不锈钢厂家316L不锈钢管管道点腐蚀的理论分析

1、循环 >循环水旋转滤网反冲刷系统简介

循环水过滤系统(CFI)的首要设备是旋转海水滤网，在其工作中要不断根除滤出的污物，通过反冲刷系统来结束。反冲刷的水源与主循环水一样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，为避免回路中海生物繁殖，注进次氯酸钠溶液，使循环水进口次氯酸钠的质量分数控制在1×10-6。

2、不锈钢厂家不锈钢厂家316L不锈钢管道的运用情况不锈钢厂家

不锈钢厂家CFI系统于2000-05-17结束设备交给调试，进行单体调试及系统试运。2001年4月，1号机组管道初度出现泄露，泄露部位位于管道竖直段与水平段弯头焊口处，泄露点体现为穿透性孔，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。当时的处理方法是切除泄露的管段，替换同质料的新管段，并在新管段底部增加了一个疏水阀，目的是在管道停运期间排空管内积水以避免腐蚀的再次发生。但在2001年9月，1号机管道又发现漏点。2001年10月电厂抉择将全部反冲刷管道替换为碳钢衬胶管道。改造后工作至今未发生泄露。

3、不锈钢厂家316L不锈钢的抗腐蚀性分析

316L不锈钢属300系列Fe-Cr-Ni合金奥氏体不锈钢，由于铬、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（碳含量被控制在0.03%以下），以避免在临界温度规划(430～900℃)内碳化铬的晶界堆积，在焊后供应特别好的耐蚀性。但316L不锈钢抗氯离子点腐蚀的才干较差。

4、不锈钢厂家不锈钢的点腐蚀机理不锈钢厂家

不锈钢厂家在金属表面部分当地出现向深处展开的腐蚀小孔，其他表面不腐蚀或腐蚀很稍微，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生，类似于金属的缝隙腐蚀。另一种更常见的点蚀发生在有钝化体现或被高耐蚀性氧化物掩盖的金属上。
4.1 电化学腐蚀的底子原理
通过原电池原理可以更好地说明电化学腐蚀机理。当2种生动性不同的金属（如铜和锌）浸进电解质溶液，2种金属间将发生电位差，用导线联接将会有电流通过，在此进程中生动金属（锌）将被消耗掉，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生，并且电流量的巨细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标准电极电位标明，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。
标准电极电位越低，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，抉择金属标准电极电位的要素除了金属的本质外还有：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表面掩盖着的薄膜。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可以构成具有必定保护作用的氧化膜，否则大部分金属在自然界就无法存在。金属表面膜的性质对其腐蚀发生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保护性氧化膜是自愈性的（例如它不象选择性氧化而构成的那些保护性薄膜），致使这些资料可以进行加工而不失往抗氧化性。合金有必要含有满足量的铬以构成底子上由Cr2O3组成的表皮，以便当薄膜弄破时有足足数目的铬(Cr3)阳离子从头构成薄膜。假定铬的比例低于完全保护所需求的比例，铬就溶解在铁表面构成的氧化物中而无法构成有用保护膜。起完全保护作用所需的铬的比例取决于运用条件。在水溶液中，需求12%的铬发生自钝化作用构成包含许多Cr2O3的很薄的保护膜。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。当金属含铬量不可或某些原因构成不锈钢晶界出现贫铬区的时分，就不能构成有用的保护性膜。
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应才干，即钝化膜的溶解和批改（再钝化）处于动平衡情况。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选择地吸附在钝化膜上，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，成果在新暴露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作用。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关于出现出钝化性的金属，氯离子对阳极极化曲线的作用[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丈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，标明初步构成安稳的钝化膜，其电阻比较高，并在必定的电位区域（钝化区）内坚持。图中显现，跟着氯离子浓度的升高，其临界电流密度增加，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比赛，并且进进薄膜之中，因此发生晶格缺陷，下降了氧化物的电阻率。因此在有氯离子存在的环境下，既不简单发生钝化，也不简单坚持钝化。
在部分钝化膜损坏的一同其他的保护膜坚持无缺，这使得点蚀的条件得以结束和加强。根据电化学发生机理，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，电解质溶液就满足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，其他的表面是一个大的阴极面积。在电化学反应中，阴极反应和阳极反应是以相同速度进行的，因此会集到阳极腐蚀点上的腐蚀速度非常明显，有明显的穿透作用，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初步。不锈钢表面的各种缺陷如表面硫化物搀和、晶界碳化物堆积、表面沟槽处等当地，钝化膜首要遭到损坏暴露底层金属出现小蚀孔（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，适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，蚀核继续长大至必定临界标准时（一般孔径大于30μm），金属表面出现微观可见的蚀孔，这个特定点成为孔蚀源。蚀孔一旦构成则加快生长，现以不锈钢在充气的含氯离子的介质中的腐蚀进程为例说明，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]

蚀孔内金属表面处于活态，电位较负；蚀孔外金属表面处于钝态，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。孔外金属表面一同遭到阴极保护，可继续坚持钝态。
孔内首要发生阳极溶解反应：
Fe→Fe22e
Cr→Cr33e
Ni→Ni22e
孔外在中性或弱碱性条件下发生的首要反应：
1/2O2H2O2e→2OH-
由图可见，阴、阳极相互别离，二次腐蚀产品将在孔口构成，没有多大保护作用。孔内介质相对孔外介质呈滞流情况，溶解的金属阳离子不易往外涣散，溶解氧亦不易涣散进来。由于孔内金属阳离子浓度的增加，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表面继续坚持活性。又由于氯化物水解等原因，孔内介质酸度增加，使阳极溶解速度进一步加快，加上受重力的作用，蚀孔加快向不锈钢厂家深处展开。
跟着腐蚀的进行，孔口介质的pH值逐渐升高，水中的可溶性盐如Ca(HCO3)2将转化为CaCO3堆积，成果锈层与垢层一同在孔口堆积构成一个堵塞电池，这样就使孔表里物质交流更困难，然后使孔内金属氯化物更加浓缩，终极蚀孔的高速深化可把金属断面蚀穿。这种由堵塞电池引起孔内酸化然后加快腐蚀的作用称为“自催化酸化作用”。
发生腐蚀反应的金属表面的微环境情况非常重要，在这样的表面上构成的部分腐蚀环境与名义上的大环境有很大不同。点腐蚀的发生正是在一个与四周环境不同并且逐渐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、表面情况、介质的性质、pH值、温度、流速和时间等，都是影响点腐蚀的首要要素。
不锈钢性质的影响要素包含：组分、杂质、晶体结构、钝化膜。
组分、杂质和晶体结构抉择着其耐腐蚀性。比方不锈钢中加进铌和钛可有用避免碳化铬的构成，然后行进晶界抗腐蚀才干。适量的钼和铬联合作用可在氯化物存在的情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生碳化铬在晶界上的堆积，因此，紧挨近碳化铬的区域就消耗掉了铬，然后相关于晶内的铬更为生动。假定存在水溶液条件，就构成了以暴露的铬为阳极，以不锈钢为阴极的原电池。大的阴极面积发生了阳极控制，因此腐蚀作用很严重，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可以减轻这个标题。
钝化膜是保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，钝化才干越强则对孔蚀的灵敏性越高，不锈钢较碳钢易发生点腐蚀就是这个道理。
孔蚀的发生和介质中含有活性阴离子或氧化性阳离子有很大联络。大多数的孔蚀事例都是在含有氯离子或氯化物介质中发生的。实验标明，在阳极极化条件下，介质中只需含有氯离子便可使金属发生孔蚀。所以氯离子又称为孔蚀的“激起剂”，并且跟着介质中氯离子浓度的增加，孔蚀电位下降，使孔蚀简单发生，而后又简单加快进行。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。
实验证明[5]，跟着溶液pH值的下降，腐蚀速度逐渐增加，并且在pH值相一同，含不同氯离子的模仿溶液的腐蚀速度相差不大，这说明溶液的pH值对腐蚀起着抉择性的作用。对18-8不锈钢的点蚀研讨发现，当堵塞区内的pH值低于1.3时，腐蚀速度急剧增大，这是由于发生了从钝化态向活化态的骤变。由于腐蚀速度与溶液的pH值呈对数联络，因此pH值的细微改动都会对腐蚀速度带来明显的影响。
堵塞区内除了亚铁离子的水解构成溶液pH值下降外，还由于离子强度的增加，使得氢离子的活度系数增大而下降pH值。通过实验可知，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值明显下降，使孔蚀加快。
介质处于停止情况金属的孔蚀速度比介质处于活动情况时为大。介质的流速对减缓孔蚀起两层作用，加大流速一方面有利于溶解氧向金属表面的运送，使钝化膜简单构成；另一方面可以减少堆积物在金属表面的堆积机遇，然后减少发生孔蚀的机遇。
点蚀发生的诱导期一般从几个月到一年不等，视详细情况不同。
6、316L不锈钢管道的点腐蚀情况分析

对照上述影响，不锈钢孔蚀的首要要素，对岭澳一期CFI系统反冲刷管道的点蚀倾向或加快点蚀的要素分析如下。
6.1 质料
316L不锈钢本身具有很好的抗氧化性，并且由于控制了碳的含量，减少了焊后碳化铬的晶界堆积，在焊后供应了较好的耐蚀性。但316L不锈钢在氯化物环境中，对应力腐蚀开裂最为灵敏，不具备耐氯离子腐蚀的功用。现已证明将不锈钢的标准等级，如316L型不锈钢用于海水系统是不成功的[1]。其他，在焊接热影响区依然存在焊后晶界贫铬发生的可能性，并且由于条件所限，现场焊后无法对焊缝表里表做酸洗钝化处理，其保护膜相对较差，加之焊后表面不平整度增加，这些都为孔蚀核的构成供应了条件。
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明显的，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，对行进介质含氧量，加快阴极往极化起到了促进作用，因此加快了点蚀速度。
6.3 温度和pH值
环境温度和海水全体的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间处于滞流情况，为点蚀的构成供应了充分的条件。在正常工作期间，管道内海水规划流速在2.3m/s，由于水流冲刷，开端构成的亚稳态孔核中很难构成堵塞电池的条件，孔蚀进一步展开的条件“氯离子富集”、“酸性增加”和孔内“不锈钢活化态”等都难以坚持。但在长时间停运情况下，这些堵塞电池条件都得以结束，为孔蚀的快速展开供应了出色条件。
综上所述，质料不耐氯离子腐蚀、介质含氯离子和长时间滞流的情况这几项要素一同影响，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方法 >防护方法

通过分析影响点蚀的要素可以看出，质料、介质、流速和时间是构成反冲刷管道316L不锈钢点蚀的首要要素。介质是无法改动的，长时间滞流现象的存在也是无法避免的。在对反冲刷管道泄露的处理和改造中，早年加装了疏水管线，但没有实践作用，由于不可能排尽全部海水并充分枯燥，即使存在极少量海水腐蚀仍可在管道底部沿重力方向进行，并且由于溶液中含氧量的增加和海水的蒸发浓缩会加快腐蚀。
参看控制腐蚀的5种底子方法，即：改用更恰当的资料、改动环境、运用保护性涂层、选用阴极保护或阳极保护、改善系统或构件的规划[1]。其间，可选用的是改用资料和运用保护性涂层。选用外加阴极电流保护可以按捺不锈钢点蚀，可是所需费用较宝贵，并且会对四周没有保护的金属部件加剧腐蚀。
因此，处理反冲刷管道点蚀的有用方法就是，从行进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方法。
（1）撤除全部不锈钢管道，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）现场加工制作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表面喷砂处理。然后表面面涂防锈底漆，表里表手艺粘衬橡胶皮。
（4）对衬胶进行电火花查验，以保证衬胶的连续性，对单个缺陷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。设备后管道表面涂防腐面漆。
近年来由于钢铁出产技术的不断行进，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增加必定含量的钼，并加进较奥氏体不锈钢更高含量的铬，较高的铬、钼含量组合能获得出色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善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）的耐点蚀功用可以用耐点蚀当量（PREN）猜测：
PREN=Cr3.3(Mo0.5W)xN[1]
其间Cr、Mo、W和N便是资猜中铬、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作用。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，现场实践工作出色。
8、对海水管道选材的建议

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出色的防腐作用且能满足强度要求。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）但施工凌乱，尤其是终究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、设备便当、寿数期长，是一种较志向的选择，只是在以往的规划中由于价格宝贵不被选用。近几年跟着钢铁技术的不断行进，双相不锈钢的产值和用量不断增加，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展开趋势。
9、对电厂防腐的建议

据统计，不锈钢厂家在电站整个工作期内，由于腐蚀和磨损而损失掉的金属约占其原有重量的8%。而单个部件和部位的腐蚀引起的失效，更是给电厂工作带来巨大损失。电站防腐是一项凌乱而又广泛的作业，需求从规划、监造、施工、工作各个环节加以控制。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工作各种要素归纳影响的成果，它带来的危害是清楚明晰的。其他电站工作中低压给水系统的二氧化碳腐蚀、高压加热器的氧腐蚀、设备停用阶段的氧腐蚀、核岛蒸发器传热管的晶间腐蚀与应力开裂、凝汽器泄露对蒸发器二次侧的腐蚀等标题，都给电站安全带来很大危害。因此，建议建立一个专门的腐蚀控制小组，从专业角度对规划、制作、储运、施工、工作全进程进行监控，以避免和减少腐蚀的发生。其他，加强全体技术员工的腐蚀与防护底子常识练习，使我们从原理上了解，在作业中就能有认识地加以防护。