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            行業解決方案
            海水系統管道過濾器腐蝕失效原因及對策研究

            海水系統管道過濾器腐蝕失效原因及對策研究 
                                          張明興(技術處) 
                張明興高級工程師,現主要從事海水系統相關的機械類變更改造工作。 
                摘要:本文對秦山三核海水冷卻水系統管道過濾器的概況、過濾器的現狀及存在的缺陷進行了介紹,對管道過濾器出現的腐蝕缺陷類型進行了歸類,分析了管道過濾器腐蝕失效的機理,并介紹了針對出現的腐蝕缺陷采取的防護措施。 
                關鍵詞:海水系統 管道過濾器 腐蝕 
                一、概況 
                秦山三核設備冷卻水的冷源為海水,即海水通過海水冷卻水系統(RSW系統)進入熱交換器冷卻設備冷卻水,然后設備冷卻水再對核島和常規島的設備進行冷卻。由于海水中含有大量雜質,RSW系統設置了兩級過濾器,其二級過濾器為管道過濾器。原設計的管道過濾器的筒體為碳鋼襯橡膠,其內部構件為316L不銹鋼(0Cr17Ni14Mo2),濾芯排污斗為鏈條驅動方式。由于海水中含有大量的泥沙,而濾芯排污斗的軸承為填料密封,經過一段時間運行后,填料密封磨損變形,導致海水直接進入軸套,并進入鏈條室,最終引起鏈條過度磨損并斷裂。此類缺陷的頻繁出現不僅增加了管道過濾器的維護工作量,而且由于維修時管道過濾器必須停運,這對RSW系統的安全穩定運行造成極大的影響。 
                為了避免上述缺陷的發生,對管道過濾器進行了國產化改造,改造主要涉及如下幾方面:材質,新管道過濾器的所有主要部件均采用316L不銹鋼;驅動方式,新管道過濾器的濾芯排污斗改為齒輪驅動;通流能力,新管道過濾器的通流能力比原來提高20%;密封形式,新管道過濾器采用改性聚四氟乙烯的迷宮型密封及橡膠○型密封圈替代原來的填料密封。管道過濾器國產化改造后,其運行性能有所改善,其缺陷產生率不足原來的十分之一,基本達到了改造的目的。但也出現了一些缺陷,主要是過濾器內部出現的局部腐蝕缺陷。盡管這些缺陷對過濾器的運行的影響較小,但也需要引起足夠的重視。 
                二、管道過濾器現狀及缺陷綜述 
                自2004年4月第一臺新的管道過濾器投入使用以來,舊過濾器出現的傳動機構漏水的問題已經徹底解決,過濾器的通流冗余量更大,所需的日常維護項目已經大大地減少。以前每2~3個月需要進行一次預防性維護或者消缺,現在一個大修周期才需要進行一次預防性維護。但是,隨著運行時間的推移,新的管道過濾器也出現了一些比較嚴重的、對管道過濾器的正常運行構成相當影響的缺陷。缺陷類型主要如下: 
                ●管道過濾器傳動系統中間軸的齒輪箱的箱體出現嚴重的點蝕坑,見圖1; 
                ●管道過濾器網芯下游的筒體出現點蝕穿孔,見圖2; 
                ●網芯排污斗傳動軸的軸承座與軸封套管結合面的○型圈位置發現輕微的環狀坑,見圖3; 
                ●過濾器筒體內部發現多處點蝕坑,見圖4; 
                ●過濾器與反沖洗排污管的連接法蘭處出現嚴重的腐蝕,見圖5。 

                從上述發現的缺陷類型可以看出,管道過濾器在海水中的腐蝕是運行以后面臨的主要問題。 
                三、管道過濾器腐蝕原因簡析 
                從已經發現的缺陷來看,管道過濾器在海水中運行的主要問題是腐蝕,而腐蝕的類型主要是點蝕、縫隙腐蝕和電偶腐蝕。腐蝕的原因分析如下: 
                1.不銹鋼點蝕的機理[1]是:中性溶液中的離子(如Cl-)作用于不銹鋼表面鈍化膜,使表面鈍化膜局部破壞而露出基體金屬,露出的基體金屬在溶液中迅速溶解而發生局部腐蝕。點蝕分為開放型點蝕和密閉型點蝕。 
                (1)開放型點蝕由于蝕孔內的溶液易于流至外部,蝕孔內表面發生再鈍化而使點蝕終止,故開放型點蝕一般不會出現穿孔的現象。圖4為典型的開放型點蝕。 
                (2)密閉型點蝕由于Cl-由外部向蝕孔內侵入與濃縮,溶液的PH值降低,則點蝕將不斷地發展,并最終出現腐蝕穿孔。圖1和圖2均為典型的密閉型點蝕。圖1發生點蝕的位置為過濾器傳動軸的背水面,由于該部位水流速度極低,此條件下點蝕易于形成。圖2發生點蝕穿孔的位置位于為過濾器人孔門入口處的踏步處。由于踏步為角鋼直接焊接在過濾器筒體上,在角鋼與筒體的焊縫背面,海水流動的速度極小,在此條件下易于形成點蝕。隨著點蝕的不斷深入,點蝕區域的海水PH值不斷下降,促使點蝕近一步加劇,最終導致過濾器筒體腐蝕穿孔。 
                2.根據不銹鋼縫隙腐蝕的機理[2],由于縫隙內外氧的濃度差存在差異,從而形成氧濃差電池。氧濃差電池發生時,處于鈍態的不銹鋼的某些不均一部分先發生溶解,此為氧濃差電池的陽極反應;陰極反應則是消耗氧的反應。隨著反應的進行,縫隙內氧的含量減少,陰極反應受到抑制,生成的OH-減少。為了維持縫隙內的電中性,Cl-從縫隙外部向內滲入,與金屬離子生成金屬鹽,而金屬鹽的水解將導致縫隙內的PH值降低,從而使腐蝕發展下去。圖3中所示的環狀腐蝕坑為明顯的縫隙腐蝕的結果。 
                3.管道過濾器的排污口法蘭的材質為316L不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2),而下游的排污管的材質為51D超級奧氏體不銹鋼(ASTM B690 UNS NO8367),51D超級奧氏體合金的電極電位[3]比316L不銹鋼的電極電位高,則在海水環境中,51D超級奧氏體不銹鋼與316L不銹鋼管形成了腐蝕電池,316L不銹鋼因為電位低而成為陽極,金屬變成離子,316L不銹鋼受到嚴重的腐蝕。 
                四、處理對策與措施 
                對于管道過濾器出現的腐蝕缺陷,根據腐蝕產生的原因及類型,分別采取了有針對性的處理措施及預防措施,具體如下: 
                1.對于有嚴重腐蝕的零部件,使用備件進行更換。由于過濾器齒輪箱已經嚴重腐蝕,沒有修理的價值,故廠家提供新的齒輪箱進行更換。 
                2.對于過濾器筒體上出現的點蝕缺陷,制定專門的修補方案進行修補。修補方案要求對所有的腐蝕點進行深度打磨,以徹底清除蝕孔內及蝕孔周圍的腐蝕產物、浮銹及雜質等,直至露出金屬基體光澤,然后根據《316L超低碳奧氏體不銹鋼焊接工藝規范》對蝕孔進行補焊,并對補焊部位進行著色探傷檢查。 
                3.對軸承座接合面上的環形蝕坑:由于蝕坑深度較淺,故采用車削的辦法將環形蝕坑徹底清除,直到露出金屬基體光澤,并重新更換○形密封圈,以消除軸承底座上的縫隙,防止縫隙腐蝕再次發生。 
                4.對于出現嚴重蝕坑的排污口法蘭面,將法蘭面蝕坑及焊縫進行打磨,清除蝕坑及其周圍的腐蝕產物及浮銹,然后進行補焊以填平蝕坑,最后在法蘭面及焊縫處涂刷環氧涂層,使法蘭面與海水完全隔離。 
                5.由于原來設置的犧牲陽極保護塊的容量設計不足,對管道過濾器沒有起到有效的保護作用,故根據國家標準GB/T 16166-1996《濱海電廠海水冷卻水系統犧牲陽極陰極保護》,從犧牲陽極塊的材質、尺寸及布置位置等方面對過濾器的陽極塊進行了重新設計。新設計方案將原來的鋅合金犧牲陽極改為鋁合金犧牲陽極,將犧牲陽極的尺寸由原來的150×80×60mm改為500×(115+135)×130mm,另外保留了原來安裝在迎水面的陽極塊,并且在網芯后面也增加了犧牲陽極塊。經過1.5年運行后,對管道過濾器內部的檢查結果表明,新的犧牲陽極的陰極保護方案有效地保護了過濾器的內部結構,達到了預期的效果。 
                6.為了更加有效地防止腐蝕的發生,在管道過濾器內部所有可達部位均涂刷環氧涂層。 
                五、結語 
                通過對秦山三核RSW系統管道過濾器改造后出現的腐蝕問題的分析,我們可以發現,雖然316L不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2)的耐海水腐蝕的性能較好,但是,如果設備的結構設計不合理,與設備相連的管道材質選擇不合理,設備的防腐設計不合理,則316L不銹鋼材質的設備在海水中運行也極易出現嚴重的腐蝕缺陷。為此,對于在海水系統中使用的設備,不僅要考慮其材質在海水中的耐腐蝕性能,而且要選擇恰當的腐蝕防護措施,以使設備能夠安全可靠地運行。 

            技術咨詢:梁先生-15817125570
             
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