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不銹鋼水管腐蝕機理、發生原因和維護處理方法

所屬分類:行業動態    發布時間: 2022-04-15    作者:秦西盟
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不銹鋼材料具有抵抗大氣氧化的能力---即不銹性,同時也具有在含酸、堿、鹽的介質中耐腐蝕的能力---即耐蝕性。雖然不銹鋼耐腐蝕性良好,但不是不生銹,如果長期裸露在腐蝕環境中,.終還是會被腐蝕。因此了解不銹鋼的腐蝕機理、發生原因和維護處理方法就尤為重要。

一、腐蝕機理

Cr 和Ni 是不銹鋼獲得耐腐蝕性能.主要的合金元素。當鋼材中的Cr含量超過10.5%時,鋼在大氣中基本不會生銹。這是因為Cr 和Ni 使不銹鋼和空氣中的氧生成一層十分致密的氧化膜,使不銹鋼鈍化,降低了不銹鋼材料在氧化性介質中的腐蝕速度,使不銹鋼的耐腐蝕性能提高,而S30408、S31603的材料的Cr含量在16%以上,耐蝕性能也相應的得到了提高。

當管材處于雜散電流或酸堿鹽腐蝕環境中時,材料本身自鈍化的速度低于被腐蝕的速度時,隨著時間的作用,便出現材料被破壞的現象。


二. 不銹鋼腐蝕的類型、發生原因和處理方法

2.1 表面腐蝕:

2.1.1 主要特點:不銹鋼裸露表面發生大面積的較為均勻的腐蝕,雖降低產品受力有效面積及其使用壽命,但比局部腐蝕的危害性小。

2.1.2 常見發生原因:

(1) 鉅恒源不銹鋼表面有其他金屬元素(如鐵質材料)的粉塵或顆粒附著,在潮濕的空氣中,附著物與不銹鋼間的冷凝水,將二者連成一個微電池,引發電化學腐蝕;

(2) 不銹鋼表面粘附含有酸、堿、鹽類物質(如裝修墻壁的堿水、石灰水、其它裝修材料、有機物汁液或使用有害介質的薄膜和材料包裹),長時間形成金屬表面的腐蝕;

(3) 在有污染的空氣中(如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮、鹽類物質的大氣 ),遇冷凝水,形成硫酸、硝酸、醋酸液點等,引起化學腐蝕;

(4) 割渣、飛濺等易生銹物質的附著或擊傷表面鈍化層造成的腐蝕。

2.1.3 建議處理方案

(1) 保持不銹鋼表面的潔凈,如發現有污染物質和顏色暗淡現象發生,應及時進行清理;

(2) 對出現輕度腐蝕的部位,先清除污銹,使用鈍化膏溶液或噴霧涂抹,10秒后再用清水進行清洗,使不銹鋼表面重新形成鈍化膜。其它不銹鋼清潔劑亦可;

(3) 對出現嚴重腐蝕的管道,需及時進行更換。

2.2 點腐蝕、堆蝕

2.2.1主要特點:

(1) 點腐蝕主要特點: 金屬表面鈍化膜受到局部損壞而造成的,點腐蝕形成后能迅速地向深處發展,.后穿透金屬。危害性非常大。材料表面有金屬類夾雜物或氯離子時都可引起點腐蝕;

(2) 堆蝕主要特點: 當管內水長時間處于低流速或靜止狀態時,管道中的鐵屑、細微泥沙、金屬夾雜物等在管壁位置長時間靜止,并逐漸沉積在管連接處和水流下方,逐漸腐蝕堆積。

2.2.2 常見發生原因

(1) 采用地下井水、山泉水、河水和海水(Cl-氯離子含量約19000ppm)對管道進行試壓和清洗,這類水源中含有大量的金屬礦物質、細微泥沙及Cl-氯離子、SO2-硫酸根離子, 一方面管道中的鐵屑、細微泥沙、金屬夾雜物等在管壁位置長時間靜止,并逐漸沉積在管壁而形成污垢。由表面污垢隔離形成了管內壁閉塞區,在閉塞區內氧的還原反應停止。經過長時間積聚、停留,破壞了鋼材表面的鈍化膜,形成堆蝕;另一方面由于氯離子半徑小,穿透能力強,很容易穿透氧化膜到達不銹鋼表面,并與金屬形成可溶性化合物,使氧化膜發生變化產生點腐蝕。

(2) 管道在安裝完成之后,未按照規范對管道進行清洗,管道長時間靜止,導致管道在安裝時產生的金屬鐵屑、水泥和污物滯留在管內,成為腐蝕發生的必然因素。

2.2.3 建議解決方案

(1) 對已出現腐蝕的部位,立即進行更換處理;

(2) 對管子進行沖洗,流速.好在1米/秒以上,將管道在安裝時殘留的金屬粉末及污物排出管內;

(3) 管道試壓和清洗的水源應取用市政生活飲用水,不能采用自取的地下井水、河道水和海水;

(4) 管道清洗、試壓完畢后,應排除管內積水,若管內積水無法排盡時,應設法使管道系統至少每周通水循環一次。

2.3 應力腐蝕

2.3.1主要特點:金屬在腐蝕介質及拉應力外加應力或內應力的共同作用下產生破裂現象。斷裂方式主要是沿晶的或穿晶的龜裂紋,在氯化和堿性氛氧化物或其它水溶性介質中常發生,發生概率較小,但危害巨大。

2.3.2 常見發生原因

(1) 應力來源一般為加工殘余應力、焊接殘余應力、操作時熱應力、操作時加工應力等,從圖片上看,龜裂紋處靠近焊接口,可能存在焊接殘余應力、操作時熱應力、操作時加工應力等;

(2) 304奧氏體不銹鋼常見的應力腐蝕介質為氯化物,氫氧化納,硫酸等,溫度每提高15~20℃,腐蝕速率加倍。

2.3.3建議解決方案

(1) 已出現腐蝕的部位,應立即進行更換處理;

(2) 使用資質優良的施工單位,在焊接和裝配過程中,應盡量避免產生殘余拉應力,盡量使用結構具有.小的應力集中系數,并使其與介質接觸部分具有.小的殘余拉應力;

(3) 選擇一些抗應力腐蝕較強的不銹鋼產品,如鉅恒源316L等高鉻鎳素體鋼或經過固溶處理后的不銹鋼產品;

(4) 如果水中的特定介質不影響使用,除去這些雜質就是有效的控制方法,嚴格控制水中氯、納化物含量;

(5) 管道清洗、試壓完畢后,應排除管內積水,若管內積水無法排盡時,應設法使道系統至少每周通水循環一次,使縫隙死角等處有害雜質遷移。

2.4保溫層下腐蝕

2.4.1主要特點:是指外部被保溫層覆蓋的管道或設備,由于水分和腐蝕性物質的進入而發生的腐蝕現象,常引發生表面均勻腐蝕和點腐蝕,由于外層保溫材料的存在,具有較強的隱蔽性且難以檢測,往往很難在..時間察覺,容易引起突發的嚴重泄漏事故。

2.4.2 常見發生原因

(1) 使用含有害介質的保溫材料或吸水性保溫材料,導致水分滲入保溫層形成電解質溶液,特別是局部酸性環境的形成,導致不銹鋼管道的腐蝕和失效;

(2) 管道埋地敷設時,未按照規范采用涂裹防腐絕緣層或電化學的防腐方法進行外防腐,導致管道接觸泥土中的金屬鐵屑、污物及其它化學成份,成為腐蝕發生的必然因素;

(3) 由于管道外層的保溫柔材料和泥土形成閉塞區,在閉塞區內氧的濃度大幅度降低,氧的還原反應停止。隨著土壤中的CL-和SO2-在縫隙間的長時間積聚、停留,而破壞了鋼材表面的鈍化膜,.終導致腐蝕產生。

2.4.3建議解決方案

(1) 對已出現點腐蝕穿孔的部位,立即進行更換處理;

(2) 管道表面出現輕度腐蝕可使用鈍化膏除銹,并用清水沖洗;

(3) 使用正規產家生產的非吸水性保溫材料;

(4) 管道埋地敷時,使用涂裹防腐絕緣層或電化學的防腐方法進行外防腐。如環氧酚醛有有機涂層,熱噴涂技術 (TSA),納米涂層等。

附:參考文獻:

(一) CECS 153-2003 《建筑給水薄壁不銹鋼管管道工程技術規程》第5.2.9項,第5.4.2項,第6.0.3項,第6.0.4項等

(二) GB50235-97 《工業金屬管道工程施工及驗收規范》第5.2.9項,第8.2.2項,第8.2.6項等

(三) Nickel Institute技術資料 NO.10087中規定,水壓試驗后或關閉時應迅速徹底地排凈水,如系統必須充滿水時應每周至少循環一次。

(四) 10S407-2 《建筑給水薄壁不銹鋼管道安裝》

(五) CECS227:2010 《建筑給水排水薄壁不銹鋼管連接技術規程》

(六) CJJ/T154-2011 《建筑給水金屬管道工程技術規程》

(七) GB/T29038-2012 《薄壁不銹鋼管道技術規范》

(八) 左景伊 《應力腐蝕破裂》 西安交通大學出版社

(九) 陸世英等 《不銹鋼應力腐蝕事故分析與耐應力腐蝕不銹鋼》 原子能出版社

(十) [日]小若正倫 《金屬的腐蝕破壞與防蝕技術》 化學工業出版社

(十一)《腐蝕科學與防護技術》2014, 26(2): 167-172 保溫層下腐蝕防護的研究現狀 呂曉亮, 唐建群

不銹鋼水管