在電力生產(chǎn)過(guò)程中，氯離子被廣泛認(rèn)為是發(fā)電機(jī)組水汽系統(tǒng)中危害最大的活性陰離子，微量氯離子就足以破壞金屬表面鈍化膜，甚至引起水冷壁管腐蝕穿孔、核電蒸汽發(fā)生器傳熱管腐蝕開(kāi)裂和汽輪機(jī)葉片腐蝕斷裂等嚴(yán)重安全事故。

近年來(lái)，研究人員對(duì)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中氯離子的腐蝕控制展開(kāi)了大量研究，并取得一定的研究成果，通過(guò)控制水汽中氯離子含量、pH和溶解氧含量等方法可有效抑制氯離子腐蝕。但是，在機(jī)組停運(yùn)階段，有關(guān)氯離子對(duì)不同金屬腐蝕行為及其控制方法的研究仍然較少。機(jī)組停運(yùn)后，未排凈的水蒸氣會(huì)重新凝結(jié)成水，并沉積于系統(tǒng)管道底部彎頭，該冷凝水的pH遠(yuǎn)低于運(yùn)行期間水質(zhì)pH，且金屬表面隱藏沉積的腐蝕性陰離子會(huì)溶解析出，導(dǎo)致金屬設(shè)備局部水質(zhì)濃縮，造成熱力設(shè)備的停用腐蝕；同時(shí)，檢修階段環(huán)境中的氯離子會(huì)隨空氣進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部并沉積在金屬表面，加劇停用腐蝕，這一現(xiàn)象在沿海電廠尤其突出?？梢?jiàn)，機(jī)組停運(yùn)后設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)具有監(jiān)測(cè)難度大、環(huán)境復(fù)雜、局部區(qū)域氯離子濃度高等特點(diǎn)。若充分了解機(jī)組停運(yùn)階段氯離子對(duì)不同金屬的腐蝕規(guī)律，有助于選擇合適的機(jī)組熱力設(shè)備停用腐蝕控制方法。

電廠熱力設(shè)備涉及的金屬材料種類(lèi)繁多，主要有碳鋼（如20號(hào)鋼、210C等）、低合金鋼（如T12?T22?12Cr1MoV）和不銹鋼（如316L?TP347?TP304?鎳基合金）等。下面讓我們來(lái)了解一下常溫狀態(tài)氯離子對(duì)不同金屬材料的腐蝕影響規(guī)律，可為今后機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中保養(yǎng)方法的選擇和參數(shù)控制提供參考。

碳鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕行為

碳鋼作為最常用的結(jié)構(gòu)材料被廣泛應(yīng)用于電站鍋爐熱力設(shè)備。在機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中，熱力設(shè)備內(nèi)排水不充分或外界空氣進(jìn)入，會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域積水或在金屬表面形成水膜，在水中溶解氧及雜質(zhì)離子共同作用下發(fā)生腐蝕，水中雜質(zhì)離子濃度的升高會(huì)進(jìn)一步加速腐蝕。

常溫下，碳鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕行為包括均勻腐蝕和點(diǎn)蝕。碳鋼的均勻腐蝕不受溶液中氯離子含量的影響，溶液中氯離子的存在大大促進(jìn)了點(diǎn)蝕誘發(fā)及初期發(fā)展，并顯著降低碳鋼的點(diǎn)蝕電位，但是氯離子不是誘發(fā)點(diǎn)蝕的必要條件。水中溶解氧和碳鋼夾雜物的存在是點(diǎn)蝕的最主要誘發(fā)源，因此，單純降低氯離子含量并不能抑制碳鋼點(diǎn)蝕。

低合金鋼在氯離子環(huán)境中腐蝕行為

低合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上，為了改善碳鋼的性能，加入一種或幾種合金元素，合金元素總量小于5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的合金鋼。在電站機(jī)組中，低合金鋼廣泛應(yīng)用于鍋爐省煤器、水冷壁、低溫過(guò)熱器和再熱器等。

低合金鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕行為與碳鋼相似，凝結(jié)水及水中溶解氧是其腐蝕的主要誘因。常溫條件下，當(dāng)凝結(jié)水和溶解氧共存時(shí)，金屬表面會(huì)生成疏松、化學(xué)穩(wěn)定性較低的外銹層和致密、熱力學(xué)穩(wěn)定性好的內(nèi)銹層，致密的內(nèi)銹層具有較好的保護(hù)性。但是，腐蝕性氯離子能夠遷移進(jìn)入內(nèi)銹層底部，促進(jìn)金屬基體的進(jìn)一步溶解。

不銹鋼在氯離子環(huán)境中的腐蝕行為

不銹鋼由于優(yōu)良的抗高溫氧化性能和耐蝕性被廣泛應(yīng)用于電站鍋爐換熱器、過(guò)熱器、再熱器等。在含氯離子環(huán)境中，影響不銹鋼腐蝕的因素很多，如溫度、氯離子濃度、溶解氧、pH等。研究表明，氯離子的活化作用對(duì)不銹鋼氧化膜的建立和破壞均有較大影響。目前，被廣泛認(rèn)可的不銹鋼氯離子腐蝕機(jī)理包括成相膜理論和吸附膜理論。成相膜理論認(rèn)為，由于氯離子半徑小，穿透能力強(qiáng)，故它容易穿透氧化膜內(nèi)極小的空隙，到達(dá)金屬表面，并與金屬相互作用形成可溶性化合物，使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。吸附膜理論則認(rèn)為，氯離子破壞氧化膜的根本原因是氯離子有極強(qiáng)的被金屬吸附的能力，它優(yōu)先被金屬吸附，并從金屬表面把氧排掉，取代吸附膜中的鈍化離子，與金屬形成氯化物。

相關(guān)研究表明，不銹鋼良好的耐蝕性歸因于其表面鈍化膜降低了金屬表面的反應(yīng)能力，從而提高了不銹鋼的耐蝕性，不銹鋼在含氯離子環(huán)境中幾乎不會(huì)發(fā)生均勻腐蝕，以點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕為主。目前，關(guān)于不銹鋼點(diǎn)蝕的成膜理論和競(jìng)爭(zhēng)吸附理論對(duì)于氯離子如何使鈍態(tài)破壞而引起腐蝕的機(jī)理還沒(méi)有定論，也無(wú)法詮釋不銹鋼材料在含氯離子環(huán)境中難于鈍化的機(jī)制，但是兩種理論均認(rèn)為點(diǎn)蝕隨著氯離子含量增大而加劇。因此，通過(guò)降低不銹鋼接觸溶液介質(zhì)的氯離子含量在某一臨界值下能夠有效抑制腐蝕。

金屬材料在氯離子環(huán)境中的腐蝕控制

碳鋼和低合金鋼停用腐蝕的主要誘因是凝結(jié)水和水中溶解氧，腐蝕性氯離子起到破壞致密內(nèi)銹層的作用，促進(jìn)金屬基體進(jìn)一步溶解；不銹鋼停用腐蝕的發(fā)生主要?dú)w因于表面溶液介質(zhì)中氯離子的濃縮，導(dǎo)致氯離子濃度超過(guò)該環(huán)境中材料的臨界氯離子濃度。

電站機(jī)組系統(tǒng)龐大且復(fù)雜，機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中很難排凈內(nèi)部存水和蒸汽，導(dǎo)致局部區(qū)域尤其是下聯(lián)箱、底部放水管、過(guò)熱器/再熱器底部彎頭處殘留積水，由于堿性物質(zhì)的揮發(fā)導(dǎo)致該處殘留積水的pH明顯降低，且金屬表面隱藏沉積的腐蝕性陰離子會(huì)溶解析出，導(dǎo)致水質(zhì)中陰離子濃縮。根據(jù)電站鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熱力設(shè)備底部積水和金屬表面液膜氯離子濃度難以控制，且不同金屬材料在不同環(huán)境中對(duì)氯離子耐蝕性有不同的要求，因此很難通過(guò)得到可允許的氯離子濃度來(lái)抑制停用腐蝕的發(fā)生。

凝結(jié)水的生成是電站金屬材料停用腐蝕發(fā)生的必要條件，因此，避免凝結(jié)水的生成、或者抑制凝結(jié)水與金屬基體的接觸是一種有效控制停用腐蝕的方法。但是，采用降低氯離子含量的方法來(lái)抑制電站金屬停用腐蝕具有操作難度大，可行性低的缺點(diǎn)，尤其對(duì)于碳鋼和低合金鋼，氯離子并不是其停用腐蝕的必要條件。降低空氣濕度、金屬表面成膜和隔絕空氣是控制氯離子對(duì)電站常用金屬材料停用腐蝕的較好方法。

結(jié)束語(yǔ)

碳鋼和低合金鋼發(fā)生停用腐蝕的主要誘因是凝結(jié)水和水中溶解氧的存在，腐蝕性氯離子會(huì)破壞致密內(nèi)銹層，促進(jìn)金屬基體進(jìn)一步溶解；不銹鋼材料停用腐蝕的發(fā)生主要?dú)w因于表面溶液中氯離子的濃縮，導(dǎo)致氯離子含量超過(guò)該環(huán)境中不銹鋼的耐氯離子腐蝕臨界值。采用降低氯離子含量的方法來(lái)抑制電站常用金屬材料的停用腐蝕具有操作難度大、可行性低的缺點(diǎn)，降低空氣濕度、金屬表面成膜和隔絕空氣是控制氯離子對(duì)電站金屬材料停用腐蝕的較好方法。