海水凝汽器海优管与AL-6XN管板的电偶腐蚀

梁 磊，徐 刚，梁碧筠，吕楠楠，潘逸琼

(1.上海电力学院能源与机械工程学院，上海 200090;2.华东理工大学生物工程学院，上海 200237)

海优是美国普利茅斯钢管公司(Plymouth Tube Company)生产的超级铁素体不锈钢管Sea-Cure的中文译名.与钛管和白铜管相比，超级铁素体不锈钢管具有较好的技术经济性能，因此欧美发达国家在20世纪70年代就开始使用超级铁素体不锈钢管.2000年以后，美国沿海电厂凝汽器大多采用海优超级铁素体不锈钢管(以下简称海优).截至2007年3月，全球凝汽器中使用海优的总长度已达 2.2 ×107m[1，2].

2008年，我国广东沿海S电厂开始使用海优，辽宁沿海Y电厂也准备使用海优.广东S电厂是将白铜管换成海优管，而管板未变，据电厂工作人员介绍，管板材料是普通不锈钢316，短时间内发生了非常严重的电偶腐蚀，继而发生了“不同金属缝隙腐蚀(DMC)”，这是一种罕见特有的腐蚀形态[3].由于现有技术的限制，超级铁素体不锈钢板的厚度均小于3 mm，不可能用超级铁素体不锈钢制造管板，因此美国普利茅斯钢管公司建议辽宁Y电厂采用超级奥氏体不锈钢AL-6XN(以下简称AL-6XN)制造管板.在这一情况下，对海优管与AL-6XN管板的电偶腐蚀问题进行研究是十分必要的.

1 试验过程

根据对辽宁Y电厂大量凝汽器工况条件数据的统计分析，确定的试验介质条件见表1.

表1 海优与AL-6XN的电偶腐蚀试验介质条件

将AL-6XN制成条状电极，海优制成条状和管状电极，除了将锯口打磨光滑外，其余表面保持供货状态.AL-6XN和海优的面积比分别为2∶2和2∶80，用ZF-3恒电位仪测定这2对电极不同时间的电偶腐蚀电流和偶接混合电位.将AL-6XN和海优制成条状电极各2条，将其中各一条的锯口打磨光滑，其余表面保持供货状态;再将另外2条均逐级打磨至金相砂纸02#程度，用ZF-10数据采集存贮器连续测定这4个电极的自然电位(自腐蚀电位)，电位测量时均采用同一饱和氯化银参比电极.在试验结束后进行偶接试验:将电位差较大的2个测自然电位的打磨态的海优和AL-6XN电极接入电位计和零电阻电流计，同时测量电偶电流和各自电位的变化.

另外，在试验前后，将2对测电偶腐蚀电流的电极和2条供货态的测自然电位的电极洗净、干燥至恒重后，用读数精度为0.1 mg的电子分析天平称重，并用失重法测量其总腐蚀量.

2 试验结果与讨论

2.1 电化学方法试验

电偶腐蚀最重要的参数是电偶腐蚀电流，它反映了电偶腐蚀是否发生以及电偶腐蚀的程度和速度[4].面积比分别为2∶2和2∶80的2对 AL-6XN和海优电极的“电偶腐蚀电流”从开始到最终基本上均为零.也就是说，AL-6XN和海优电偶对没有发生电偶腐蚀.

2个供货态的AL-6XN和海优电极在Y电厂海水中的自然电位见图1;2个打磨态的AL-6XN和海优电极在Y电厂海水中的自然电位见图2.不同试验介质条件下，浸泡1天、30天、64天、78天和85天后的海优和AL-6XN的自然电位E，以及2对面积比分别为2∶2和2∶80的AL-6XN和海优电极的偶合电位Eg见表2.

图1 供货态的海优和AL-6XN电极在Y电厂海水中的自然电位

图2 打磨后的海优和AL-6XN电极在Y电厂海水中的自然电位

结合表1中的试验条件和时间，对4个AL-6XN和海优供货态和打磨态电极的自然电位，以及同一状态的电位差进行统计计算和分析可知:

(1)原供货态表面状态下的AL-6XN和海优的自然电位比较接近，电位差较小，平均电位差为11.25 mV，最小电位差为-50 mV，最大电位差为38 mV;

(2)表面经过打磨后的AL-6XN和海优的自然电位也比较接近，电位差较小，平均电位差为31 mV，最小电位差为-13 mV，最大电位差为90 mV，绝大多数电位差均小于45 mV;

(3)在本试验范围内，氯离子浓度对自然电位和电位差的影响较小，而温度对自然电位的影响较大，温度越高，自然电位越小，但温度对电位差的影响不大.

表2 不同浸泡时间和试验介质条件下的海优和AL-6XN的自然电位E及偶合电位Eg mV

2个海优和AL-6XN电极在Y电厂海水中偶接后，其电位随时间变化的曲线如图3所示.

由图3和零电阻电流计的读数记录可以得出以下结论.

(1)偶接前的电位差约为44 mV.

(2)接入瞬间的最大电偶电流约为0.6 μA，电极面积约为2.5 cm2，因此接入瞬间的最大电偶电流密度约为0.24 μA/cm2.电极很容易极化，在偶接约20 s后，两个电极的电位差由44 mV突变为零，电偶电流也迅速降为零.这正是两种材料不容易发生电偶腐蚀的重要原因.

(3)阳极极化程度大于阴极，即AL-6XN更容易极化.

从全部试验数据来看，用AL-6XN做凝汽器管板，海优做冷却管，一般不会发生电偶腐蚀.

2.2 腐蚀失重试验

电化学试验结束后，取出的海优和AL-6XN不锈钢电极全部光亮如新，无任何锈斑.将2对测电偶腐蚀电流的电极和2条供货态的测自然电位的电极洗净、干燥至恒重后，再用读数精度为0.1 mg的电子分析天平称重.腐蚀失重试验结果见表3.

表3 腐蚀失重试验结果 g

由表3可知，在试验的85天中，不计称量误差，海优和AL-6XN不锈钢腐蚀失重均为零，没有发生电偶腐蚀和其他腐蚀.综合本次腐蚀失重试验、以前的海优不锈钢管点蚀电位试验[1]，以及国外的使用经验可知，海优和AL-6XN不锈钢可以在海水中使用，且一般不会发生腐蚀.

3 结论

(1)在本试验范围内，氯离子浓度对自然电位和电位差的影响均不大.而温度对自然电位的影响较大，但对电位差的影响不大.

(2)在试验的85天中，海优与AL-6XN的电位差均很小.

(3)海优与AL-6XN偶接后容易极化，在偶接约20 s后，两电极的电位差突变为零，同时电偶电流也迅速降为零.这是两种材料不容易发生电偶腐蚀的重要原因.

(4)腐蚀失重均为零，且不同面积比的2组AL-6XN与海优电极的“电偶腐蚀电流”从试验开始到结束基本上均为零.因此，在Y电厂的海水条件下，用AL-6XN做凝汽器管板，海优做冷却管，一般不会发生电偶腐蚀.

[1]梁磊，陈胤强，李政，等.沿海电厂凝汽器用管材研究[J].中国电力，2009，42(1):66-69.

[2]JANIKOWSKI Daniel S. Super-ferritic stainless steels rediscovered[R/OL].[2012-10-20].http∥www.stainlesssteel-world.net.

[3]MAURER Jack R.Stainlesssteelcondensertubing，three decades of problems，performance，and progress[C]∥United Kingdom:Second International Symposium on Condenser＆Condensation，1990:4-5.

[4]梁磊，周国定，解群，等.不锈钢管凝汽器管板电偶腐蚀的研究[J].上海电力学院学报，2009，25(5):457-460.