陳銳華

（廣東省特種設備檢測研究院揭陽檢測院，廣東 揭陽 522000）

承壓類特種設備如鍋爐、壓力容器、管道等特種設備在制造完成后，需要通過耐壓試驗全面綜合考核其強度，以避免正常使用過程中事故的發(fā)生，耐壓試驗通常以液壓試驗為主，即水壓試驗。在相關標準規(guī)范中，均對水壓試驗用水質(zhì)做了規(guī)定，以防止因為水質(zhì)不良而對設備產(chǎn)生可能的危害。

1 承壓類特種設備水壓試驗用水相關規(guī)范

1.1 鍋爐

鍋爐安全技術規(guī)程[1]中規(guī)定對鍋爐進行水壓試驗時應采用潔凈水。如果受壓元件含奧氏體不銹鋼，則控制水中氯離子含量≤25mg/L，若不符合要求，則應在試驗完畢后立即將水澤去除干凈。

1.2 壓力容器

GB/T150 第4 部分[2]規(guī)定了壓力容器采用水作液壓試驗時，試驗完畢后無法排凈吹干時，對奧氏體不銹鋼制容器應控制試驗用水中的氯離子含量≤25mg/L。GB/T18442 第5 部分[3]規(guī)定了固定式真空絕熱深冷壓力容器在水壓試驗完畢后應將液體排盡并吹掃，當無法排凈吹干時，應控制試驗用水中的氯離子含量≤25 mg/L。

1.3 管道

工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范GB50235[4]要求應使用潔凈水進行液壓試驗。當對不銹鋼、鎳及鎳合金管道，或?qū)B有不銹鋼、鎳及鎳合金管道或設備的管道進行試驗時，水中氯離子含量≤25 mg/L。工業(yè)管道規(guī)范GB/T20801 在第五部分的檢驗與試驗[5]中同樣要求采用潔凈水進行水壓試驗。在受壓元件為奧氏體不銹鋼構(gòu)件時則要求水中氯離子含量≤50mg/L。

綜上，試壓用水水質(zhì)要求主要為潔凈水，如果是試壓部件為不銹鋼材質(zhì)則同時要求氯離子含量做出明確限值。潔凈水并無一個明確的標準，對于金屬設備而言，潔凈主要是不能有引起腐蝕或雜質(zhì)黏附等可能損壞設備或影響設備安全運行的物質(zhì)存在。水的pH、電導率、濁度、氯離子含量可以一定程度上表征水的潔凈度與腐蝕性。

2 金屬設備在介質(zhì)水中的腐蝕機理與探討

金屬設備直接暴露于水介質(zhì)中在多重因素作用條件下會發(fā)生各種各樣的腐蝕。首先，水介質(zhì)中的成分、濃度等千差萬別。其次，金屬材料如碳鋼、不銹鋼等的合金成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)等也各有差異。最后，由于接觸作用條件不同，也對金屬設備腐蝕構(gòu)成不同影響。本文主要探討水中氯離子、pH、電導率、濁度等對金屬腐蝕速率、狀況和程度的影響。

2.1 水中氯離子對金屬設備的腐蝕

由于金屬設備材質(zhì)中成分差異和不均一性，當直接暴露于各種水溶液中時，在達到一定作用條件時，極易產(chǎn)生腐蝕，其中電化學腐蝕是很重要的表現(xiàn)形式。在含氯離子的水中，不純的金屬較容易產(chǎn)生原電池腐蝕，鐵及其合金作為陽極區(qū)失去電子變?yōu)殡x子狀態(tài)而逐漸析出，隨著溶解加快，在金屬表面逐漸產(chǎn)生點蝕、孔蝕等。即使金屬表面有致密鈍化膜存在，但是由于氯離子半徑較小，同時隨著氯離子濃度的增加，產(chǎn)生鈍化膜穿透，破壞金屬表面鈍化膜生成，進而加速腐蝕。一方面，對于碳鋼主要表現(xiàn)的是全面腐蝕和局部腐蝕，呂勝杰等[6]研究得出，在水中的20 號碳鋼腐蝕速率隨著氯離子含量增大而增大，當氯離子質(zhì)量分數(shù)達到950ug/g 時，腐蝕速率為初始腐蝕速率的29.9 倍。另一方面，在不銹鋼上會表現(xiàn)為孔蝕或應力腐蝕開裂等。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，不銹鋼設備在水中的腐蝕以局部腐蝕為主，孔蝕和應力腐蝕等案例較為常見。高濃度的氯離子能夠在一定程度上促進不銹鋼的電化學腐蝕，形成點狀蝕坑。孫翔等[7]研究表明：在氯離子含量為25～400mg/L 時，氯離子明顯加劇兩種不銹鋼的腐蝕，將其濃度從200mg/L 降至25mg/L 以下時，腐蝕力度會被大大削弱。

2.2 pH 對金屬設備的腐蝕

pH 越低，金屬在水中越易產(chǎn)生腐蝕，當pH 小于6.0時，水對金屬的腐蝕明顯加快，當pH 小于5.5 時，腐蝕速度進一步加快。水中氫離子的濃度升高，也就是pH 降低，氫離子的陰極極化反應增強，加速了陽極金屬的溶解。

劉國榮等[8]研究分析在不同pH 的水中20 號碳鋼的腐蝕行為和機理，得出：在pH 等于6.4 時，金屬表面腐蝕最為嚴重，同時存在點蝕和均勻腐蝕；當pH 在7.2～8.4 范圍內(nèi)時，水的pH 對腐蝕影響較小；當pH 等于9.5 時，金屬表面形成的腐蝕產(chǎn)物膜降低了腐蝕的速率，腐蝕影響最輕。冉斗[9]等研究分析了含氯溶液中pH 的變化對鋼14Cr12Ni3WMoV 電化學腐蝕行為的影響，得出：隨著含氯溶液pH 變小，材料表面阻抗減小，腐蝕速率和點蝕敏感性均增大，隨著點蝕發(fā)生，不銹鋼鈍化膜中鐵逐漸溶解，鈍化膜穩(wěn)定性下降，材料耐蝕性也隨著下降。

2.3 水的電導率對金屬設備的影響

電導率反映水中的離子含量，電導率越高，水中的導電離子含量越高，溶液體系電阻越小，電化學反應中陰陽極的極化阻力就越小，電化學腐蝕得到加劇，從而加速腐蝕。伊帆等[10]通過模擬實驗得出，腐蝕速率在不添加緩蝕劑的條件下會隨著循環(huán)水中電導率的提高而略有增大，最高達0.1129mm/a。

2.4 水的濁度對金屬設備的影響

水的濁度往往與水中懸浮物質(zhì)、微生物或膠體類物質(zhì)的含量成正比，當這些懸浮膠體物質(zhì)達到一定含量，就可能黏附于金屬設備表面，增加淤泥堵塞的概率，并可能對泥垢下的金屬表面產(chǎn)生腐蝕，其中的微生物通過多種形式影響鋼鐵的腐蝕，水中生物活性的作用是比較復雜的，但總體對金屬腐蝕是有害的。

伊帆等[11]在0 到200 mg/L 的濁度范圍內(nèi)，進行掛片腐蝕試驗，當濁度大于20mg/L 時，腐蝕速率隨著濁度的升高而加大，最高達0.1179 mm/a。

3 各項指標所采用的檢 測方法和對揭陽市轄區(qū)內(nèi)各地的各種水源進行隨機取樣檢測分析

3.1 氯離子、pH、電導率、濁度水質(zhì)各項指標采用的檢測方法

（1）氯離子：GB/T15453-2018 工業(yè)循環(huán)冷卻水和鍋爐用水中氯離子的測定，摩爾法，硝酸銀容量滴定法。（2）pH：GB/T6920-1986 水質(zhì)pH值的測定，玻璃電極法，實驗室用pH 計。（3）電導率：GB/T6908-2018 鍋爐用水和冷卻水分析方法，電導率的測定，電導率儀。（4）濁度：GB/T 12151-2005 鍋爐用水和冷卻水分析方法，濁度的測定（福馬肼濁度），濁度儀法。

3.2 揭陽市轄區(qū)內(nèi)各個地區(qū)的各種水源隨機取樣檢測結(jié)果分析

1.結(jié)果討論。由表1 可見，該地區(qū)自來水各項指標都比較適合作為水壓試驗用水，可以判斷為潔凈水，對于碳鋼而言，可以直接進行水壓試驗。表2 中水庫或湖泊水濁度相對高些，若經(jīng)過過濾降低濁度再使用更佳。如果是不銹鋼，則都需先檢測水源氯離子含量確保不超過25mg/L。

表1 2022 年揭陽市轄區(qū)內(nèi)某五家企業(yè)單位廠區(qū)內(nèi)自來水隨機抽取檢測結(jié)果

表2 2022 年揭陽市轄區(qū)內(nèi)某四家企業(yè)單位廠區(qū)內(nèi)所用水庫或湖泊水隨機抽取檢測結(jié)果

2.由表3 可見，隨機抽取的河水、廠內(nèi)循環(huán)水、地下水各項指標均遜色不少，pH 較低，小于6.0，已經(jīng)構(gòu)成腐蝕可能。電導率高，表明水中雜質(zhì)離子較多，導電離子含量越多，導電能力得到增強，加速電化學腐蝕，濁度高則容易積聚膠體物質(zhì)，產(chǎn)生金屬壁黏泥附著等，如果進行試壓后得不到徹底清洗，而殘留金屬表面，則容易對金屬產(chǎn)生腐蝕，進而影響設備后續(xù)正常使用。氯離子含量相對較高均超出25mg/L 限值，明顯已不適合作為不銹鋼等設備的試壓用水，需進行處理，降低氯離子含量或更換合適的水源。對于碳鋼，須慎重選擇其作為試壓用水，或于進行試驗后，立即排盡，并將水漬擦干，防止液體殘留腐蝕設備內(nèi)金屬構(gòu)件，考慮到現(xiàn)實中大型承壓類設備進行內(nèi)壁水漬擦干的可行性，建議選擇更換合適水源。因此對于不明水質(zhì)的水源，在進行承壓類特種設備水壓試驗時，應先進行水質(zhì)檢測分析，以判斷水源的可用性和如何進行后續(xù)處理防護。

表3 2022 年揭陽市轄區(qū)內(nèi)隨機抽取水樣檢測結(jié)果

4 結(jié)論

首先，當水中氯離子含量、pH 達到一定量時，會對碳鋼和不銹鋼產(chǎn)生較為嚴重的腐蝕，氯離子含量越高，pH 越低，腐蝕進展越快，同時電導率和濁度對腐蝕也起到一定的促進作用。其次，承壓類特種設備進行水壓試驗時，應選擇合適的方法，如先進行試壓用水取樣檢測分析，可測定pH、電導率、濁度、氯離子等水質(zhì)指標，以判斷水源的合用性。最后，對于試壓部件材質(zhì)為碳鋼或不銹鋼，由于金屬材質(zhì)不同，試壓用水水源選擇應進行嚴格區(qū)分選用，特別不銹鋼，應重點控制氯離子含量，防止腐蝕，造成設備損壞。