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凝汽器不锈钢管腐蚀特性及防控研究

通过大量的调查、数理统计分析和试验研究,在凝汽器不锈钢管腐蚀特性及防控方法研究方面取得的创造性成果和主要结论如下:

    1.腐蚀形态、原因、机理和防控方法。凝汽器不锈钢焊接管有点蚀、垢下腐蚀、全面腐蚀等形态,无应力腐蚀,未发现晶间腐蚀,最主要的腐蚀失效形态是点蚀,焊缝及其热影响区是薄弱环节,提高制造质量特别是焊缝质量,正确选材,安装储存得当,运行时保持清洁是防止点蚀的重要措施.

    2.不锈钢管在冷却水中点蚀的电化学特征与监测方法.不锈钢管处于钝态时,极化电阻Rp大于10kfl-cm 2;处于点蚀或点蚀诱导期时,Rp小于10kQ-cm2:Rp监测不锈钢管钝化和点蚀状态,简单、方便、可靠.EIS监测不锈钢的钝化和点蚀状态,很难满足稳定性要求,而且2个容抗弧不是点蚀的唯一特征,也可能是1个较扁的容抗弧。

    3.提出了“基准水样”的概念.作为比较基准的不锈钢在试验水样中的点蚀电位应在氧平衡电位附近((300--800 mV),如果预计某个成分有缓蚀性时可取‘#'间稍低值:如果预计某个成分有侵蚀性时可取中间稍高值。此时对缓蚀性、侵蚀性成分浓度和温度的变化均比较敏感,否则会得出错误的结论。符合该电位要求的水样就称为基准水样,它的成分可以是不定的。用“基准水样”较全面的鉴别出了对选材有影响的冷却水成分。

    4.河口水成分变化规律。凝汽器冷却水成分随空域、时域而变化,特别是河口水含盐量、CI一和so户等成分变化巨大。HP电厂珠江河口水1, 2, 312Cl一浓度月均值服从或近似服从正态分布,概率为0.999时,其最大月均Cl-浓度为4876mg/L,而最大Cl一浓度约为9000mLo最大月均Cl-浓度在1月和2月的概率极大。

    5.提出了改进的选材方法.对“选材导则”(61提出了下列3项重要改进:

    1)增加了不可忽略的缓蚀性离子.缓蚀性离子不仅要考虑S042-,还要考虑IIC03一和NO3,可将HCO3浓度换算成SO户浓度,合并考虑它们的影响:N03-浓度小于37mI,时,不考虑N03-的影响,当N03一浓度大于37mL时,需考虑NO、一的缓蚀作用。

    2)河口水CI-浓度和温度的取值。点蚀试验用水的Cl·浓度取最大月均浓度而不是最大浓度,2者可相差数千毫克/:温度取对应时期的冷却水最高温度而不是最高温度。按正态分布,用样本容量n?8的小样本统计推断方法求取最大月均cl一浓度。cl一的作用有时间性,不锈钢在超过原选材导则许用浓度的高Cl-河口冷却水中,短时间内(1--2个月)发生点蚀的风险不大,但是随着时间不断延长,其耐蚀性能会下降,点蚀和活化的风险会不断增大。

    3)选材范围.筛选出了原选材导则中没有的高性价比的新型现代铁素体不锈钢管SSF-53SSF-4,扩大了选择范围,填补了空白。SSF-53的耐点蚀性能介于超级不锈钢和317L之间,可用于C1一浓度>_5000mg/L的冷却水;SSF-4的耐点蚀性能介于317L316L之间,可用于Cl一浓度?1000ML的冷却水.

    改进的选材方法的优点和意义是即能保证不锈钢管不发生点蚀,又防止错误选用高等级不锈钢牌号,造成巨大浪费。原可使用304不锈钢管的冷却水,如按选材导则,未考虑HCO3一的作用,则可能要选316L,一台600M W机组凝汽器要多花700万元:如果河口电厂最大CI一浓度5500mg/L,最大月均CI一浓度2500mg/L,按原选材导则要选254SMo,按改进的选材方法则可选317L,一台600M W凝汽器管材费用相差约2400万元:一台600M W凝汽器用SSF-4代替3171,可节省1900万元左右;一台600M W凝汽器选SSF-53代升254SMo可节省约4200万元.

    6.提出了多项凝汽器不锈钢焊接管质量标准的重要修改建议,如:

    在最终热处理之前必须对焊缝或整管进行冷变形加工,至少压平焊缝,并有一定的变形量,热处理要有足够的停留时间;焊缝腐蚀比试验列为必检项目,检测频率“2/500根批”为宜;晶间腐蚀试验可少做,检测频率"2/批”较合适。

    展望:

    SSF-4SSF-53等现代铁素体不锈钢具有很高的性价比,虽然现在还没有在凝汽器上应用,没有列入选材导则,但是具有很好的发展应用前景,应该积极开展管板材料、与管板连接工艺等配套技术研究,早日在凝汽器上推广应用.

    用极化电阻Rp监测凝汽器不锈钢管的钝化和腐蚀状态,简单、方便、可靠,具有良好的发展应用前景。

    创新点:

    1.提出了不锈钢管在冷却水中点蚀的电化学特征与监测方法。用Rp数值大小监测不锈钢管的腐蚀状态,判别不锈钢管是否发生丫点蚀。证明了2个容抗弧不是点蚀的唯一特征,也可能是1个较扁的容抗弧;EIS监测不锈钢的点蚀状态,很难满足稳定性要求。

    2.揭示了河口水Cl一浓度的变化规律:证明了Cl·的作用有时间性,超高C1-浓度的短期作用一般不会引起不锈钢管点蚀;改进了河口水不锈钢管凝汽器的选材方法:点蚀试验用Cl-最大月均浓度而不是最大浓度,2者可相差数千毫克/升,温度用对应时期的冷却水最高温度而不是最高温度。按正态分布用样本容量n>_8的小样木统计推断方法求取最大月均C1一浓度。

    3.提出了“基准水样”的概念。作为比较基准的不锈钢在试验水样中的点蚀电位应在氧平衡电位附近(300-800 mV),它的成分可以是不定的。用“基准水样”和方差分析方法较全面的鉴别了对选材有影响的冷却水成分,证明了缓蚀性离子不仅要考虑S042-,还要考虑HCO3NO3,可将HCO3浓度换算成S042-浓度,合并考虑它们的影响;NO3一浓度小于37mg/L时,不考虑NO3·的影响,当N03一浓度大于37mL时,需考虑N03一的缓蚀作用。

    4.筛选出了原选材导则中没有的高性价比的新型现代铁素体不锈钢管SSF-53SSF-4 G   SSF-53的耐点蚀性能介于超级不锈钢和317L之间,可用于Cl一浓度>_5000mg/L的冷却水;SSF-4的耐点蚀性能介于317L316L之间,可用于C1一浓度_1000mg/1.的冷却水.扩大了选择范围,填补了空白,对一台600M W机组凝汽器,用SSF-53代替254SMo可节省4200万元左右,用SSF-4代替317L可节省1900万元左右。

    5.提出了多项凝汽器不锈钢焊接管质量标准的重要修改建议,如焊缝腐蚀比试验列为必检项目,品间腐蚀试验可少做,焊缝必须轧平,并有一定的变形量,热处理要有足够的停留时间等等.

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