凝汽器新管腐蝕泄漏原因分析

徐光明，董培欣，彭學文

(1.中國特種設備檢測研究院，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火力發電廠鍋爐壓力容器及其他相關設備的制造質量驗收工作，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為TP304不銹鋼，規格為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，發現了少量因外壁碰傷造成的凹陷管，未發現穿孔類缺陷。

2017年7月中旬，在對1號小機凝汽器汽側灌水后，發現泄漏管共計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檢，發現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，未再發現穿孔類缺陷管。將泄漏管取出后，發現泄漏部位均位于汽機房外墻側管板一端1.5 m范圍內，穿孔部位均位于管子6點鐘方向附近(管子下側)，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壁腐蝕情況進行對比。檢查發現1號管外壁有幾處腐蝕孔洞，孔洞附近金屬也有腐蝕跡象，局部區域呈小面積的均勻腐蝕。與外壁腐蝕坑(孔)對應位置的內壁腐蝕情況較為嚴重，內壁表面腐蝕坑(孔)明顯多于外壁表面，且內壁表面除有大量的腐蝕坑(孔)外，還有大片的黃褐色腐蝕產物。

圖1 送檢管段照片

圖2 1號管內外壁宏觀腐蝕情況

圖3 為2號送檢管剖開后部分位置內外壁宏觀檢查情況，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，遠離腐蝕孔區域管段無明顯腐蝕；內壁除有腐蝕坑(孔)外，還有大面積的黃褐色腐蝕產物。

圖3 2號管內外壁宏觀腐蝕情況

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

圖4 3號管內外壁宏觀檢查情況

1.2 成分分析

對2根泄漏管進行化學成分分析，結果如表1所示。分析可見，1號管材質與設計材質TP304相符；2號管材質與設計材質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 送檢管化學成分分析結果 wt%

1.3 金相檢驗

圖5，6為1，2號管金相檢驗結果，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。

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

圖5 1號管金相檢驗結果

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，在掃描電鏡下對內外壁表面形貌進行觀察。

圖6 2號管金相檢驗結果

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

圖7 1號管內壁腐蝕微觀形貌

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，遠離孔洞區域未見有明顯的腐蝕情況。

圖9為2號管內壁腐蝕情況微觀形貌：內壁有較多的點蝕坑，部分點蝕坑已穿透管壁成孔；局部區域孔洞呈縫隙狀；內壁部分區域出現均勻腐蝕，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號管內壁腐蝕形貌：有少量腐蝕產物，無明顯點蝕坑等缺陷。

1.5 腐蝕產物能譜分析

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，對內壁表面腐蝕產物進行能譜分析。

表3為2號管內壁腐蝕產物能譜分析結果。分析可見，腐蝕產物中同樣含有Cl，S，Si等多種雜質元素。

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果進行了分析。

(1) 宏觀檢查發現，1號管和2號管腐蝕情況基本相同，內壁腐蝕坑(孔)明顯多于外壁；內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物；外壁只在腐蝕孔洞周邊發現腐蝕跡象，遠離孔洞的其他區域并未發現明顯的腐蝕。由此可見，腐蝕最先從內壁開始，腐蝕介質在管子內部流動或沉積，內壁受腐蝕后形成點蝕坑并最終穿透管壁，部分腐蝕產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，發現1號管材質與設計材質TP304相符，2號管材質與TP316L不銹鋼的成分要求較為吻合，而非設計材質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物 %

表3 2號管蝕孔附近腐蝕產物 %

(4) 對管子內外壁腐蝕形貌微觀觀察可見，1號和2號管內壁除有明顯的點蝕坑(孔)外，部分區域還存在明顯的均勻腐蝕情況。1，2號管腐蝕區域能譜分析均發現較多的腐蝕性元素Cl。氯離子對不銹鋼具有很強的腐蝕性，極易導致不銹鋼產生點蝕穿孔，并最終導致設備失效；點蝕往往還是誘發應力腐蝕的裂紋源。在含氯離子的環境中，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，不同的環境狀況會導致腐蝕形貌及速率有所差別。由此可見，1，2號送檢管出現穿孔的主要原因為氯離子腐蝕。

3 結論和建議

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

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