè)備發(fā)生腐蝕問題，將會(huì)直接影響使用壽命和維修周期以及生產(chǎn)效率等，同時(shí)會(huì)增加生產(chǎn)成本。

2.2 腐蝕原因

（1）內(nèi)部原因。①電站設(shè)備利用活潑性金屬，因此，很容易和外界物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。②電站生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，因此很容易腐蝕很多金屬材料，而且在特定條件下金屬材料很容易產(chǎn)生反應(yīng)。③在同一環(huán)境下，不同金屬材料具有不同的抗腐蝕能力，材料本身性質(zhì)和外界環(huán)境的活躍度發(fā)揮著重要的影響。④管理人員的設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)工作直接關(guān)系到金屬設(shè)備的金屬材料抗腐蝕能力，通過定期保養(yǎng)設(shè)備，可以使設(shè)備抗腐蝕能力因此提高。

（2）外部原因。外界物質(zhì)的介入直接關(guān)系到電站金屬腐蝕，在化工生產(chǎn)過程中需要投入較多的生產(chǎn)原料，這些原料如果具備強(qiáng)腐蝕性特征，將會(huì)腐蝕金屬設(shè)備。雖然一些原料并不具備強(qiáng)烈的腐蝕性，但是經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，在高溫和高壓作業(yè)條件中，設(shè)備介質(zhì)可能會(huì)發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)一步擴(kuò)大腐蝕面積。

2.3 設(shè)備常用金屬材料防腐的不足之處

（1）腐蝕結(jié)構(gòu)工藝不合理。結(jié)構(gòu)工藝直接影響設(shè)備防腐蝕性能，因此，需要合理選擇防腐工藝，合理實(shí)際工作的不足之處。一些金屬材料防腐工作中缺乏針對(duì)性的控制策略，尤其不夠關(guān)注氧化腐蝕和縫隙腐蝕等，沒有結(jié)合工作需求采取合理的控制方案，從而加劇腐蝕問題，并且會(huì)帶來嚴(yán)重的影響。

（2）設(shè)備材料不合理。在選擇防腐蝕技術(shù)的時(shí)候，因?yàn)闆]有科學(xué)的分析材料因素，不利于合理管控金屬材料，影響到材料選擇的科學(xué)性。一些設(shè)備選擇利用碳素鋼，因?yàn)闆]有詳細(xì)判斷主體優(yōu)勢(shì)，而且沒有關(guān)注一些材料成本，隨后影響后續(xù)使用效果。需要進(jìn)一步分析電站常用金屬材料腐蝕行為，但是這一工作具有較大的難度，一些人員不夠重視基本工作，從而引發(fā)大面積的腐蝕問題，不利于保障工作效果。此外，在選擇一些材料的時(shí)候沒有分析高濃度腐蝕物質(zhì)的危害性，同時(shí)沒有具體性總結(jié)腐蝕性因素，從而產(chǎn)生很多酸性介質(zhì)，不利于正常性地使用設(shè)備，最終逐漸加劇腐蝕問題。選擇某些材料的時(shí)候，工作人員忽視了機(jī)械表面防腐技術(shù)，出現(xiàn)了漆膜脫落等問題，弱化了整體工作效果。

（3）不夠關(guān)注外部力量。設(shè)備是電站工作的基礎(chǔ)，因此，需要重視設(shè)備防腐工作，這就需要合理選擇防腐蝕技術(shù)。但是，在實(shí)際工作中更加重視腐蝕性物質(zhì)化學(xué)成分，沒有詳細(xì)分析外部力量，不利于完善設(shè)備金屬材料的預(yù)防性措施，不利于推進(jìn)基本控制工作。

3 氯離子對(duì)電站常用金屬材料腐蝕行為的影響

3.1 碳鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕行為

在電站鍋爐熱力設(shè)備中廣泛利用碳鋼，在機(jī)組停運(yùn)過程中，熱力設(shè)備缺乏充足的內(nèi)排水，同時(shí)會(huì)引入外界空氣，或者在金屬表面形成水膜，共同發(fā)揮出溶解氧和雜質(zhì)離子的作用，將會(huì)產(chǎn)生腐蝕問題，提高水自動(dòng)雜質(zhì)離子濃度之后，將會(huì)提高整體腐蝕速度。

在含氯離子環(huán)境中，碳鋼很容易產(chǎn)生腐蝕機(jī)理，在含氯離子環(huán)境中，碳鋼很容易產(chǎn)生各種銹蝕產(chǎn)物，例如，包括Fe304和γ-FeOO 等，因?yàn)楦g產(chǎn)物具有較大的顆粒，整體結(jié)構(gòu)非常疏松，在使用后期很容易發(fā)生脫落問題，不利于發(fā)揮出腐蝕層的作用，同時(shí)會(huì)保持穩(wěn)定性的腐蝕速率。

分析中性水中氯離子的碳鋼腐蝕行為，可以確定溶液氯離子含量不會(huì)影響碳鋼均勻腐蝕，即使顯著提高氯離子質(zhì)量濃度，也不會(huì)顯著改變碳鋼的平均腐蝕速率。提高室溫溫度，將會(huì)提高腐蝕速度。

分析Q235 碳鋼在海洋工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕行為，在薄液膜下，Q235 碳鋼將會(huì)產(chǎn)生腐蝕問題，將會(huì)形成水解產(chǎn)物層，如果氯離子含量超過一定濃度值，將會(huì)產(chǎn)生β-FeOOH。延長(zhǎng)腐蝕時(shí)間后，將會(huì)導(dǎo)致基體表面腐蝕產(chǎn)物分層，外銹層將會(huì)產(chǎn)生大量的孔洞，內(nèi)銹層具有較高的致密性，不利于滲透氧和腐蝕性介質(zhì)。大氣中的氯離子通過內(nèi)銹層后將會(huì)腐蝕基體表面，液膜的導(dǎo)電性因此，加劇腐蝕微電池，同時(shí)會(huì)進(jìn)一步溶解Fe(OH)2，導(dǎo)致致密的內(nèi)銹層被破壞，加劇腐蝕問題。

在常溫條件中碳鋼中夾雜物可能會(huì)引發(fā)點(diǎn)蝕問題，在鋼基體和夾雜物的交界面不會(huì)發(fā)揮出鈍化膜的保護(hù)作用，達(dá)到點(diǎn)蝕電位后，將會(huì)損壞鈍化膜，同時(shí)會(huì)溶解鐵基體，因?yàn)殍F離子的水解酸化作用，將會(huì)不斷溶解雜物周圍的鈍化膜，最終產(chǎn)生腐蝕斑。溶液中的侵蝕性氯離子將會(huì)促進(jìn)點(diǎn)蝕發(fā)展，而且鋼的點(diǎn)蝕點(diǎn)位將會(huì)不斷降低。

在氯離子環(huán)境中，碳鋼腐蝕行為主要包括均勻性腐蝕和點(diǎn)蝕，溶液中的氯離子含量不會(huì)影響碳鋼的均勻腐蝕，但是，溶液中的氯離子將會(huì)誘發(fā)點(diǎn)蝕問題，同時(shí)會(huì)降低碳鋼點(diǎn)蝕電位。水中的溶解氧和碳鋼夾雜物將會(huì)引發(fā)點(diǎn)蝕問題，因此僅僅降低氯離子含量，無法徹底規(guī)避碳鋼點(diǎn)蝕問題。

3.2 分析低合金鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕行為

低合金鋼以碳鋼為基礎(chǔ)進(jìn)一步改善碳鋼性能，通過合理加入不同的合金元素，形成的一種合金鋼。通常是在電站水冷壁和低溫過熱器等設(shè)備中廣泛利用低合金鋼材料。通過研究低溫再熱器的腐蝕行為，確定低溫再熱器入口管發(fā)生腐蝕問題主要是因?yàn)橥Ｓ闷陂g出現(xiàn)了氧溶解腐蝕問題，這是因?yàn)槟Y(jié)水和水中的氧溶解將會(huì)引發(fā)腐蝕問題，因?yàn)槟Y(jié)水的腐蝕性陰離子將會(huì)加劇腐蝕發(fā)展。因?yàn)榻饘倩w的電極電位比較低，增加了陰陽極的電位差，從而產(chǎn)生腐蝕電池，凝結(jié)水的溶解氧可以發(fā)揮出腐蝕去極化劑的作用，不斷失去金屬基體的電子，推動(dòng)電池反應(yīng)。為了平衡局部區(qū)域的電離，向腐蝕點(diǎn)中遷移凝結(jié)水中的腐蝕性陰離子，進(jìn)一步溶解腐蝕點(diǎn)。通過控制凝結(jié)水，并且控制系統(tǒng)氧含量，避免在低溫再熱器的入口部位發(fā)生腐蝕問題。

總之，在氯離子環(huán)境中低合金鋼腐蝕的主要誘因是凝結(jié)水和水中的溶解氧，在常溫狀態(tài)中，如果同時(shí)存在凝結(jié)水和溶解氧，將會(huì)在金屬表面產(chǎn)生外銹層和內(nèi)銹層，可以發(fā)揮出內(nèi)銹層的保護(hù)作用，但是，在內(nèi)銹層底部遷移腐蝕性氯離子，將會(huì)進(jìn)一步溶解金屬基體。

3.3 不銹鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕行為

在電站鍋爐換熱器和再熱器等設(shè)備中廣泛利用不銹鋼，在含氯離子環(huán)境中，不銹鋼腐蝕影響因素較多，例如，氯離子活化作用將會(huì)破壞不銹鋼氧化膜。因?yàn)槁入x子的半徑比較小，而且具有很強(qiáng)的穿透能力，將會(huì)穿透氧化膜，接觸金屬表面后形成可溶性的化合物，因此改變氧化膜的結(jié)構(gòu)。因?yàn)榻饘俸苋菀孜铰入x子，因?yàn)橥瑫r(shí)排掉金屬表面的氧，減少了膜中的鈍化離子，從而產(chǎn)生氯化物。

不銹鋼具備顯著的耐蝕性，這是因?yàn)椴讳P鋼的鈍化膜可以控制金屬反應(yīng)能力，在含氯離子環(huán)境中，不銹鋼不會(huì)發(fā)生均勻性腐蝕問題，主要是發(fā)生點(diǎn)蝕或者應(yīng)力腐蝕等問題。通過分析可以確定，嚴(yán)格控制不銹鋼接觸溶液介質(zhì)的氯離子含量，有利于控制腐蝕問題。

3.4 金屬材料在氯離子環(huán)境中的腐蝕控制

綜上所述，碳鋼和低合金鋼在停用過程中，凝結(jié)水和水中溶解氧是腐蝕問題的主要影響因素，腐蝕性氯離子很容易破壞內(nèi)銹層，可以進(jìn)一步溶解金屬基體。不銹鋼發(fā)生腐蝕問題的主要原因是表面溶液中的濃縮氯離子，顯著增加了氯離子濃度，并且超過了規(guī)定值。

電站機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在停運(yùn)過程中很難將內(nèi)存水和蒸汽排除干凈，將會(huì)在局部產(chǎn)生積水，揮發(fā)堿性物質(zhì)后，將會(huì)降低積水的Ph 值，同時(shí)析出金屬表面的腐蝕性陰離子，因此濃縮水中的陰離子。結(jié)合電站鍋爐特征，很難控制設(shè)備底部積水和金屬表面的液膜氯離子，而且在不同環(huán)境中，不同金屬材料提出不同的氯離子腐蝕性要求，因此很難通過控制氯離子濃度來規(guī)避腐蝕問題。

電站金屬材料發(fā)生腐蝕問題是因?yàn)槟Y(jié)水的作用，因此需要控制凝結(jié)水的產(chǎn)生，避免發(fā)生腐蝕問題?？梢岳糜袡C(jī)胺停用保護(hù)劑，因此在碳鋼表面形成保護(hù)膜，降低腐蝕速率，避免凝結(jié)水接觸金屬表面。通過分析確定控制空氣濕度在40%范圍內(nèi)，有利于規(guī)避腐蝕問題，利用成膜胺物質(zhì)可以在金屬表面成膜，從而發(fā)揮出保護(hù)作用。總之，可以采取以下防腐措施。

（1）減少水中的溶解氧含量，也可以向系統(tǒng)中加入還原性保護(hù)液。

（2）在金屬表面形成保護(hù)膜，可以有效規(guī)避電化學(xué)腐蝕。

（3）徹底排出系統(tǒng)中的水分，提高系統(tǒng)金屬內(nèi)壁的干燥性，合理降低系統(tǒng)濕度，進(jìn)一步提高安全水平。

通過降低氯離子含量，很難控制電站金屬腐蝕，因?yàn)槁入x子并不是碳鋼和低合金鋼的腐蝕必要條件。為了合理控制電站金屬材料的腐蝕問題，一方面，需要控制空氣濕度；另一方面，需要在金屬表面成膜，有效隔絕空氣。

4 結(jié)語

綜上所述，碳鋼和合金鋼發(fā)生腐蝕問題主要是因?yàn)槟Y(jié)水和溶解氧的影響，腐蝕性氯離子很容易破壞內(nèi)銹層，將會(huì)進(jìn)一步溶解金屬基體。而不銹鋼材料發(fā)生腐蝕問題主要是因?yàn)闈饪s了表面溶液中的氯離子，導(dǎo)致氯離子含量超過了特定值。通過控制氯離子含量，不利于有效控制金屬材料腐蝕問題，需要降低空氣中的濕度，或者在金屬表面成膜，有效隔絕空氣和金屬，優(yōu)化電站技術(shù)材料的防腐性。