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廠(chǎng)房通風(fēng)管道腐蝕原因分析與對策

作者:廣順管道發(fā)布時(shí)間: 2018-09-15 12:05:05 瀏覽次數0

  采用鍍鋅碳鋼作為廠(chǎng)房通風(fēng)風(fēng)管材料時(shí),局部區域會(huì )發(fā)生優(yōu)先腐蝕,從而導致風(fēng)管失效,根據現場(chǎng)情況調查并進(jìn)行分析,研究表明局部區域氣壓變化導致空氣中水分在局部區域凝結,空氣中氯離子在凝結水中聚集,導致局部腐蝕速度遠大于一般大氣腐蝕速度??梢酝ㄟ^(guò)在局部有凝結水區域采用耐蝕性更好的材料代替鍍鋅碳鋼以延長(cháng)風(fēng)管整體壽命。

通風(fēng)管道

  0 前言

  核電站通風(fēng)系統主要功能是為各廠(chǎng)房通風(fēng)散熱,由風(fēng)機房?jì)鹊娘L(fēng)機及分布在廠(chǎng)房?jì)鹊耐L(fēng)管道組成,國內某核電站通風(fēng)管道采用鍍鋅鋼板,隨著(zhù)服役年限延長(cháng)部分區域出現腐蝕情況,且由于腐蝕及設計不足多次出現脫落問(wèn)題,該系統雖與核安全無(wú)關(guān),但腐蝕脫落會(huì )帶來(lái)工業(yè)安全問(wèn)題,因此有必要對風(fēng)管腐蝕特點(diǎn)、原因進(jìn)行分析并給出解決方案,同時(shí)匯總結構設計不足問(wèn)題及應對措施,可為現役電站糾正維修及新建電站通風(fēng)系統設計提供指引。

  1 腐蝕特征與原因分析

  1.1 通風(fēng)管道中風(fēng)管腐蝕特征調查

  從電站維修管理系統中查閱歷史風(fēng)管腐蝕相關(guān)事件,對腐蝕部位類(lèi)型進(jìn)行統計,主要包括六類(lèi):風(fēng)門(mén)前后(相連風(fēng)管、鉚釘、風(fēng)門(mén))、風(fēng)管轉向位置(彎頭、導風(fēng)裝置)、風(fēng)機出口風(fēng)管、風(fēng)門(mén)本體及內部組件、過(guò)濾器前后,各腐蝕類(lèi)型在調查的兩座核電站主要分布情況如圖1所示,該結果與現場(chǎng)調查結果一致,其中風(fēng)機出口、風(fēng)門(mén)及前后風(fēng)管、風(fēng)管改變方向(靠近風(fēng)機出口)位置是最主要的腐蝕失效部位。

  

 

  圖1 歷史腐蝕部位分類(lèi)分布圖

  1.2 腐蝕原因分析

  鋅在室外海洋大氣環(huán)境中均勻腐蝕速率約為0.5~8μm/年,與碳鋼材料相比,在大多數環(huán)境中鍍鋅層腐蝕速度平均比碳鋼低22倍,且均大于10倍,因此選擇鍍鋅層作為風(fēng)管材料防腐層的設計是合理的。然而現場(chǎng)的鍍鋅層卻在局部位置快速腐蝕,導致風(fēng)管腐蝕不可用,結合現場(chǎng)風(fēng)管腐蝕調查結果,風(fēng)機出口、風(fēng)門(mén)及前后風(fēng)管、風(fēng)管改變方向(靠近風(fēng)機出口)位置是腐蝕敏感部位,這些位置的共同點(diǎn)主要表現在該區域氣體壓力發(fā)生明顯變化,風(fēng)機出口由于風(fēng)機提供動(dòng)能導致風(fēng)壓升高,風(fēng)管轉向位置、風(fēng)門(mén)等有阻擋作用位置,風(fēng)在風(fēng)門(mén)表面、風(fēng)管轉向位置由于阻擋作用風(fēng)速降低,根據流體能量守恒,流體動(dòng)能降低時(shí)其靜壓能升高,即此位置均存在風(fēng)壓力升高,導致空氣中的水蒸汽分壓升高,當水蒸汽分壓超過(guò)形成凝結水,而空氣中氯離子溶解于水中形成侵蝕性環(huán)境。鋅在含有氯離子的水溶液介質(zhì)中典型腐蝕速度為20~70μm/年,遠遠高于大氣環(huán)境中十倍以上,而風(fēng)管鍍鋅層厚度僅20μm,將在短時(shí)間內消耗,無(wú)法起到保護作用。

  凝結水在上述位置產(chǎn)生的原因如下:

  風(fēng)壓由空氣分壓和水蒸氣分壓組成,即:

  Pwind

  o=PAiro+PWatero

  此溫度下水對應飽和蒸汽壓為Pt1,Water;

  此時(shí)濕度為:ηt1o=PWatero/ Pt1,Water;

  當風(fēng)壓升高時(shí)Pwind=PAiro+ΔPAir+PWatero+ΔPWater;

  此時(shí)濕度升高:ηt1=(PWatero+ΔPWater)/ Pt1,Water>ηo,當超過(guò)100%時(shí)產(chǎn)生凝結水;

  汽機廠(chǎng)房溫度高于外部,當風(fēng)進(jìn)入風(fēng)管后不斷被加熱,此時(shí)對應溫度下水飽和蒸汽壓升高,即Pt2,水>Pt1,水;

  濕度為:ηt2=(PWatero+ΔPWater)/ Pt2<ηt1,隨溫度升高不斷減小,直至不在產(chǎn)生凝結水。

  依據上述分析,水凝結將發(fā)生在風(fēng)機出口、風(fēng)門(mén)前后、風(fēng)向改變位置,隨風(fēng)管深入汽機廠(chǎng)房越遠,凝結水/腐蝕發(fā)生頻率、嚴重程度降低,與現場(chǎng)觀(guān)察到結果完全一致。

通風(fēng)管道

  1.3 腐蝕模式

  通風(fēng)管道中風(fēng)管中輸送的介質(zhì)是來(lái)自于室外的高濕度、高鹽份的空氣,同時(shí)局部存在上述描述的凝結水環(huán)境,風(fēng)管材料在這些環(huán)境中主要表現為陰極吸氧去極化控制的電化學(xué)腐蝕,腐蝕形式上有均勻腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕。

  鍍鋅層在大氣環(huán)境和凝結水中表現為均勻腐蝕,但在有凝結水環(huán)境腐蝕速度顯著(zhù)增大,因此現場(chǎng)易產(chǎn)生凝結水的位置鍍鋅層很快消耗完,碳鋼開(kāi)始腐蝕,如圖2所示。當鍍鋅層消耗至出現局部基體鐵裸露時(shí),碳鋼與鍍鋅層出現電偶腐蝕。在風(fēng)管材料連接部位,采用搭接方式錨固,從而有縫隙存在,當處于干燥環(huán)境時(shí),空氣中氯離子及濕氣并不容易進(jìn)入縫隙,不會(huì )發(fā)生嚴重腐蝕,但當存在凝結水時(shí),含氯離子的凝結水進(jìn)入縫隙,促進(jìn)了縫隙腐蝕發(fā)生,其腐蝕速度遠大于均勻腐蝕,如圖3所示。

  

 

  圖2 鍍鋅碳鋼風(fēng)管均勻腐蝕

  

 

  圖3 風(fēng)管搭接位置縫隙腐蝕

  風(fēng)管材料之間通過(guò)鉚接方式連接,所采用的鉚釘材質(zhì)為工業(yè)純鋁,當鍍鋅層在風(fēng)管制作過(guò)程中破損或因腐蝕消耗完時(shí),鉚釘會(huì )與鐵基體發(fā)生電偶腐蝕,如圖4所示,且在有凝結水環(huán)境時(shí)電偶腐蝕效應會(huì )加劇,使得鉚釘被迅速消耗,從而導致連接強度不足,連接構件脫落,如風(fēng)門(mén)脫落,風(fēng)管連接部位脫落等現象發(fā)生,是腐蝕掉落的主要原因之一。

  

 

  圖4 鉚釘腐蝕

  2 結論

  通風(fēng)管道中風(fēng)管發(fā)生腐蝕而提前失效主要原因來(lái)自于凝結水的產(chǎn)生,在凝結水產(chǎn)生的風(fēng)管段原有的鍍鋅碳鋼已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求,因此在這些部位建議采取加強防腐措施,可考慮更換材質(zhì)有316L不銹鋼或玻璃纖維增強聚合物風(fēng)管。

  如使用316L不銹鋼作為風(fēng)管材料,凡焊接、機械加工位置都建議做鈍化處理,如不進(jìn)行酸洗鈍化處理,不銹鋼材質(zhì)風(fēng)管部位焊接區域仍存在腐蝕。玻璃纖維增強聚合物風(fēng)管防腐效果優(yōu)良,質(zhì)量較輕,推薦在凝結水產(chǎn)生區域使用,從現場(chǎng)酸堿環(huán)境原本使用玻璃纖維增強聚合物風(fēng)管區域看,基本無(wú)腐蝕問(wèn)題,且后期維護工作少。