凝汽器新管腐蝕泄漏原因分析

徐光明，董培欣，彭學(xué)文

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 概述

某在建2×1 000 MW火力發(fā)電廠鍋爐壓力容器及其他相關(guān)設(shè)備的制造質(zhì)量驗收工作，包括凝汽器管子的渦流檢測驗收。1號小機凝汽器換熱器管材質(zhì)為TP304不銹鋼，規(guī)格為Φ25×0.5/0.7，安裝時間為2017年4月初。安裝時管子架在管板上，并在焊接前全部進行了渦流檢測，發(fā)現(xiàn)了少量因外壁碰傷造成的凹陷管，未發(fā)現(xiàn)穿孔類缺陷。

2017年7月中旬，在對1號小機凝汽器汽側(cè)灌水后，發(fā)現(xiàn)泄漏管共計25根(1根壁厚0.7 mm，其余壁厚均為0.5 mm)，其中18根集中分布，其余7根分散分布。對25根泄漏管進行渦流復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)25根管子均存在典型的穿孔信號，且缺陷信號強烈、易分辨。

后續(xù)對1號小機凝汽器8個水室的換熱管進行渦流抽檢，未再發(fā)現(xiàn)穿孔類缺陷管。將泄漏管取出后，發(fā)現(xiàn)泄漏部位均位于汽機房外墻側(cè)管板一端1.5 m范圍內(nèi)，穿孔部位均位于管子6點鐘方向附近(管子下側(cè))，且穿孔部位有明顯腐蝕痕跡。因此，對以上25根泄漏管進行了更換。

1 宏觀檢查及金屬理化分析

為了查明泄漏原因，電廠委托檢測方對本次小機凝汽器泄漏換熱管進行宏觀檢查和金屬理化分析。圖1為送檢管照片，1號和2號管為泄漏管，3號管為未發(fā)生泄漏的對比管。

1.1 宏觀檢查

圖2為1號送檢管剖開后部分位置宏觀檢查情況，圖中選取了同一位置的外壁和內(nèi)壁腐蝕情況進行對比。檢查發(fā)現(xiàn)1號管外壁有幾處腐蝕孔洞，孔洞附近金屬也有腐蝕跡象，局部區(qū)域呈小面積的均勻腐蝕。與外壁腐蝕坑(孔)對應(yīng)位置的內(nèi)壁腐蝕情況較為嚴重，內(nèi)壁表面腐蝕坑(孔)明顯多于外壁表面，且內(nèi)壁表面除有大量的腐蝕坑(孔)外，還有大片的黃褐色腐蝕產(chǎn)物。

圖1 送檢管段照片

圖2 1號管內(nèi)外壁宏觀腐蝕情況

圖3 為2號送檢管剖開后部分位置內(nèi)外壁宏觀檢查情況，外壁腐蝕孔附近可見腐蝕跡象，部分腐蝕孔相連接呈縫隙狀，遠離腐蝕孔區(qū)域管段無明顯腐蝕；內(nèi)壁除有腐蝕坑(孔)外，還有大面積的黃褐色腐蝕產(chǎn)物。

圖3 2號管內(nèi)外壁宏觀腐蝕情況

對3號管內(nèi)外壁進行宏觀檢查，未見明顯的腐蝕坑(孔)，內(nèi)壁有少量分散的黃褐色腐蝕產(chǎn)物，如圖4所示。

圖4 3號管內(nèi)外壁宏觀檢查情況

1.2 成分分析

對2根泄漏管進行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。分析可見，1號管材質(zhì)與設(shè)計材質(zhì)TP304相符；2號管材質(zhì)與設(shè)計材質(zhì)TP304不符，與TP316L不銹鋼的成分要求比較吻合，但因TP316L比TP304抗腐蝕性能更好，可以使用。

表1 送檢管化學(xué)成分分析結(jié)果 wt%

1.3 金相檢驗

圖5，6為1，2號管金相檢驗結(jié)果，其金相組織均為孿晶奧氏體，組織未見異常；3號管金相組織也為孿晶奧氏體。1，2號失效管腐蝕孔洞以穿晶形式向母材前沿擴展，不同于奧氏體晶間腐蝕的沿晶開裂特征。

關(guān)于旅游產(chǎn)業(yè)概念的界定，由于研究的角度不同，所得出的結(jié)論也自然不同，但共識性的因素主要是圍繞著“旅游資源”、“旅游設(shè)施”、“旅游服務(wù)”等。所以對旅游產(chǎn)業(yè)概念可以表述為：“以旅游者為對象，借助旅游資源和旅游設(shè)施，滿足旅游者在旅游活動中的吃、住、行、游、娛、購等需求，來實現(xiàn)旅游者精神和物質(zhì)追求的綜合性產(chǎn)業(yè)”[3]。

圖5 1號管金相檢驗結(jié)果

1.4 腐蝕形貌微觀分析

將具有明顯腐蝕孔洞的1，2號管及未見腐蝕孔洞的3號管剖開，在掃描電鏡下對內(nèi)外壁表面形貌進行觀察。

圖6 2號管金相檢驗結(jié)果

圖7 為1號管內(nèi)壁微觀腐蝕形貌：內(nèi)壁有較多的點蝕坑，部分點蝕坑已穿透管壁成孔狀；內(nèi)壁部分區(qū)域出現(xiàn)均勻腐蝕，部分腐蝕后的奧氏體晶粒形態(tài)清晰可見。

圖7 1號管內(nèi)壁腐蝕微觀形貌

圖8 為1號管外壁點蝕坑(孔)微觀形貌和遠離點蝕坑(孔)的無明顯腐蝕區(qū)域的微觀形貌：外壁點蝕坑很少，有少量孔洞，孔洞周邊也有腐蝕跡象，遠離孔洞區(qū)域未見有明顯的腐蝕情況。

圖9為2號管內(nèi)壁腐蝕情況微觀形貌：內(nèi)壁有較多的點蝕坑，部分點蝕坑已穿透管壁成孔；局部區(qū)域孔洞呈縫隙狀；內(nèi)壁部分區(qū)域出現(xiàn)均勻腐蝕，表面有塊狀覆蓋層。

圖8 1號管外壁腐蝕微觀形貌

圖9 2號管內(nèi)壁腐蝕微觀形貌

圖10 為2號管外壁點蝕坑(孔)微觀形貌，部分點蝕孔相連呈縫隙狀，孔洞周邊也有腐蝕跡象。

圖10 2號管外壁腐蝕孔微觀形貌

3號管內(nèi)壁腐蝕形貌：有少量腐蝕產(chǎn)物，無明顯點蝕坑等缺陷。

1.5 腐蝕產(chǎn)物能譜分析

將具有明顯腐蝕孔洞的1，2號管及未見腐蝕孔洞的3號管剖開，對內(nèi)壁表面腐蝕產(chǎn)物進行能譜分析。

表3為2號管內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果。分析可見，腐蝕產(chǎn)物中同樣含有Cl，S，Si等多種雜質(zhì)元素。

2 原因分析與討論

對送檢的3根凝汽器換熱器管各項理化性能的檢驗結(jié)果進行了分析。

(1) 宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，1號管和2號管腐蝕情況基本相同，內(nèi)壁腐蝕坑(孔)明顯多于外壁；內(nèi)壁除有部分點蝕穿孔外，還存在大量的未穿透管壁的點蝕坑，并且有較大面積的黃褐色腐蝕產(chǎn)物；外壁只在腐蝕孔洞周邊發(fā)現(xiàn)腐蝕跡象，遠離孔洞的其他區(qū)域并未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕。由此可見，腐蝕最先從內(nèi)壁開始，腐蝕介質(zhì)在管子內(nèi)部流動或沉積，內(nèi)壁受腐蝕后形成點蝕坑并最終穿透管壁，部分腐蝕產(chǎn)物沿穿孔溢出后造成了外壁穿孔周邊金屬的腐蝕。

(2) 對送檢管進行成分分析，發(fā)現(xiàn)1號管材質(zhì)與設(shè)計材質(zhì)TP304相符，2號管材質(zhì)與TP316L不銹鋼的成分要求較為吻合，而非設(shè)計材質(zhì)TP304。由于TP316L不銹鋼中加入了Mo元素，且具有較低的碳含量，相比于TP304具有更好的耐腐蝕性能，尤其是耐氯離子點蝕性能要優(yōu)于TP304。

(3) 3根送檢管金相組織均為孿晶奧氏體，組織未見明顯異常；腐蝕孔洞以穿晶形式向母材前沿擴展。

表2 1號管蝕孔附近腐蝕產(chǎn)物 %

表3 2號管蝕孔附近腐蝕產(chǎn)物 %

(4) 對管子內(nèi)外壁腐蝕形貌微觀觀察可見，1號和2號管內(nèi)壁除有明顯的點蝕坑(孔)外，部分區(qū)域還存在明顯的均勻腐蝕情況。1，2號管腐蝕區(qū)域能譜分析均發(fā)現(xiàn)較多的腐蝕性元素Cl。氯離子對不銹鋼具有很強的腐蝕性，極易導(dǎo)致不銹鋼產(chǎn)生點蝕穿孔，并最終導(dǎo)致設(shè)備失效；點蝕往往還是誘發(fā)應(yīng)力腐蝕的裂紋源。在含氯離子的環(huán)境中，影響不銹鋼腐蝕的因素較多，如溫度、氯離子濃度、溶解氧、pH值、流速等，不同的環(huán)境狀況會導(dǎo)致腐蝕形貌及速率有所差別。由此可見，1，2號送檢管出現(xiàn)穿孔的主要原因為氯離子腐蝕。

3 結(jié)論和建議

綜合上述檢驗及分析結(jié)果可知，本次送檢的2根凝汽器換熱器管產(chǎn)生腐蝕穿孔的主要原因為環(huán)境中存在較多含氯離子的腐蝕介質(zhì)；同時，檢驗中也發(fā)現(xiàn)該批換熱管存在材質(zhì)與訂貨不符的情況。

建議不銹鋼管在存放、安裝及使用過程中，要嚴格避免周圍環(huán)境中存在氯離子，以防止不銹鋼在含氯離子環(huán)境中產(chǎn)生點蝕。