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局部腐蝕：點蝕是造成企業(yè)“跑、冒、滴、漏”的主要根源之一

2021-08-13 11:44:04 作者：工業(yè)小南點來源：工業(yè)小南點分享至：

第四章局部腐蝕

局部腐蝕是相對全面腐蝕而言的，是指金屬暴露于腐蝕環(huán)境中，金屬表面某些區(qū)域的優(yōu)先集中腐蝕。腐蝕發(fā)生在金屬的某一特定部位，而其它部分幾乎未被破壞，陽極區(qū)和陰極區(qū)明顯分開，可以用目視或微觀觀察加以區(qū)分，次生腐蝕產(chǎn)物又可在陰、陽極交界的第三地點形成。

局部腐蝕的種類多種多樣，根據(jù)局部腐蝕的形態(tài)、位置、機理，可分為：孔蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆、腐蝕疲勞、磨損腐蝕、沖蝕、空泡腐蝕、選擇性腐蝕等多種類型。電化學(xué)腐蝕從微觀上來看，也是局部腐蝕，如果微電池的陰、陽極位置不斷變化，則腐蝕的宏觀形態(tài)是全面腐蝕；如果陰、陽極位置固定不變，則腐蝕宏觀形態(tài)也呈局部腐蝕；而宏觀電池腐蝕形態(tài)總是局部腐蝕，腐蝕破壞主要集中在陽極區(qū)。

局部腐蝕特點是，導(dǎo)致的金屬損失總量小，但難以檢測其腐蝕速率和預(yù)防。所以，往往由于局部的嚴重腐蝕導(dǎo)致突發(fā)事故。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，腐蝕事故中80％以上是由局部腐蝕造成的。局部腐蝕與全面腐蝕的區(qū)別見表4-1。

4.1 點蝕

點蝕又稱孔蝕、針孔腐蝕，是石油、化工生產(chǎn)和航海領(lǐng)域中常遇到的局部腐蝕破壞形態(tài)，是破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一，是企業(yè)“跑、冒、滴、漏”的主要根源之一。壓力容器的點蝕難以在線監(jiān)測，有時突然導(dǎo)致災(zāi)害事故發(fā)生。點蝕是造成不銹鋼等易鈍化合金受到大規(guī)模腐蝕的重要局部腐蝕形式，是不銹鋼等易鈍化合金壓力容器的重要失效形式之一。不同腐蝕介質(zhì)環(huán)境下不銹鋼、鋁及鋁合金等的點蝕行為研究是易鈍化合金耐蝕性研究的一項重要內(nèi)容，作為典型的點蝕誘發(fā)因素，Cl-對材料點蝕行為的影響更是被人們所廣泛研究。

點蝕定義

點蝕是產(chǎn)生于金屬表面向內(nèi)部擴展形成孔穴的局部腐蝕，鈍化金屬或合金材料在某些環(huán)境介質(zhì)中，經(jīng)過一定的時間后，大部分表面不發(fā)生腐蝕或腐蝕很輕微，但在表面上個別的點或微小區(qū)域內(nèi)，出現(xiàn)蝕孔或麻點。且隨著時間的推移，蝕孔不斷向深度方向發(fā)展，形成小孔狀腐蝕坑，這種現(xiàn)象稱為點腐蝕（pitting corrosion），簡稱點蝕（pitting）。描述與評定點蝕的幾個特征參數(shù)為：點蝕電位，點蝕速度，最大點蝕深度。

點蝕對壓力容器的危害

點蝕是一種隱蔽性和突發(fā)性很強，破壞性大的局部腐蝕。盡管點蝕造成的金屬損失的質(zhì)量很小，但腐蝕電池的陽極面積很小，局部腐蝕速度很快，它能導(dǎo)致設(shè)備局部腐蝕穿孔，造成壓力容器內(nèi)部的工藝介質(zhì)跑、冒、滴漏。輕者造成介質(zhì)流失、設(shè)備需要停車修補，重者造成整個設(shè)備失效、環(huán)境污染和巨大的經(jīng)濟損失，甚至產(chǎn)生危害性很大的事故。特別是在石油、化工、核電等領(lǐng)域，點蝕容易造成管壁穿孔，使大量油、氣泄漏，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難。在石油、化工的腐蝕失效類型統(tǒng)計中，點蝕約占20%～25%。

不銹鋼的表面因形成致密的氧化鉻薄膜而具有高抗腐蝕能力。然而，局部點狀腐蝕卻難以避免。例如某廠新造了幾十只不銹鋼立式貯罐，分別采用S30403和S31603不銹鋼板焊接而成，安裝后，需要充水做基礎(chǔ)沉降試驗。試驗使用消防水，3～4個月后放水檢查，發(fā)現(xiàn)罐體發(fā)生嚴重的點蝕，最多的罐有200多個腐蝕坑，最深達到5mm，幾乎穿透。根據(jù)檢測，水中Cl-含量在76～1152mg·L-1，導(dǎo)致這批貯罐無法按期投入使用，造成很大的損失。

在用設(shè)備對孔蝕的檢查比較困難，蝕孔尺寸很小，而且經(jīng)常被腐蝕產(chǎn)物遮蓋，因而定量測量點蝕的程度有一定的困難。在用設(shè)備點蝕會使晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等加劇，在很多情況下點蝕是這些類型腐蝕的起源。

在核電站的蒸汽發(fā)生器中，點蝕主要發(fā)生在蒸汽發(fā)生器冷側(cè)管板與第1 塊支撐板間的管段上，這段區(qū)域處于泥渣堆中或有污垢，存在氯化物或硫酸鹽等，形成局部酸性條件而引起點蝕。在該處形成局部腐蝕電池，在氧化環(huán)境下或有Cu2+時，會加快點蝕的過程。一旦發(fā)生泄漏，一回路帶有輻射物質(zhì)的冷卻水就會污染二回路的水和蒸汽，進一步污染電站的透平和汽水管線等等。

在大型尿素裝置中，高壓換熱器的管口焊縫或熔合線容易發(fā)生腐蝕穿孔，造成停車檢修，1天的損失近百萬元。另外，尿素熔融液對襯里下面的碳鋼腐蝕速率是不銹鋼的十幾倍～幾十倍，20多天，可以使碳鋼管板腐蝕出直徑200～300mm，深度150～200mm的大洞。

除了壓力容器設(shè)備的點蝕，輸送油、天然氣和工藝水的管線受外部土壤中介質(zhì)或管線內(nèi)部流體的腐蝕，經(jīng)常會發(fā)生點蝕，嚴重時造成穿孔，使得油、天然氣或水泄漏，特別是油和天然氣泄漏往往會造成火災(zāi)或爆炸等嚴重事故。

點蝕形貌

點蝕集中在金屬表面的很小范圍內(nèi)，多發(fā)生在表面有鈍化膜或有保護膜的金屬上，并深入到金屬內(nèi)部，形成的蝕孔直徑小、深度大。蝕孔有大有小，多數(shù)情況下為小孔。點蝕一般表面直徑等于或小于它的深度，只有幾十微米，呈點狀分散或密集分布在金屬表面上。

圖4-1為3003 Al-Mn合金，在常溫冷卻循環(huán)水池中掛片4320h后腐蝕形貌。表面可見分散的點蝕坑，點蝕坑上有白色腐蝕產(chǎn)物，微觀上可見蝕坑向深度方向發(fā)展，坑底呈活化態(tài)。孔口多數(shù)被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，少數(shù)呈開放式。有的為碟形淺孔，有的是小而深的孔，也有的孔甚至使金屬板穿透。

圖4-2為S31603換熱管在油氣介質(zhì)中發(fā)生點蝕的宏觀形貌。

圖4-3為某5Mt·a-1常減壓裝置減頂一級板式空冷器板片，運行40d，由于其它設(shè)備原因裝置停工，停工后通氮氣和蒸汽，重新投用7個月發(fā)現(xiàn)泄漏。板片材質(zhì)S31603，板厚0.7mm，板束內(nèi)工作介質(zhì)為減頂經(jīng)預(yù)冷板式空冷器出口油汽＋軟化水+200℃蒸汽，入口溫度150℃左右，出口溫度50～60℃。板束外側(cè)為噴淋軟化水，操作溫度為常溫。檢查發(fā)現(xiàn)介質(zhì)進口端存在NH4Cl結(jié)垢，板片在銨鹽結(jié)垢處產(chǎn)生了點蝕，嚴重部位已穿孔。

點蝕的破壞特征有：

①破壞高度集中；

②蝕孔的分布不均勻；

③蝕孔通常沿重力方向發(fā)展，向上的表面點蝕深度和數(shù)量明顯較向下的表面嚴重；

④蝕孔口很小，而且往往覆蓋有固體沉積物，因此不易發(fā)現(xiàn)；

⑤孔蝕發(fā)生有一定時間的孕育期（或誘導(dǎo)期）；

⑥在某一給定的金屬-介質(zhì)體系中，存在一特定的陽極極化電位門檻值，該電位以往多稱之為鈍態(tài)的擊穿電位（breakdowm potential，Eb），近來稱之為點蝕形核臨界電位，或點蝕電位（Enp）。低于此電位時，不會發(fā)生點蝕，高于此電位則發(fā)生點蝕。

點蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集中的局部腐蝕形式。從外觀上看，有開口式或閉口式的蝕孔。即表面為腐蝕產(chǎn)物所覆蓋或表面仍殘留有呈現(xiàn)凹痕的金屬薄層，內(nèi)部則隱藏著嚴重的蝕坑，圖4-4，表示了幾種不同類型的點蝕形貌，既有拋光表面的半球形蝕孔，也有結(jié)晶學(xué)形狀的蝕孔（其側(cè)面由腐蝕速度最低的結(jié)晶學(xué)平面所組成）。更多的是不規(guī)則形狀的蝕孔，其剖面形狀大致分為7類，其中（f）、（g）為微觀結(jié)構(gòu)取向型，如圖4-5[1]所示。若坑口直徑小于洞穴深度時，常稱為點蝕（或孔蝕）；若坑口直徑大于坑的深度，常稱為坑蝕；實際上點蝕和坑蝕沒有嚴格的界限。