梁 磊，徐 剛，梁碧筠，呂楠楠，潘逸瓊

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

海優(yōu)是美國(guó)普利茅斯鋼管公司(Plymouth Tube Company)生產(chǎn)的超級(jí)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(jí)鐵素體不銹鋼管具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，因此歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始使用超級(jí)鐵素體不銹鋼管.2000年以后，美國(guó)沿海電廠(chǎng)凝汽器大多采用海優(yōu)超級(jí)鐵素體不銹鋼管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)海優(yōu)).截至2007年3月，全球凝汽器中使用海優(yōu)的總長(zhǎng)度已達(dá) 2.2 ×107m[1，2].

2008年，我國(guó)廣東沿海S電廠(chǎng)開(kāi)始使用海優(yōu)，遼寧沿海Y電廠(chǎng)也準(zhǔn)備使用海優(yōu).廣東S電廠(chǎng)是將白銅管換成海優(yōu)管，而管板未變，據(jù)電廠(chǎng)工作人員介紹，管板材料是普通不銹鋼316，短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了非常嚴(yán)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(jiàn)特有的腐蝕形態(tài)[3].由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，超級(jí)鐵素體不銹鋼板的厚度均小于3 mm，不可能用超級(jí)鐵素體不銹鋼制造管板，因此美國(guó)普利茅斯鋼管公司建議遼寧Y電廠(chǎng)采用超級(jí)奧氏體不銹鋼AL-6XN(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AL-6XN)制造管板.在這一情況下，對(duì)海優(yōu)管與AL-6XN管板的電偶腐蝕問(wèn)題進(jìn)行研究是十分必要的.

1 試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)對(duì)遼寧Y電廠(chǎng)大量凝汽器工況條件數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，確定的試驗(yàn)介質(zhì)條件見(jiàn)表1.

表1 海優(yōu)與AL-6XN的電偶腐蝕試驗(yàn)介質(zhì)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(cè)定這2對(duì)電極不同時(shí)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(jí)打磨至金相砂紙02#程度，用ZF-10數(shù)據(jù)采集存貯器連續(xù)測(cè)定這4個(gè)電極的自然電位(自腐蝕電位)，電位測(cè)量時(shí)均采用同一飽和氯化銀參比電極.在試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行偶接試驗(yàn):將電位差較大的2個(gè)測(cè)自然電位的打磨態(tài)的海優(yōu)和AL-6XN電極接入電位計(jì)和零電阻電流計(jì)，同時(shí)測(cè)量電偶電流和各自電位的變化.

另外，在試驗(yàn)前后，將2對(duì)測(cè)電偶腐蝕電流的電極和2條供貨態(tài)的測(cè)自然電位的電極洗凈、干燥至恒重后，用讀數(shù)精度為0.1 mg的電子分析天平稱(chēng)重，并用失重法測(cè)量其總腐蝕量.

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 電化學(xué)方法試驗(yàn)

電偶腐蝕最重要的參數(shù)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(duì) AL-6XN和海優(yōu)電極的“電偶腐蝕電流”從開(kāi)始到最終基本上均為零.也就是說(shuō)，AL-6XN和海優(yōu)電偶對(duì)沒(méi)有發(fā)生電偶腐蝕.

2個(gè)供貨態(tài)的AL-6XN和海優(yōu)電極在Y電廠(chǎng)海水中的自然電位見(jiàn)圖1;2個(gè)打磨態(tài)的AL-6XN和海優(yōu)電極在Y電廠(chǎng)海水中的自然電位見(jiàn)圖2.不同試驗(yàn)介質(zhì)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(duì)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(jiàn)表2.

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

結(jié)合表1中的試驗(yàn)條件和時(shí)間，對(duì)4個(gè)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)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(jīng)過(guò)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(shù)電位差均小于45 mV;

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

表2 不同浸泡時(shí)間和試驗(yàn)介質(zhì)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(gè)海優(yōu)和AL-6XN電極在Y電廠(chǎng)海水中偶接后，其電位隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖3所示.

由圖3和零電阻電流計(jì)的讀數(shù)記錄可以得出以下結(jié)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(gè)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(yáng)極極化程度大于陰極，即AL-6XN更容易極化.

從全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，用AL-6XN做凝汽器管板，海優(yōu)做冷卻管，一般不會(huì)發(fā)生電偶腐蝕.

2.2 腐蝕失重試驗(yàn)

電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)束后，取出的海優(yōu)和AL-6XN不銹鋼電極全部光亮如新，無(wú)任何銹斑.將2對(duì)測(cè)電偶腐蝕電流的電極和2條供貨態(tài)的測(cè)自然電位的電極洗凈、干燥至恒重后，再用讀數(shù)精度為0.1 mg的電子分析天平稱(chēng)重.腐蝕失重試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 腐蝕失重試驗(yàn)結(jié)果 g

由表3可知，在試驗(yàn)的85天中，不計(jì)稱(chēng)量誤差，海優(yōu)和AL-6XN不銹鋼腐蝕失重均為零，沒(méi)有發(fā)生電偶腐蝕和其他腐蝕.綜合本次腐蝕失重試驗(yàn)、以前的海優(yōu)不銹鋼管點(diǎn)蝕電位試驗(yàn)[1]，以及國(guó)外的使用經(jīng)驗(yàn)可知，海優(yōu)和AL-6XN不銹鋼可以在海水中使用，且一般不會(huì)發(fā)生腐蝕.

3 結(jié)論

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

(2)在試驗(yàn)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(shí)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(yàn)開(kāi)始到結(jié)束基本上均為零.因此，在Y電廠(chǎng)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(huì)發(fā)生電偶腐蝕.

[1]梁磊，陳胤強(qiáng)，李政，等.沿海電廠(chǎng)凝汽器用管材研究[J].中國(guó)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?chē)?guó)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(xué)院學(xué)報(bào)，2009，25(5):457-460.