凝汽器新管腐蚀泄漏原因分析

徐光明，董培欣，彭学文

(1.中国特种设备检测研究院，北京 100029；2.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

0 概述

某在建2×1 000 MW火力发电厂锅炉压力容器及其他相关设备的制造质量验收工作，包括凝汽器管子的涡流检测验收。1号小机凝汽器换热器管材质为TP304不锈钢，规格为Φ25×0.5/0.7，安装时间为2017年4月初。安装时管子架在管板上，并在焊接前全部进行了涡流检测，发现了少量因外壁碰伤造成的凹陷管，未发现穿孔类缺陷。

2017年7月中旬，在对1号小机凝汽器汽侧灌水后，发现泄漏管共计25根(1根壁厚0.7 mm，其余壁厚均为0.5 mm)，其中18根集中分布，其余7根分散分布。对25根泄漏管进行涡流复检，发现25根管子均存在典型的穿孔信号，且缺陷信号强烈、易分辨。

后续对1号小机凝汽器8个水室的换热管进行涡流抽检，未再发现穿孔类缺陷管。将泄漏管取出后，发现泄漏部位均位于汽机房外墙侧管板一端1.5 m范围内，穿孔部位均位于管子6点钟方向附近(管子下侧)，且穿孔部位有明显腐蚀痕迹。因此，对以上25根泄漏管进行了更换。

1 宏观检查及金属理化分析

为了查明泄漏原因，电厂委托检测方对本次小机凝汽器泄漏换热管进行宏观检查和金属理化分析。图1为送检管照片，1号和2号管为泄漏管，3号管为未发生泄漏的对比管。

1.1 宏观检查

图2为1号送检管剖开后部分位置宏观检查情况，图中选取了同一位置的外壁和内壁腐蚀情况进行对比。检查发现1号管外壁有几处腐蚀孔洞，孔洞附近金属也有腐蚀迹象，局部区域呈小面积的均匀腐蚀。与外壁腐蚀坑(孔)对应位置的内壁腐蚀情况较为严重，内壁表面腐蚀坑(孔)明显多于外壁表面，且内壁表面除有大量的腐蚀坑(孔)外，还有大片的黄褐色腐蚀产物。

图1 送检管段照片

图2 1号管内外壁宏观腐蚀情况

图3 为2号送检管剖开后部分位置内外壁宏观检查情况，外壁腐蚀孔附近可见腐蚀迹象，部分腐蚀孔相连接呈缝隙状，远离腐蚀孔区域管段无明显腐蚀；内壁除有腐蚀坑(孔)外，还有大面积的黄褐色腐蚀产物。

图3 2号管内外壁宏观腐蚀情况

对3号管内外壁进行宏观检查，未见明显的腐蚀坑(孔)，内壁有少量分散的黄褐色腐蚀产物，如图4所示。

图4 3号管内外壁宏观检查情况

1.2 成分分析

对2根泄漏管进行化学成分分析，结果如表1所示。分析可见，1号管材质与设计材质TP304相符；2号管材质与设计材质TP304不符，与TP316L不锈钢的成分要求比较吻合，但因TP316L比TP304抗腐蚀性能更好，可以使用。

表1 送检管化学成分分析结果 wt%

1.3 金相检验

图5，6为1，2号管金相检验结果，其金相组织均为孪晶奥氏体，组织未见异常；3号管金相组织也为孪晶奥氏体。1，2号失效管腐蚀孔洞以穿晶形式向母材前沿扩展，不同于奥氏体晶间腐蚀的沿晶开裂特征。

关于旅游产业概念的界定，由于研究的角度不同，所得出的结论也自然不同，但共识性的因素主要是围绕着“旅游资源”、“旅游设施”、“旅游服务”等。所以对旅游产业概念可以表述为：“以旅游者为对象，借助旅游资源和旅游设施，满足旅游者在旅游活动中的吃、住、行、游、娱、购等需求，来实现旅游者精神和物质追求的综合性产业”[3]。

图5 1号管金相检验结果

1.4 腐蚀形貌微观分析

将具有明显腐蚀孔洞的1，2号管及未见腐蚀孔洞的3号管剖开，在扫描电镜下对内外壁表面形貌进行观察。

图6 2号管金相检验结果

图7 为1号管内壁微观腐蚀形貌：内壁有较多的点蚀坑，部分点蚀坑已穿透管壁成孔状；内壁部分区域出现均匀腐蚀，部分腐蚀后的奥氏体晶粒形态清晰可见。

图7 1号管内壁腐蚀微观形貌

图8 为1号管外壁点蚀坑(孔)微观形貌和远离点蚀坑(孔)的无明显腐蚀区域的微观形貌：外壁点蚀坑很少，有少量孔洞，孔洞周边也有腐蚀迹象，远离孔洞区域未见有明显的腐蚀情况。

图9为2号管内壁腐蚀情况微观形貌：内壁有较多的点蚀坑，部分点蚀坑已穿透管壁成孔；局部区域孔洞呈缝隙状；内壁部分区域出现均匀腐蚀，表面有块状覆盖层。

图8 1号管外壁腐蚀微观形貌

图9 2号管内壁腐蚀微观形貌

图10 为2号管外壁点蚀坑(孔)微观形貌，部分点蚀孔相连呈缝隙状，孔洞周边也有腐蚀迹象。

图10 2号管外壁腐蚀孔微观形貌

3号管内壁腐蚀形貌：有少量腐蚀产物，无明显点蚀坑等缺陷。

1.5 腐蚀产物能谱分析

将具有明显腐蚀孔洞的1，2号管及未见腐蚀孔洞的3号管剖开，对内壁表面腐蚀产物进行能谱分析。

表3为2号管内壁腐蚀产物能谱分析结果。分析可见，腐蚀产物中同样含有Cl，S，Si等多种杂质元素。

2 原因分析与讨论

对送检的3根凝汽器换热器管各项理化性能的检验结果进行了分析。

(1) 宏观检查发现，1号管和2号管腐蚀情况基本相同，内壁腐蚀坑(孔)明显多于外壁；内壁除有部分点蚀穿孔外，还存在大量的未穿透管壁的点蚀坑，并且有较大面积的黄褐色腐蚀产物；外壁只在腐蚀孔洞周边发现腐蚀迹象，远离孔洞的其他区域并未发现明显的腐蚀。由此可见，腐蚀最先从内壁开始，腐蚀介质在管子内部流动或沉积，内壁受腐蚀后形成点蚀坑并最终穿透管壁，部分腐蚀产物沿穿孔溢出后造成了外壁穿孔周边金属的腐蚀。

(2) 对送检管进行成分分析，发现1号管材质与设计材质TP304相符，2号管材质与TP316L不锈钢的成分要求较为吻合，而非设计材质TP304。由于TP316L不锈钢中加入了Mo元素，且具有较低的碳含量，相比于TP304具有更好的耐腐蚀性能，尤其是耐氯离子点蚀性能要优于TP304。

(3) 3根送检管金相组织均为孪晶奥氏体，组织未见明显异常；腐蚀孔洞以穿晶形式向母材前沿扩展。

表2 1号管蚀孔附近腐蚀产物 %

表3 2号管蚀孔附近腐蚀产物 %

(4) 对管子内外壁腐蚀形貌微观观察可见，1号和2号管内壁除有明显的点蚀坑(孔)外，部分区域还存在明显的均匀腐蚀情况。1，2号管腐蚀区域能谱分析均发现较多的腐蚀性元素Cl。氯离子对不锈钢具有很强的腐蚀性，极易导致不锈钢产生点蚀穿孔，并最终导致设备失效；点蚀往往还是诱发应力腐蚀的裂纹源。在含氯离子的环境中，影响不锈钢腐蚀的因素较多，如温度、氯离子浓度、溶解氧、pH值、流速等，不同的环境状况会导致腐蚀形貌及速率有所差别。由此可见，1，2号送检管出现穿孔的主要原因为氯离子腐蚀。

3 结论和建议

综合上述检验及分析结果可知，本次送检的2根凝汽器换热器管产生腐蚀穿孔的主要原因为环境中存在较多含氯离子的腐蚀介质；同时，检验中也发现该批换热管存在材质与订货不符的情况。

建议不锈钢管在存放、安装及使用过程中，要严格避免周围环境中存在氯离子，以防止不锈钢在含氯离子环境中产生点蚀。