腐蚀和磨蚀
我先总结一下核电站内的腐蚀的种类
1. 微生物引起腐蚀(Microbiological induced corrosion)
2. 均匀腐蚀(General corrosion)
3. 电偶腐蚀(Galvanic corrosion)
4. 侵蚀腐蚀(Erosion corrosion)
5. 缝隙腐蚀/点蚀(Crevice & pitting corrosion)
6. 水滴侵蚀(Water droplet Erosion)
7. 气蚀(Cavitation (bubble))
8. 应力腐蚀开裂(Stress corrosion cracks-SCC)
9. 晶间应力腐蚀开裂(Intergranular stress corrosion cracks-IGSCC)
1。 微生物引起腐蚀,借还原来生存的东西。
这种微生物有SRB(硫酸盐还原细菌-Sulfate reducing bacterial)。这种细菌有1/10头发大小,用200倍显微镜可以看到。它们藏在水底下的碎屑中。此细菌吃Na2SO4。其中的硫为S+6,细菌吃后放出的硫为S-2,与铁或铜化合生成FeS或CuS。
S+6(Na2SO4)→S-2→FeS
S+6(Na2SO4)→S-2→CuS
FeS和CuS就是腐蚀产物,FeS是黑色,
当在核电站大修时管道、阀门内的水停止流动,两个星期要打一次循环。这时细菌尚未入洞。若细菌已入洞,可用热水灌洗,杀之,热水温度为140°F,要灌洗二至三天。还可以加杀菌剂,加氯气,还可以在管道内加涂层(如橡胶,搪瓷)来保护管道,但采取这些预防措施时要分析利弊。
如果不注意,微生物引起的腐蚀造成管道泄漏
症状
在管道表面上有生物瘤
在生物瘤下面有黑色的腐蚀产物(FeS)
管道通过孔泄漏
确认
表面有硫酸盐和亚硫酸盐存在
可能的原因
在不流动的受污染水中存在硫酸盐还原细菌(SRB)
还有一种微生物叫SOB(硫氧化细菌-Sulfur oxide Bacterial),存在于油中,这种细菌吃硫磺放出S+6与水化合变成硫酸。
S→(SOB)→S+6+H2O→H2SO4
这里关键的问题是油中的水含量要低于0.03%,若水含量低于0.03%,生成的硫酸不会出现沉淀,若水含量达0.07%以至0.1%时,硫酸就会沉到油箱底部,把箱底腐蚀穿。若油管道中有这类锈(腐蚀产物),跑到轴承那里,轴承就会超温。
预防办法:
防止水、雾水进入油,也要防止海藻进入油,海藻会变成水。
买来的油要用试纸测PH值,试纸显红色表示油中有酸水。
2 均匀腐蚀
这种腐蚀是由硼酸水、硫酸水和磷酸水等造成的。硼酸渗出来若有黄斑,说明有腐蚀,要把材料换成不锈钢。这种腐蚀容易造成LOCA。
硼酸水泄漏导致阀门密封压盖随动件螺栓腐蚀
症状
硼酸结晶堆积在阀门密封压盖顶部
硼酸饱和水积存在阀座底部
褐色硼结晶表明螺栓已被腐蚀成锈
根据混合电位理论,防止均匀腐蚀的办法,有:
硫酸水会腐蚀,但浓度升到70%以上金属腐蚀就停止。
通过牺牲阳极以保护阴极的办法可使腐蚀停止。
加大水溶液中的氧浓度,可使铁的腐蚀钝化,加进氢也有相同的趋势的哦。
也可能通过加防腐剂来防止腐蚀。
3 电偶腐蚀
电偶腐蚀发生于在同一环境(介质)中存在两种不同金属,从而形成阴极和阳极的情况。电偶腐蚀的快慢与阴、阳极的面积比有关,也与环境影响有关(介质不同),大阴极与小阳极的面积比大,阳极腐蚀就快,如一块铜板上的钢螺丝钉会很快被腐蚀掉。
一般情况下,电偶腐蚀发生在两种金属交接处2~3英寸范围内。
特别注意的是黄色鸟粪溶于水会形成硫酸水,引起电偶腐蚀。当核电站大修时,一定要注意打开的阀要盖住,以免鸟粪掉在阀上(对于阀置于室外无遮盖的情况)。
由于液压油泄漏而加速阀杆电偶腐蚀
症状
在石墨填料和阀杆之间的接触面上的腐蚀
阀杆表面大面积快速腐蚀
确认
酸性水积累在填料上
可能的原因
由于泄漏的含磷脂液压油与填料上的水混合时,会产生磷酸水(具有强腐蚀性)而产生电偶腐蚀。
防火油一般含有磷(P),滴到阀门上遇到热就有磷气体产生,这种阀门如蒸汽隔离阀。
(电偶腐蚀是核电厂设备中重要的腐蚀类型,如凝汽器的钛管,铜管板,钢外壳,铜隔板一起形成了复杂的电偶腐蚀。)
4 侵蚀腐蚀
这种腐蚀是溶解和钝化,流动帮助腐蚀。
管壁由于水的侵蚀腐蚀而变薄
症状
大面积管壁变薄
穿透的小孔漏水漏汽
管壁裂开或断裂
管道保温材料外滴水
确认
UT测出管壁厚度减少
可能的原因
在给水中氧含量过低(3ppb)
水温超过200F,但低于500F
酸性水化学作用(低pH值)
水流速过高或湍流
使用碳钢材料
水管内壁上如果看到扇形凹坑是黑色的(氧化),便知是侵蚀腐蚀。这黑色东西是Fe3O4(Fe2O3是黄色)。高速高温水使管壁溶解,氧化,再溶解,再氧化,形成了所述的外观症状,。有时候,侵蚀腐蚀会与水滴侵蚀(两相流)一起发生,这时,管道内壁像虎斑那样,其中的黑色条纹是由侵蚀腐蚀生成的,白色条纹是由水滴侵蚀生成的。有时会把两相流水滴侵蚀误认为是侵蚀腐蚀。
水的流速高,扇形凹坑小(≤1mm),水的流速低,扇形凹坑大。
要防止侵蚀腐蚀,最好把碳钢升级为SA335级P11,SA335级P22或304L不锈钢。304L不锈钢越打越强。
管壁由于两相流的侵蚀腐蚀而变薄
症状
在管子内壁面上有虎斑痕迹
像被水侵蚀腐蚀的症状一样
确认
金属损失区正好位于节流控制阀或孔板的下游
在汽轮机抽汽管线中有金属损失
可能的原因
和水侵蚀腐蚀的根本原因一样
要特别注意侵蚀腐蚀问题,管子里水中的氧含量高了,会使蒸汽发生器的氧化物垃圾增多,当然是不希望的,而氧含量低了,垃圾是少了,但管道易破裂,必须小心控制。
5. 缝隙腐蚀/点蚀
这类腐蚀发生在静水中。发生这种腐蚀的原因是材料性能差,设计不好。
解决问题的办法是每隔一段时间让水动一动,特别在每次大修期间,要使水流动,水冲入洞或缝隙,把氢离子(H+)冲出来,一般希望每两周冲洗一次。从材料角度看,可采用高性能材料,在材料中加钼(Mo)。
严重缝隙腐蚀引起机械密封故障
症状
在密封驱动机构中有腐蚀缝隙
第二道密封泄漏量过大
确认
工作流体包含有氯化物
可能的根本原因
6 水滴侵蚀
水滴打在金属表面。切应力和压应力一起导致金属损失。在汽轮机中,蒸汽最高流速可达声速(1000feet /sec),夹带在如此高流速蒸汽中的水珠犹如枪弹,打在叶片上可使叶片受损。(与这种情况相类似,在制冷机压缩机中,压缩机转速可达30000转/分[汽轮机是3000转/分],若机内氟里昂过多,有液滴到达叶轮,也可引起叶轮破裂)。1020号钢虽硬,但不经打,可以在叶片上加Inconel,或喷敷上陶瓷等。
水滴侵蚀引起汽轮机叶片边缘受损
症状
叶片边缘金属损失
叶片边缘有深的腐蚀坑
确认
低压缸末级叶片(湿度最高)金属耗损严重
可能的根本原因
不锈钢叶片水滴侵蚀
水滴侵蚀导致给水加热器或凝汽器管子故障
症状
管子表面粗糙,有许多小坑
在水滴冲击区金属完全丧失
确认
水大量外漏
可能的根本原因
折流板设计没有使汽流中的水滴偏转
7 气(汽)蚀
气蚀使金属表面受破坏,微射流速度可达700feet/sec,像水枪一样,打在金属表面上,使金属表面受损,形成蚀坑。这种情况常发生在带节流孔板的管道内,即在节流孔板的后段及紧接节流孔板下游的一段管道(约4feet)。作为解决办法可选用更高级的材料。
症状:
导叶凸侧面上有汽蚀坑
导叶变形
根本原因
长期排水循环
8 应力腐蚀
应力腐蚀开裂可用表面膜破坏模型解释。应力引起表面滑移造成表面膜破裂,破裂之后即钝化。这种开裂的外观特征是,带有分枝状的裂纹,初始裂纹位于所有分枝状裂纹的上游。
在硼酸环境中在SS304管道上的应力腐蚀开裂
特征
分枝状裂纹
裂纹的起点位于所有分枝的上游
9 晶间应力腐蚀
引起材料脆化的因素,有些因素引起的材料断裂是晶间应力腐蚀开裂,这些因素有氢脆、硫脆、S4O6或S2O3脆,回火脆裂等。从机理上看,脆化是由于:
晶界敏化(奥氏体钢和铁素体钢)
晶界减聚力(因镍合金)
P和S偏析(AISI4140)
在SS304乏燃料池内衬板上的高残余应力区处的裂纹
根本原因
硫沾污
高残余应力