工业冷却水对不锈钢换热器腐蚀的研究及对策

编号：AQ-JS-03383

( 安全技术)

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工业冷却水对不锈钢换热器腐

蚀的研究及对策

Study on Corrosion of stainless steel heat exchanger by industrial cooling water and

Countermeasures

工业冷却水对不锈钢换热器腐蚀的

研究及对策

使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科

学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

摘要：不锈钢换热器在石化、电力工业的生产中有着广泛的应用。但是，不锈钢管局部腐蚀（主要是孔蚀和应力腐蚀破裂）的发展速度和所造成的破坏也是惊人的。本文简要介绍了不锈钢的腐蚀类型；针对火电厂运行、基建机组凝汽器不锈钢管的防腐蚀工作，阐述了相应的化学处理措施和成功的工作实例。

关键词：不锈钢；凝汽器；孔蚀；应力腐蚀破裂；防腐；化学处理

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