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1 不锈钢换热器的应用情况
       不锈钢是铁、铬和镍的合金，最早出现在２０ 世纪初。铬镍钢，特别是 18Cr－8Ni 型奥氏体不锈 钢，由于它在许多化学介质中具有高度的稳定性， 并且能耐高温气体腐蚀，所以在化学工业中得到最 广泛的应用，在许多有机产品和聚合物的生产过程 中（如尿素、醋酸、聚丙烯、聚乙烯醇等），大多 数设备都是由铬镍合金钢和奥氏体不锈钢制造的。 其中大量与各种工业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。
       在电力工业中，不锈钢的应用范围也越来越广 泛。在发电厂，不锈钢主要用来制造凝汽器的冷却 管。
       凝汽器是汽轮发电机组的重要辅机之一，它的 性能好坏直接影响机组的运行。而它的主要传热组 件—冷却管，是凝汽器的最重要部分，价格占其总 价的一半以上。因此，冷却管的选材和选型是凝汽 器的设计关键。
       早在 20 世纪 90 年代初，我国就开始应用螺旋 槽管传热理论，研制新型凝汽器。经过反复论证和 试验，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总体传热系数提高 25～30%，在几家热电厂的实际运行当中，当保持 真空度不变的情况下，循环水量比原铜管少 20%；当循环水量不变时，真空度提高 5%以上。由于不锈 钢的强度和表面硬度都高于铜管，不论是汽侧的高 速蒸汽及水滴，还是水侧的泥沙污垢及入口湍流， 都不可能对不锈钢管形成冲蚀。因此，它更能适应 于江、河等含沙污垢水质，及排汽温度较高的循环 水供热场合。
       目前，随着科学技术的进步和发展，我国已能 自行生产不锈钢波螺焊管，有的质量已赶超国外先 进水平，而且价格适中，造价比铜管便宜 10%左右， 1台30万千瓦机组凝汽器可节约60～100万元材料 费用。

2 不锈钢换热器的腐蚀类型
       虽然不锈钢在各种工业水中具有很低的全面 腐蚀速度（如在流速 0.3～0.6m/s 的海水中，316 不锈钢的腐蚀速度仅 0.5μm/a），但在实际工业生 产条件下，不锈钢设备，特别是各种工业水冷却器， 腐蚀破坏的事故却十分频繁。我国新建的十几套大 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 出现腐蚀破坏，目前已更换数十台，并且破坏仍在 继续发生，造成了巨大的经济损失。
       所有这些腐蚀破坏都是由局部腐蚀（主要是孔 蚀和应力腐蚀破裂）造成的。日本腐蚀工程师协会 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，结果有 85 台 已产生应力腐蚀破裂（占 12.1%），其中使用寿命为 1～3 年的占 52.9%，使用寿命超过 10 年的仅占 9.4%，这充分反映出不锈钢腐蚀破坏的严重性。
       与化学工业相比，不锈钢在电力工业中的使用 情况是时间短、范围小。发生在化学工业中的不锈 钢腐蚀破坏的严重问题必须引起我们的高度重视。 在电力工业中，为了防患于未然，本文将简要说明 不锈钢的腐蚀类型，重点阐述不锈钢的防腐蚀对 策。
       不锈钢的腐蚀形态可分为全面腐蚀和局部腐蚀。在各种工业水中，不锈钢具有很低的全面腐蚀 速度, 在理想情况下每１００万年才能腐蚀１厘 米。因此、全面腐蚀的危害极小。
       在实际应用中，不锈钢的局部腐蚀（主要是孔 蚀和应力腐蚀破裂）能造成巨大的破坏。这种腐蚀 往往在设备某处产生和扩大，最终导致不锈钢设备 的腐蚀报废。
2.1 在工业水中不锈钢的孔蚀
       孔蚀是一种极端的局部腐蚀形态。蚀点从金属 表面发生后，向纵深发展的速度大于或等于横向发 展的速度，腐蚀的结果是在金属表面上形成蚀点或 小孔。蚀点有时是彼此孤立的，有时则彼此靠得很 近，好象是一个粗糙表面。蚀点的直径可大可小， 但大多数情况下是比较小的，有的只有几十个微 米。上面常常覆盖着腐蚀产物，因此不易检查出来。 很难由实验室的实验来预估其腐蚀速率。有时形成 蚀点需要较长时间，约几个月或几年。一旦形成， 发展又较快，常常突然出现腐蚀损坏（穿孔）。因 此，孔蚀是一种危害很大的、剧烈的局部腐蚀形态 2。
       大量研究 3 已经揭示出，孔蚀发生在附着物或 沉积物下。一旦采取措施消除了附着物或沉积物， 问题也就避免了。
2.2 在工业水中不锈钢的应力腐蚀破裂
       在工业水中奥氏体不锈钢的应力腐蚀破裂是 由孔蚀诱发的，两者的影响参数相同，只是各自所 要求的临界值不同 4。
       对于发生在各种水冷器上的应力腐蚀破裂，往 往温度的影响要比 Cl－浓度的影响还重要，因此要 注意氯离子浓度和温度的联合作用。
       由于试验室试验结果与生产操作条件下的破 坏现象存在差异，人们对不锈钢设备特别是换热器 的应力腐蚀破裂条件进行了多次工业实用装置破 坏情况的调查统计分析。美国杜邦公司对 685 台 18Cr－10Ni 型不锈钢设备报废原因的分析指出，应 力腐蚀破裂和孔蚀占 38%；日本对 954 台这类材料 设备的破坏原因分析指出，应力腐蚀破裂和孔蚀占 63%（其中应力腐蚀破裂占 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 工厂奥氏体不锈钢焊接部分破坏的调查结果 5。

3 防止不锈钢在水中局部腐蚀破坏的途径
       虽然到目前为止，还没有完全搞清楚腐蚀的机 理，也不能提出完全避免或消除腐蚀的边界条件。 实际生产中也常常发现这种情况：工作条件大致相 同的两台设备，寿命却相差十分悬殊；再有，同一 种不锈钢在氯离子浓度低（仅 10～20mg/L）的冷却 水中发生了应力腐蚀破裂，而在氯离子浓度高的海 水中却长期安全使用。
       对大量工业设备运行情况的统计分析，以及许 多深入的试验室研究，使我们可以认识到影响不锈 钢孔蚀和应力腐蚀破裂的主要因素，并提出一些统 计规律来，这无疑是有利于延长不锈钢设备的操作 寿命的。
       由于不锈钢设备的报废完全是由局部腐蚀破 坏，主要是孔蚀和应力腐蚀破裂所造成的，因此对 工业水寻求合理、经济、有效的防腐蚀措施，一直 是各国悉心研究的对象。目前虽尚未达到完善的境 界，但还是找到了各种有效办法，可供实际生产的 需要和条件来加以应用。
3.1 选用耐局部腐蚀破坏的合金材料
       长期以来，认为镍铬奥氏体钢具有应力腐蚀破 裂倾向，只有纯铁素体高铬不锈钢没有这种倾向。 实际上，高镍（35～40%）奥氏体不锈钢对应力腐 蚀破坏也是免疫的 6，只有含镍 8～10%的 18%Cr 钢 对应力腐蚀破裂敏感。现在，研究人员采用聚焦离 子束二级离子质谱技术证实：材料加工技术的改进 也可以减少低等级不锈钢腐蚀。
3.2 采用退火处理来消除应力
       为了完全消除应力，退火应在 850℃以上进行， 这在实际应用时，往往因设备尺寸太大或可能发生 变形而办不到。为了防止不锈钢的晶间应力腐蚀破 裂，通常在 550～600℃低温退火，这对消除应力也 是有效的。此外在制造设备时，还应注意：
       （1）有可能导致产生应力腐蚀破裂的介质， 不允许在抛光时应用；
       （2）酸洗后应将残液充分清除掉，并采取钝 化工艺 7；
       （3）焊薄壁管时，应消除因对得不直所产生 的不均形变。
3.3 其它保护方法
       许多防腐蚀措施在一定条件下均可收到一定 效果，如涂层，只要能避免片状剥落就有效。下面 再介绍几种防护方法：
3.3.1 阴极保护
       在电位为－0.8V（对 Ag/AgCl 电极）时，可以 抑制与碳钢接触的 CrNi 钢的缝隙腐蚀，对 304 和316 不锈钢效果明显。在平静海水中可采用铝牺牲 阳极进行阴极保护。
3.3.2 用缓蚀剂防止应力腐蚀破裂
       奥氏体不锈钢的应力腐蚀破裂发生在活化电 位区，必须使用吸附型缓蚀剂对其覆盖。吸附型缓 蚀剂的主要成分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表面的阴 极区发生了活化电位区；亲水集团中的未公用电子 对与金属元素d 轨道杂化进行配位结合发生了化学 吸附；缓蚀剂分子中的不饱和键也通过Л键的作用 在金属表面形成共轭作用加强了化学吸附。因而在 金属表面形成致密吸附膜，抑制了金属腐蚀过程 8。
3.3.3 采取措施降低与冷却水接触的传热面的表面 温度
       若将表面温度降至临界温度以下，就可大大减 少发生应力腐蚀破裂的可能性，并且这种方法要比 其它任何办法更有效。为了降低表面温度，尽可能 采用高流速低温水来冷却，以降低表面温度。
3.3.4 消除不锈钢管表面的附着物
3.3.4.1 对于火力发电厂的运行机组，其凝汽 器不锈钢管水侧表面的附着物是铁锈和垢，对于已 出现的锈、垢，应采用硝酸清洗除去，化学清洗时， 应防止带入氯离子 9。只要能保持不锈钢表面的清 洁，就可收到良好的保护效果。
       化学清洗系统为：清洗箱→清洗泵→临时进液 管→凝汽器→临时回液管→清洗箱
       在生产运行中，各厂应根据具体水质和使用的 缓蚀阻垢药剂，通过试验确定运行指标(浊度、硬 度和水流速等)，以防止表面出现沉积物的问题。
3.3.4.2 对于火力发电厂的基建机组，新不锈钢管 的内、外表面的附着物是一层成分复杂的有害膜、 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过程中产生的；污染 附着物是泥土，沙砾、水泥等含硅物质，是不锈钢 管在储存、安装期间污染和附着上的（西北地区风 沙较大，这种状况更严重）。同时、新管在生产、 运输和安装过程中又造成了残留应力。
       因为孔蚀是发生在附着物或沉积物下的 3，而 不锈钢的应力腐蚀破裂又是由孔蚀诱发的 4，所以 务必彻底除去不锈钢管表面的有害膜及附着物，以 消除不锈钢局部腐蚀（主要是孔蚀和应力腐蚀破 裂）的重要诱发因素。
       国内外的防腐理论和经验都表明：不锈钢的良 好耐蚀性依赖于其表面存在的钝态氧化膜，而表面 清洁、结构均一，是形成均匀、致密钝化膜的前提 条件。化工系统正是吸取了以前的教训，使用了一 种具有较强的渗透、剥离、清洗和缓蚀能力的清洗 药剂，对其不锈钢换热器进行了投运前的清洁处 理，才使得腐蚀事故大大减少。有资料表明 11：该 产品系美国技术生产，主要用于不锈钢表面的清洁 和钝化处理，不产生腐蚀，清洗、钝化一次完成， 反应速度快，清除彻底。该产品广泛用于化工、电 力、食品、印染、航空等行业的不锈钢设备、压力 容器、工程构件等表面处理。
       根据我们已经进行的清洗试验和清洗质量分 析，也证明了这类药剂的确能够彻底清除不锈钢管 表面的污染物和有害膜，不腐蚀管材，并能对表面 进行清洗中钝化。药剂质量也符合 Q/SDP008-2002 新版标准。经中国科学院兰州化学物理研究所仪器 测试后证明：不锈钢管表面保护层致密、化学成分 均匀、耐腐蚀性强。因此，在火力发电厂基建机组 中的凝汽器不锈钢管内、外表面化学清洗工作中， 应使用不锈钢专用清洗剂。
       由于凝汽器不锈钢管排列紧密，不能进行人工 清洗，只能进行化学循环清洗。
3.3.4.2.1 对于凝汽器不锈钢管汽侧表面，清 洗药剂应为 CA-1s，化学清洗系统为：凝汽器低部 → 凝结水泵 → 凝汽器上部。从凝汽器上部人孔 加药，启动凝结水泵，进行闭式循环以加强清洁处 理效果，清洗过程中应监视温度，绝不允许超过凝 汽器运行温度。
3.3.4.2.2 对于凝汽器不锈钢管水侧表面，清 洗药剂应为 CA-1s，化学清洗系统为：循环冷却水 塔 → 循环水泵 → 凝汽器本体→ 循环水回水管 → 循环冷却水塔
       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)基建机组和甘肃大唐连城发 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明凝汽器化学清洗中 进行了现场实施。经过质量检验，证明化学清洗工 艺和质量是完全成熟和可靠的 12。

4 结束语
       不锈钢是耐腐蚀的，但是、当局部腐蚀活化点 一旦形成，发展又较快（其腐蚀速率最高可达 10000mm/a9,相当于 1.15 毫米/小时），常常会突然出现腐蚀损坏（穿孔或破裂）而带来灾难性的后果。 因此、在认识上、工作中应予以高度重视。
       腐蚀虽然只出现在设备的运行阶段，但从《设 备综合工程学》的观点看，其产生的原因却蕴育于 研究、设计、制造、安装、调试、维修等阶段。解 决的措施也必须在各个阶段实现。