氯離子對電站常用金屬材料腐蝕行為的影響解析

賀利鋒

（西安核設備有限公司，陜西 西安 710021）

電站有較多的金屬設備，而且金屬材料種類較多，例如，包括碳鋼和低合金鋼以及不銹鋼等，本文主要分析常溫工作狀態中氯離子的金屬材料腐蝕影響規律，為電站機組停運保養工作提供參考。

1 概述金屬腐蝕的基礎理論

1.1 大氣腐蝕

大氣腐蝕是金屬材料腐蝕的常見形式，因為環境的影響，將會腐蝕電解質液膜，從而產生大氣腐蝕，從而增加經濟損失。大氣腐蝕主要是在電解液薄膜下產生微電池，從而產生電化學腐蝕。因為環境溫濕度和污染物的影響，將會在金屬材料表面產生物理吸附和化學凝聚等問題，最終會產生薄液膜，最終引發金屬電化學腐蝕問題。在形成液膜的過程中，空氣中的可溶性氣體將會被溶解，從而產生各種電解質液膜，同時產生的可溶性化學活性物將會改變溶液性質，從而引發腐蝕問題。在沉降和吸收污染性氣體的時候，將會酸化金屬表面的電解液層，改變環境溫濕度后，將會改變含有鹽類和可溶性化學介質的液體，同時在溶液中將會改變PH 值和O2等反應活性物質，腐蝕反應的物質傳遞過程因此發生改變。

1.2 環境影響因素

環境氣氛種類和溫度以及相對濕度等參數直接影響大氣腐蝕速率，分析環境因素的影響，需要分析環境氣象因素和各種腐蝕介質的協同效應。金屬大氣腐蝕的環境影響因素主要包括溫濕度和降雨量以及日照強度等，不同地區在季節變化過程中，金屬腐蝕的變化比較明顯，而且具備周期性特征。

1.3 腐蝕產物

在金屬表面堆積金屬腐蝕形成的腐蝕產物，后續的腐蝕速度也會受到影響。腐蝕產物的種類和形貌狀態等直接關系到保護性，例如，鋁的氧化膜具有較高的致密性，可以降低腐蝕速度。但是，會加速腐蝕一些金屬的腐蝕產物，例如，因為蓬松結構會增加初期腐蝕產物的反應面積。

2 概述電站常用金屬材料腐蝕行為

2.1 做好電站常用金屬材料腐蝕行為控制工作的重要性

在電站行業中普遍存在腐蝕性介質，因此，電力生產過程中各種設備很容易接觸腐蝕性介質，從而引發腐蝕問題，而且電站的溫度和壓力等條件需要符合相關要求，否則，將會加劇腐蝕問題。如果電站設備發生腐蝕問題，將會直接影響使用壽命和維修周期以及生產效率等，同時會增加生產成本。

2.2 腐蝕原因

（1）內部原因。①電站設備利用活潑性金屬，因此，很容易和外界物質發生反應。②電站生產環境比較復雜，因此很容易腐蝕很多金屬材料，而且在特定條件下金屬材料很容易產生反應。③在同一環境下，不同金屬材料具有不同的抗腐蝕能力，材料本身性質和外界環境的活躍度發揮著重要的影響。④管理人員的設備維護和保養工作直接關系到金屬設備的金屬材料抗腐蝕能力，通過定期保養設備，可以使設備抗腐蝕能力因此提高。

（2）外部原因。外界物質的介入直接關系到電站金屬腐蝕，在化工生產過程中需要投入較多的生產原料，這些原料如果具備強腐蝕性特征，將會腐蝕金屬設備。雖然一些原料并不具備強烈的腐蝕性，但是經過化學反應，將會轉變為強腐蝕性的物質，在高溫和高壓作業條件中，設備介質可能會發生移動，進一步擴大腐蝕面積。

2.3 設備常用金屬材料防腐的不足之處

（1）腐蝕結構工藝不合理。結構工藝直接影響設備防腐蝕性能，因此，需要合理選擇防腐工藝，合理實際工作的不足之處。一些金屬材料防腐工作中缺乏針對性的控制策略，尤其不夠關注氧化腐蝕和縫隙腐蝕等，沒有結合工作需求采取合理的控制方案，從而加劇腐蝕問題，并且會帶來嚴重的影響。

（2）設備材料不合理。在選擇防腐蝕技術的時候，因為沒有科學的分析材料因素，不利于合理管控金屬材料，影響到材料選擇的科學性。一些設備選擇利用碳素鋼，因為沒有詳細判斷主體優勢，而且沒有關注一些材料成本，隨后影響后續使用效果。需要進一步分析電站常用金屬材料腐蝕行為，但是這一工作具有較大的難度，一些人員不夠重視基本工作，從而引發大面積的腐蝕問題，不利于保障工作效果。此外，在選擇一些材料的時候沒有分析高濃度腐蝕物質的危害性，同時沒有具體性總結腐蝕性因素，從而產生很多酸性介質，不利于正常性地使用設備，最終逐漸加劇腐蝕問題。選擇某些材料的時候，工作人員忽視了機械表面防腐技術，出現了漆膜脫落等問題，弱化了整體工作效果。

（3）不夠關注外部力量。設備是電站工作的基礎，因此，需要重視設備防腐工作，這就需要合理選擇防腐蝕技術。但是，在實際工作中更加重視腐蝕性物質化學成分，沒有詳細分析外部力量，不利于完善設備金屬材料的預防性措施，不利于推進基本控制工作。

3 氯離子對電站常用金屬材料腐蝕行為的影響

3.1 碳鋼在氯離子環境中的腐蝕行為

在電站鍋爐熱力設備中廣泛利用碳鋼，在機組停運過程中，熱力設備缺乏充足的內排水，同時會引入外界空氣，或者在金屬表面形成水膜，共同發揮出溶解氧和雜質離子的作用，將會產生腐蝕問題，提高水自動雜質離子濃度之后，將會提高整體腐蝕速度。

在含氯離子環境中，碳鋼很容易產生腐蝕機理，在含氯離子環境中，碳鋼很容易產生各種銹蝕產物，例如，包括Fe304和γ-FeOO 等，因為腐蝕產物具有較大的顆粒，整體結構非常疏松，在使用后期很容易發生脫落問題，不利于發揮出腐蝕層的作用，同時會保持穩定性的腐蝕速率。

分析中性水中氯離子的碳鋼腐蝕行為，可以確定溶液氯離子含量不會影響碳鋼均勻腐蝕，即使顯著提高氯離子質量濃度，也不會顯著改變碳鋼的平均腐蝕速率。提高室溫溫度，將會提高腐蝕速度。

分析Q235 碳鋼在海洋工業大氣環境中的腐蝕行為，在薄液膜下，Q235 碳鋼將會產生腐蝕問題，將會形成水解產物層，如果氯離子含量超過一定濃度值，將會產生β-FeOOH。延長腐蝕時間后，將會導致基體表面腐蝕產物分層，外銹層將會產生大量的孔洞，內銹層具有較高的致密性，不利于滲透氧和腐蝕性介質。大氣中的氯離子通過內銹層后將會腐蝕基體表面，液膜的導電性因此，加劇腐蝕微電池，同時會進一步溶解Fe(OH)2，導致致密的內銹層被破壞，加劇腐蝕問題。

在常溫條件中碳鋼中夾雜物可能會引發點蝕問題，在鋼基體和夾雜物的交界面不會發揮出鈍化膜的保護作用，達到點蝕電位后，將會損壞鈍化膜，同時會溶解鐵基體，因為鐵離子的水解酸化作用，將會不斷溶解雜物周圍的鈍化膜，最終產生腐蝕斑。溶液中的侵蝕性氯離子將會促進點蝕發展，而且鋼的點蝕點位將會不斷降低。

在氯離子環境中，碳鋼腐蝕行為主要包括均勻性腐蝕和點蝕，溶液中的氯離子含量不會影響碳鋼的均勻腐蝕，但是，溶液中的氯離子將會誘發點蝕問題，同時會降低碳鋼點蝕電位。水中的溶解氧和碳鋼夾雜物將會引發點蝕問題，因此僅僅降低氯離子含量，無法徹底規避碳鋼點蝕問題。

3.2 分析低合金鋼在氯離子環境中的腐蝕行為

低合金鋼以碳鋼為基礎進一步改善碳鋼性能，通過合理加入不同的合金元素，形成的一種合金鋼。通常是在電站水冷壁和低溫過熱器等設備中廣泛利用低合金鋼材料。通過研究低溫再熱器的腐蝕行為，確定低溫再熱器入口管發生腐蝕問題主要是因為停用期間出現了氧溶解腐蝕問題，這是因為凝結水和水中的氧溶解將會引發腐蝕問題，因為凝結水的腐蝕性陰離子將會加劇腐蝕發展。因為金屬基體的電極電位比較低，增加了陰陽極的電位差，從而產生腐蝕電池，凝結水的溶解氧可以發揮出腐蝕去極化劑的作用，不斷失去金屬基體的電子，推動電池反應。為了平衡局部區域的電離，向腐蝕點中遷移凝結水中的腐蝕性陰離子，進一步溶解腐蝕點。通過控制凝結水，并且控制系統氧含量，避免在低溫再熱器的入口部位發生腐蝕問題。

總之，在氯離子環境中低合金鋼腐蝕的主要誘因是凝結水和水中的溶解氧，在常溫狀態中，如果同時存在凝結水和溶解氧，將會在金屬表面產生外銹層和內銹層，可以發揮出內銹層的保護作用，但是，在內銹層底部遷移腐蝕性氯離子，將會進一步溶解金屬基體。

3.3 不銹鋼在氯離子環境中的腐蝕行為

在電站鍋爐換熱器和再熱器等設備中廣泛利用不銹鋼，在含氯離子環境中，不銹鋼腐蝕影響因素較多，例如，氯離子活化作用將會破壞不銹鋼氧化膜。因為氯離子的半徑比較小，而且具有很強的穿透能力，將會穿透氧化膜，接觸金屬表面后形成可溶性的化合物，因此改變氧化膜的結構。因為金屬很容易吸附氯離子，因為同時排掉金屬表面的氧，減少了膜中的鈍化離子，從而產生氯化物。

不銹鋼具備顯著的耐蝕性，這是因為不銹鋼的鈍化膜可以控制金屬反應能力，在含氯離子環境中，不銹鋼不會發生均勻性腐蝕問題，主要是發生點蝕或者應力腐蝕等問題。通過分析可以確定，嚴格控制不銹鋼接觸溶液介質的氯離子含量，有利于控制腐蝕問題。

3.4 金屬材料在氯離子環境中的腐蝕控制

綜上所述，碳鋼和低合金鋼在停用過程中，凝結水和水中溶解氧是腐蝕問題的主要影響因素，腐蝕性氯離子很容易破壞內銹層，可以進一步溶解金屬基體。不銹鋼發生腐蝕問題的主要原因是表面溶液中的濃縮氯離子，顯著增加了氯離子濃度，并且超過了規定值。

電站機組系統結構非常復雜，在停運過程中很難將內存水和蒸汽排除干凈，將會在局部產生積水，揮發堿性物質后，將會降低積水的Ph 值，同時析出金屬表面的腐蝕性陰離子，因此濃縮水中的陰離子。結合電站鍋爐特征，很難控制設備底部積水和金屬表面的液膜氯離子，而且在不同環境中，不同金屬材料提出不同的氯離子腐蝕性要求，因此很難通過控制氯離子濃度來規避腐蝕問題。

電站金屬材料發生腐蝕問題是因為凝結水的作用，因此需要控制凝結水的產生，避免發生腐蝕問題。可以利用有機胺停用保護劑，因此在碳鋼表面形成保護膜，降低腐蝕速率，避免凝結水接觸金屬表面。通過分析確定控制空氣濕度在40%范圍內，有利于規避腐蝕問題，利用成膜胺物質可以在金屬表面成膜，從而發揮出保護作用。總之，可以采取以下防腐措施。

（1）減少水中的溶解氧含量，也可以向系統中加入還原性保護液。

（2）在金屬表面形成保護膜，可以有效規避電化學腐蝕。

（3）徹底排出系統中的水分，提高系統金屬內壁的干燥性，合理降低系統濕度，進一步提高安全水平。

通過降低氯離子含量，很難控制電站金屬腐蝕，因為氯離子并不是碳鋼和低合金鋼的腐蝕必要條件。為了合理控制電站金屬材料的腐蝕問題，一方面，需要控制空氣濕度；另一方面，需要在金屬表面成膜，有效隔絕空氣。

4 結語

綜上所述，碳鋼和合金鋼發生腐蝕問題主要是因為凝結水和溶解氧的影響，腐蝕性氯離子很容易破壞內銹層，將會進一步溶解金屬基體。而不銹鋼材料發生腐蝕問題主要是因為濃縮了表面溶液中的氯離子，導致氯離子含量超過了特定值。通過控制氯離子含量，不利于有效控制金屬材料腐蝕問題，需要降低空氣中的濕度，或者在金屬表面成膜，有效隔絕空氣和金屬，優化電站技術材料的防腐性。