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厂房通风管道腐蚀原因分析与对策

文章来源:广顺管道   作者:广顺管道   发布时间:2018-09-15 12:05   浏览次数:

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  采用镀锌碳钢作为厂房通风风管材料时,局部区域会发生优先腐蚀,从而导致风管失效,根据现场情况调查并进行分析,研究表明局部区域气压变化导致空气中水分在局部区域凝结,空气中氯离子在凝结水中聚集,导致局部腐蚀速度远大于一般大气腐蚀速度。可以通过在局部有凝结水区域采用耐蚀性更好的材料代替镀锌碳钢以延长风管整体寿命。

通风管道

  0 前言

  核电站通风系统主要功能是为各厂房通风散热,由风机房内的风机及分布在厂房内的通风管道组成,国内某核电站通风管道采用镀锌钢板,随着服役年限延长部分区域出现腐蚀情况,且由于腐蚀及设计不足多次出现脱落问题,该系统虽与核安全无关,但腐蚀脱落会带来工业安全问题,因此有必要对风管腐蚀特点、原因进行分析并给出解决方案,同时汇总结构设计不足问题及应对措施,可为现役电站纠正维修及新建电站通风系统设计提供指引。

  1 腐蚀特征与原因分析

  1.1 通风管道中风管腐蚀特征调查

  从电站维修管理系统中查阅历史风管腐蚀相关事件,对腐蚀部位类型进行统计,主要包括六类:风门前后(相连风管、铆钉、风门)、风管转向位置(弯头、导风装置)、风机出口风管、风门本体及内部组件、过滤器前后,各腐蚀类型在调查的两座核电站主要分布情况如图1所示,该结果与现场调查结果一致,其中风机出口、风门及前后风管、风管改变方向(靠近风机出口)位置是最主要的腐蚀失效部位。

  

 

  图1 历史腐蚀部位分类分布图

  1.2 腐蚀原因分析

  锌在室外海洋大气环境中均匀腐蚀速率约为0.5~8μm/年,与碳钢材料相比,在大多数环境中镀锌层腐蚀速度平均比碳钢低22倍,且均大于10倍,因此选择镀锌层作为风管材料防腐层的设计是合理的。然而现场的镀锌层却在局部位置快速腐蚀,导致风管腐蚀不可用,结合现场风管腐蚀调查结果,风机出口、风门及前后风管、风管改变方向(靠近风机出口)位置是腐蚀敏感部位,这些位置的共同点主要表现在该区域气体压力发生明显变化,风机出口由于风机提供动能导致风压升高,风管转向位置、风门等有阻挡作用位置,风在风门表面、风管转向位置由于阻挡作用风速降低,根据流体能量守恒,流体动能降低时其静压能升高,即此位置均存在风压力升高,导致空气中的水蒸汽分压升高,当水蒸汽分压超过形成凝结水,而空气中氯离子溶解于水中形成侵蚀性环境。锌在含有氯离子的水溶液介质中典型腐蚀速度为20~70μm/年,远远高于大气环境中十倍以上,而风管镀锌层厚度仅20μm,将在短时间内消耗,无法起到保护作用。

  凝结水在上述位置产生的原因如下:

  风压由空气分压和水蒸气分压组成,即:

  Pwind

  o=PAiro+PWatero

  此温度下水对应饱和蒸汽压为Pt1,Water;

  此时湿度为:ηt1o=PWatero/ Pt1,Water;

  当风压升高时Pwind=PAiro+ΔPAir+PWatero+ΔPWater;

  此时湿度升高:ηt1=(PWatero+ΔPWater)/ Pt1,Water>ηo,当超过100%时产生凝结水;

  汽机厂房温度高于外部,当风进入风管后不断被加热,此时对应温度下水饱和蒸汽压升高,即Pt2,水>Pt1,水;

  湿度为:ηt2=(PWatero+ΔPWater)/ Pt2<ηt1,随温度升高不断减小,直至不在产生凝结水。

  依据上述分析,水凝结将发生在风机出口、风门前后、风向改变位置,随风管深入汽机厂房越远,凝结水/腐蚀发生频率、严重程度降低,与现场观察到结果完全一致。

通风管道

  1.3 腐蚀模式

  通风管道中风管中输送的介质是来自于室外的高湿度、高盐份的空气,同时局部存在上述描述的凝结水环境,风管材料在这些环境中主要表现为阴极吸氧去极化控制的电化学腐蚀,腐蚀形式上有均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀。

  镀锌层在大气环境和凝结水中表现为均匀腐蚀,但在有凝结水环境腐蚀速度显著增大,因此现场易产生凝结水的位置镀锌层很快消耗完,碳钢开始腐蚀,如图2所示。当镀锌层消耗至出现局部基体铁裸露时,碳钢与镀锌层出现电偶腐蚀。在风管材料连接部位,采用搭接方式锚固,从而有缝隙存在,当处于干燥环境时,空气中氯离子及湿气并不容易进入缝隙,不会发生严重腐蚀,但当存在凝结水时,含氯离子的凝结水进入缝隙,促进了缝隙腐蚀发生,其腐蚀速度远大于均匀腐蚀,如图3所示。

  

 

  图2 镀锌碳钢风管均匀腐蚀

  

 

  图3 风管搭接位置缝隙腐蚀

  风管材料之间通过铆接方式连接,所采用的铆钉材质为工业纯铝,当镀锌层在风管制作过程中破损或因腐蚀消耗完时,铆钉会与铁基体发生电偶腐蚀,如图4所示,且在有凝结水环境时电偶腐蚀效应会加剧,使得铆钉被迅速消耗,从而导致连接强度不足,连接构件脱落,如风门脱落,风管连接部位脱落等现象发生,是腐蚀掉落的主要原因之一。

  

 

  图4 铆钉腐蚀

  2 结论

  通风管道中风管发生腐蚀而提前失效主要原因来自于凝结水的产生,在凝结水产生的风管段原有的镀锌碳钢已经无法满足实际需求,因此在这些部位建议采取加强防腐措施,可考虑更换材质有316L不锈钢或玻璃纤维增强聚合物风管。

  如使用316L不锈钢作为风管材料,凡焊接、机械加工位置都建议做钝化处理,如不进行酸洗钝化处理,不锈钢材质风管部位焊接区域仍存在腐蚀。玻璃纤维增强聚合物风管防腐效果优良,质量较轻,推荐在凝结水产生区域使用,从现场酸碱环境原本使用玻璃纤维增强聚合物风管区域看,基本无腐蚀问题,且后期维护工作少。

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