海水系统管道过滤器腐蚀失效原因及对策研究
阅读：836发布时间：2008-4-17
秦山第三核电有限公司的设备冷却水的冷源为海水，即海水冷却系统(简称RSW 系统，下同)先通过热交换器冷却设备冷却水，然后设备冷却水再对核岛和常规岛的设备进行冷却。由于海水中含有大量杂质，RSW 系统设置了2级过滤器，其二级过滤器为管道过滤器。原设计的管道过滤器的筒体为碳钢衬橡胶，其内部构件为316I 不锈钢(0Crl7Ni14M02)，滤芯排污斗为链条驱动方式。由于海水中含有大量的泥沙，而滤芯排污斗的轴承为填料密封，经过一段时间运行后，填料密封磨损变形，导致海水直接进入轴套，并进入链条室，zui终引起链条过度磨损并断裂。此类缺陷的频繁出现不仅增加了管道过滤器的维护工作量，而且由于维修时管道过滤器必须停运，这对RSW 系统的安全稳定运行造成极大的影响。为了避免上述缺陷的发生，对管道过滤器进行了国产化改造，改造主要涉及如下几方面：材质：新管道过滤器的所有主要部件均采用316L不锈钢；驱动方式：新管道过滤器的滤芯排污斗改为齿轮驱动；通流能力：新管道过滤器的通流能力比原来提高20 ；密封形式：新管道过滤器采用改性聚四氟乙烯的迷宫型密封及橡胶O型密封圈替代原来的填料密封。管道过滤器国产化改造后，其运行性能有所改善，其缺陷产生率不足原来的十分之一，基本达到了改造的目的。但也出现了一些缺陷，这些缺陷主要是过滤器内部出现的局部腐蚀缺陷，尽管这些缺陷对过滤器运行的影响较小，但也需要引起足够的重视。下文就所出现的缺陷进行讨论。
1 国产化的管道过滤器的现状及运行中出现的缺陷
自2004年4月*台新的管道过滤器投入使用以来，旧过滤器出现的传动机构漏水的问题已经*解决，过滤器的通流冗余量更大，所需的日常维护项目已经大大的减少，以前每2到3个月即需进行一次预防性维护或者消除缺陷，现在一个大修周期才需要进行一次预防性维护。但是，随着运行时间的推移，新的管道过滤器也出现了一些比较严重的、对管道过滤器的正常运行构成相当影响的缺陷，缺陷类型主要如下。
1)管道过滤器传动系统中间轴的齿轮箱的箱体出现严重的点蚀坑，见图1。
2)管道过滤器网芯下游的筒体出现点蚀穿孔，见图2。
3)网芯排污斗传动轴的轴承座与轴封套管结合面的O型圈位置发现轻微的环状坑，见图3。
4)过滤器筒体内部发现多处点蚀坑，见图4。
5)过滤器与反冲洗排污管的连接法兰处出现严重的腐蚀，见图5。
从上述发现的缺陷类型可以看出，管道过滤器在海水中的腐蚀是长时间运行后面临的主要问题。
2 管道过滤器腐蚀的原因分析
从已经发现的缺陷来看，管道过滤器在海水中运行的主要问题是腐蚀，而腐蚀的类型主要是点蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀，腐蚀的原因分析如下。
1)不锈钢点蚀的机理：中性溶液中的离子(如C1)作用于不锈钢表面钝化膜，使表面钝化膜局部破坏而露出基体金属，则露出的基体金属在溶液中迅速溶解而发生局部腐蚀。点蚀分为开放型点蚀和密闭型点蚀。
① 开放型点蚀由于蚀孔内的溶液易于流至外部，蚀孔内表面发生再钝化而使点蚀终止，故开放型点蚀一般不会出现穿孔的现象。图4为典型的开放型点蚀。
② 密闭型点蚀由于Cl一由外部向蚀孔内侵入与浓缩，溶液的pH值降低，则点蚀将不断的发展，并zui终出现腐蚀穿孔。图1和图2均为典型的密闭型点蚀。图1发生点蚀的位置为过滤器传动轴的背水面，由于该部位水流速度极低，此条件下点蚀易于形成。图2发生点蚀穿孔的位置位为过滤器人孔门人口处的踏步处。由于踏步为角钢直接焊接在过滤器筒体上，在角钢与筒体的焊缝背面，海水流动的速度极小，在此条件下易于形成点蚀；随着点蚀的不断深入，点蚀区域的海水pH值不断下降，促使点蚀进一步加剧，zui终导致过滤器筒体腐蚀穿孔。
2)不锈钢缝隙腐蚀的机理：由于缝隙内外氧的浓度存在差异，从而形成氧浓差电池。氧浓差电池发生时，处于钝态的不锈钢的某些不均一部分先发生溶解，此为氧浓差电池的阳极反应，阴极反应则是消耗氧的反应。随着反应的进行，缝隙内氧的含量减少，阴极反应受到抑制，生成的OH一减少。为了维持缝隙内的电中性，Cl一从缝隙外部向内渗入，与金属离子生成金属盐，而金属盐的水解将导致缝隙内的pH值降低，从而使腐蚀发展下去。图3中所示的环状腐蚀坑为明显的缝隙腐蚀的结果。
3)管道过滤器的排污口法兰的腐蚀原因是由于排污口法兰的材质为316L(00Crl7Ni14Mo2)不锈钢，而下游的排污管的材质为51D(ASTM B690UNS NO8367)超级奥氏体不锈钢，51D超级奥氏体合金的电极电位比316L不锈钢的电极电位高，在海水环境中，51D超级奥氏体不锈钢与316L不锈钢管形成了腐蚀电池，316L不锈钢因为电位低而成为阳极，金属变成离子，316L不锈钢受到严重的腐蚀。
3 针对管道过滤器的腐蚀缺陷采取的措施对于管道过滤器出现的腐蚀缺陷，根据腐蚀产生的原因及类型，分别采取了有针对性的处理措施及预防措施。
1)对于有严重腐蚀的零部件，使用备件进行更换。由于过滤器齿轮箱已经严重腐蚀，没有修理的价值，故厂家提供新的齿轮箱进行更换。
2)对于过滤器筒体上出现的点蚀缺陷，制订专门的修补方案进行修补。修补方案要求对所有的腐蚀点进行深度打磨，以*清除蚀孔内及蚀孔周围的腐蚀产物、浮锈及杂质等，直至露出金属基体光泽，然后根据《316L超低碳奥氏体不锈钢焊接工艺规范》对蚀孔进行补焊，并对补焊部位进行着色探伤检查。
3)对轴承座接合面上的环形蚀坑：由于蚀坑深度较浅，故采用车削的办法将环形蚀坑*清除，直到露出金属基体光泽，并重新更换O形密封圈，以消除轴承底座上的缝隙，防止缝隙腐蚀再次发生。
4)对于出现严重蚀坑的排污口法兰面，将法兰面蚀坑及焊缝进行打磨，清除蚀坑及其周围的腐蚀产物及浮锈，然后进行补焊以填平蚀坑，zui后在法兰面及焊缝处涂刷环氧涂层，使法兰面与海水*隔离。
5)由于原来设置的牺牲阳极保护块的容量设计不足，对管道过滤器没有起到有效的保护作用，故根据国家标准GB／T 16166—1996《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》，从牺牲阳极块的材质、尺寸及布置位置等方面对过滤器的阳极块进行了重新设计。新设计方案将原来的锌合金牺牲阳极改为铝合金牺牲阳极，将牺牲阳极的尺寸由原来的150 mm×80 mm×60 mm 改为500 mm×(1l5+135)mm×130 mm，另外保留了原来安装在迎水面的阳极块，并且在网芯后面也增加了牺牲阳极块。经过1．5年运行后，对管道过滤器内部的检查结果表明，新的牺牲阳极的阴极保护方案有效的保护了过滤器的内部结构，达到了预期的效果。
6)为了更加有效的防止腐蚀的发生，在管道过滤器内部所有可达部位均涂刷环氧涂层。
4 结语
通过对秦山第三核电有限公司的RSW 系统管道过滤器改造后出现的腐蚀问题的分析，我们发现，虽然316L不锈钢(00Crl7Ni14Mo2)的耐海水腐蚀的性能较好，但是，如果设备的结构设计不合理，与设备相连的管道材质选择不合理，设备的防腐设计不合理，则316L不锈钢材质的设备在海水中运行也极易出现严重的腐蚀缺陷。为此，对于在海水系统中使用的设备，不仅要考虑其材质在海水中的耐腐蚀性能，而且要选择恰当的腐蚀防护措施，以使设备能够安全可靠的运行。
