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八种铜合金冷凝管的腐蚀类型介绍

  不同用途或使用场合运行条件的变化会使铜合金冷凝管产生各异的腐蚀形态,但对其使用寿命危害最大的是局部腐蚀。主要类型有以下几种。
  1.点蚀
  点蚀也称孔蚀,指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微而分散发生的高度局部腐蚀现象,是常见的局部腐蚀之一,是发电、化工和航海事业中常遇到的腐蚀破坏形态。
  点蚀的蚀孔有大有小,多数情况下为小孔,轻者有较浅的蚀坑,严重的甚至形成穿孔。一般说来,点蚀表面直径等于或小于它的深度,只有几十微米,分散或密集分布在金属表面上,孔口多数被腐蚀产物所覆盖,少数呈开放式。有的为碟形浅孔,有的是小而深的孔,也有的孔甚至使金属板穿透。蚀孔的最大深度与按失重计算的金属平均腐蚀深度的比值称为点蚀系数,点蚀系数愈大表示点蚀愈严重。
  点蚀多发生在表面有钝化膜或有保护膜的金属上。
  点蚀的发生、发展可分为两个阶段,即蚀孔的成核和蚀孔的生长过程。点蚀的产生与腐蚀介质中活性阴离子的存在密切相关。
  当介质中存在活性阴离子时,平衡即被破坏,使溶解占优势。关于蚀孔成核的原因现有两种说法。一种说法认为,点蚀的发生是由于氯离子和氧竞争吸附所造成的,当金属表面上氧的吸附点被氯离子所替代时,点蚀就发生了。其原因是氯离子选择性吸附在氧化膜表面阴离子晶格周围,置换了水分子,就有一定几率使其和氧化膜中的阳离子形成络合物(可溶性氯化物),促使金属离子溶入溶液中。在新露出的基底金属特定点上生成小蚀坑,成为点蚀核。另一种说法认为氯离子半径小,可穿过钝化膜进入膜内,产生强烈的感应离子导电,使膜在特定点上维持高的电流密度并使阳离子杂乱移动,当膜倩液界面的电场达到某一临界值时,就发生点蚀。
  含氯离子的介质中若有溶解氧或阳离子氧化剂(如fe3+)时,也可促使蚀核长大成蚀孔,因为氧化剂可使金属的腐蚀电位上升至点蚀临界电位以上。上述原因一旦使蚀孔形成,点蚀的发展是很快的。
  点蚀的发展机理也有很多学说,现较为公认的是蚀孔内发生的自催化过程。
  点蚀的破坏性和隐患很大,不但容易引起设备穿孔破坏,而且还会诱发晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等现象的产生。在很多情况下点蚀是引起这类局部腐蚀的起源。
  2.应力腐蚀开裂
  金属在应力和腐蚀介质的同时作用下,往往在明显低于该材料屈服强度和出现很小延展性的情况下发生突然断裂,这种腐蚀破坏现象称为应力腐蚀开裂。
  应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌,但它也可能发生于韧性较高的合金材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力(小论是残余应力还是外加应力,或者两者兼而有之)和特定的腐蚀介质存在。裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值,要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。
  在微观上,穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹,而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹,当应力腐蚀开裂扩展至一定深度时(即承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力时),材料就沿正常的裂纹(在韧性材料中,通常是通过显微缺陷的聚合)而断开。因此,由应力腐蚀开裂而导致的断面,包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已存在微缺陷的聚合相联系的情况。
  对于黄铜合金来说,在有腐蚀性离子(尤其是nh4+)且材料内存在机械应力的情况下,最易产生应力腐蚀开裂。在半成品加工后或安装以后,都会在管材中留下部分机械应力,所以当冷却水中甚至冷凝车间的空气中含有nh3s2-或其他污染物时,应在使用前对管材进行完全退火或消除应力处理。
  此外还应注意,由于管组热胀冷缩的变化或操作不当等.也会引发热交换器中产生机械应力。
  3.冲击腐蚀
  高速冷却水流的湍流以及进入水流的气体或沙粒等异物的冲击腐蚀作用,使凝汽器铜管表面局部保护膜遭到破坏。保护膜被破坏的金属在冷却水中具有较低的电位而成为阳极,保护膜未被破坏的部位电位高而成为阴极,导致金属进一步腐蚀破坏。冷却水流中含有的固体颗粒,更加重了磨损腐蚀的程度,这种在机械和电化学共同作用下发生的腐蚀称为冲击腐蚀。冲击腐蚀多发生在冷凝器和换热器管束入口处,流体由大截面进入小口径,产生湍流,在管人口数十毫米处常发生严重腐蚀。一些高水头、含砂量大的电站工作门底缘和电站压力管弯管段也经常会出现这种腐蚀现象。
  4.沉积物腐蚀
  沉积物腐蚀也被称为固形物腐蚀,指管内有粘泥及疏松多孔沉积物附着在管壁上,造成沉积物和溶液本体间金属离子或供氧浓度的差异,形成腐蚀原电池而导致局部铜管管壁腐蚀的现象。从现场反映的结果来看,沉积物的腐蚀程度因水质状况与合金材料的不同而有差异,沉积物在管壁上附着不仅会导致材料的腐蚀与泄漏,而且还严重影响传热效果。
  5.砂蚀
  所谓砂蚀,一般指冷却水中的悬浮沙粒对冷凝管的损伤现象。然而,砂蚀并非单纯的机械磨损破坏,砂蚀的破坏机理是首先由机械作用导致管材表面膜的破坏,进而在表面膜损伤处由于电化学反应而产生腐蚀。一般情况下,电化学腐蚀的速度将远大于砂粒机械磨损的速度。因此,砂蚀也可以说是二者交互作用下的侵蚀现象。冷却水含沙量超过30×10-4%时就会引起砂蚀,通常含沙量增加、沙粒粒度增大,磨蚀出现几率随之增大。
  6.氨蚀
  氨蚀多发生在隔板处,外观很像机械损伤与腐蚀介质侵蚀的联合作用,该处的铜管有很深的腐蚀沟槽和粗糙表面,管壁明显减薄。腐蚀部位呈现基体金属光泽,无腐蚀产物附着。
  氨蚀的产生原因主要有:空冷区氨的聚集、铜管的振动与磨损以及隔板与铜管的电偶作用等。
  7.晶间腐蚀
  晶间腐蚀是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象,是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀。这种腐蚀主要是从表面开始,沿着晶界向内部发展,直至成为溃疡性腐蚀,整个金属强度几乎完全丧失。
  晶间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏,它与一般选择性腐蚀不同之处在于,腐蚀的局部性是显微尺度的,而在宏观上不一定是局部的。腐蚀特征是在表面还看不出破坏时,晶粒之间已丧失了结合力。
  晶间腐蚀的产生必须具备两个条件:一是晶界物质的物理化学状态与晶粒本身不同;二是特定的环境因素,如潮湿大气、电解质溶液、过热水蒸气、高温水等。
  晶间腐蚀一般与合金成分的不均匀性有关,多数发生在含硫化物多、含氧低盐水中。由于沿晶界面处杂质的偏析,晶界面处比晶核处的电化学反应更活泼。铅、磷、砷等被认为是引起黄铜产生晶间腐蚀的主要元素。国际上常把砷作为脱锌的阻化剂,故对其含量应严加控制。
  有试验表明:一些发生早期腐蚀穿孔破坏的铜管,其腐蚀孔表面均存在较严重的晶间腐蚀。
  8.浸蚀
  浸蚀是直接由水的湍流和水的固有浸蚀性(温度、盐度等)而产生的,在氯离子含量超过1000×10-4%的盐水中较易发生,且多产生于管材内部、弯曲处或其他物体堵塞处。浸蚀是湍流的机械作用(该作用会冲掉保护膜)、溶液的腐蚀和流速等的综合影响造成的。保护膜的自愈合性是阻止材料加速腐蚀的唯一要素,一旦金属裸露出来,金属表面会以比被保护区快100倍的速度氧化。
  在实际应用过程中,很多情况下是由于热交换器使用不当而产生的局部腐蚀。静止或流速很低的水是产生局部腐蚀的先决条件。