凝汽器和给水加热器用不锈钢焊管制造质量控制细探（上）——兼评“某国产凝汽器不锈钢焊管耐点蚀性的研究”一文之不足及补正

何德孚，王晶滢,2

（1.上海久立工贸发展有限责任公司，上海 200135；2.浙江德传管业有限公司，浙江 湖州 313105）

《焊管》期刊2012年第8期中刊载了“某国产凝汽器不锈钢焊管耐点蚀性的研究”—文[1]，作者就灌水试验时发生泄漏事件进行了探索研究，试图寻找事故原因。虽然文中讨论尚有一些不足，但作者这种从实际事例出发进行试验研究的胆识和勇气值得称赞和倡导。通过学术期刊进行不同学术角度的商讨有助于促进我国焊管技术水准提高，值得提倡。

不锈钢焊管的腐蚀是一个复杂的课题，它既和不锈钢管的材质或化学成分有关，又与其制造过程所决定的微观组织状态和表面精整质量密切相关，还在很大程度上取决于应用时的环境或介质条件，其中包括贮运、再加工过程中可能接触的介质及环境条件。因此耐蚀性不仅是简单的“材料特性”，更是一种复杂的“材质-加工-使用环境所构成的系统性能”[2]。笔者试图通过美欧相关标准和文献资料所概括的经验，并联系外鉴报告分析国内高端不锈钢焊管制造技术和质量控制中存在的问题，以对文献[1]所述作些补充或修正。笔者还分析了我国目前不锈钢消费结构，并介绍了国外研究者对两个冷凝器泄漏失效实例的解剖分析。借以指明扩展不锈钢焊管高端应用的迫切性及应力腐蚀和高温蒸汽的冲刷磨蚀是泄漏失效的起因。材质虽不是此类泄漏事故的唯一决定因素，但304钢管也并非凝汽器理想选材。本研究所述若有不当之处，敬请批评指正。

1 亟待改善的我国不锈钢（管）消费结构

近十年，我国的不锈钢和不锈钢管产量都有了飞速发展，2013年我国不锈钢粗钢的产量已经突破了1 800万t，不锈钢管产量约为 （150～200）万t，其中焊管在100万t以上。我国不锈钢消费结构状况及与美国对比结果见表1。从表1可以看出，低端应用远高于高端，且在最近8年里，石化、动力和医药食品领域的高端应用比例显著下降，建筑装饰的应用却呈上升态势，是美国1998年的4倍，这反映出我国大量增产的不锈钢及不锈钢管中有不少是低端产品。在不锈钢管产品进出口流量中，虽然我国每年以每吨6 000美元的低价出口（30～40）万t，但却以约3倍高价进口不锈钢管（3～4）万t[3]。出口数量大，进口数量相对减少，就导致我国不锈钢消费结构愈趋低端化，这种趋势极需扭转。本研究所涉及凝汽器和给水加热器用不锈钢焊管就是一个有待攻克的重要领域。

表1 我国不锈钢消费结构状况及美国对比①

2 冷凝器、给水加热器管选材演变及其动力

图1 超临界发电机组中的锅炉过热器、再热器和凝汽器、送水加热器

冷凝器（condenser）是指以水蒸汽和冷却水为热交换两相的换热器。在电站设备中也常被称为凝汽器，它和除氧器、给水加热器均属于汽轮机的汽水系统（如图1所示）[5]，送出的热水将进入锅炉，目的都是为了提高发电机组的效率。在现代超临界或超超临界大型发电机组中，它们可使效率提高到40%～45%以上，对节能和减排有十分重要的作用。另一方面凝汽器又是在苛刻腐蚀环境下工作的组件，冷凝管泄漏或空气渗入会影响其他相关组件——燃烧锅炉或核蒸汽发生器、低压蒸汽轮机及给水加热器，许多腐蚀问题都已追索到凝汽器的渗漏及随后发生的冷凝蒸汽受冷却粗水和空气的沾污有关。而大多数的凝汽器渗漏又都是由局部腐蚀，即孔蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀开裂及氢脆、蒸汽冲刷引起的磨蚀等造成的。不过也有一些渗漏可能纯粹是由外物冲击等机械原因或制造质量不高造成的[5]。文献[1]所涉事故应首先追究所采用的304L焊管制造质量，如果不排除焊管制造质量就针对国产管材质耐蚀性的结果，只能导致文献 [1]所得结论似是而非，并可能伤及无辜。

美标（ASTM及ASME）中涉及冷凝器用管材标准多达20项，其中15项标准名称含有冷凝器用管，另有5项在其范围中明确指明可用于冷凝器管，还有3项为给水加热器用管（见表2[6-7]），后者也是以蒸汽和水为热交换两相的换热器，只是结构和目的略有差异，工作原理和腐蚀问题都十分相近（见表3[5]）。因此文献[5]把两者列在同一章，其中还包括除氧器（deaerator）。

由表2和表3可以得出以下结论：

（1）冷凝器用管材材质经历了长期实际应用和广泛的演变，冷凝器使用过程中不断发生的各种事故或腐蚀问题，寻求更优良抗蚀材料以延长冷凝器使用寿命及系统工作可靠性是推动这种演变的动力。这一演变尚在继续，但从已有经验可以看出：Ni含量高于25%～35%的超级奥氏体不锈钢，即美标中N08XXX系列奥氏体钢及Ni-Fe-Cr-Mo合金，镍铜合金和工业纯钛都是理想选材，只是这些材料成本均十分高昂，因此像304和316这些普通奥氏体钢管在我国及一些发展中国家还在采用 （表2中凡是同时为ASTM和ASME及DD标准的都是比较成熟或曾经广泛应用的选材，如果仅为ASTM标准则成熟度不高或应用尚不广泛）。

（2）A213/A213M和SA213/SA213M标准名称和应用范围均不包含冷凝器。其所指锅炉管、过热器和再热器均是以水或蒸汽（内壁）和燃煤气体 （外壁）为热交换两相的换热器，虽然其内壁工作环境或腐蚀问题与凝汽器或给水加热器有相似之处，但其外壁高温燃气所决定的介质环境条件是其腐蚀问题的关键或主流[5]，它们的壁厚都比较大，腐蚀及防蚀设计原则有很大不同。笔者认为，A213/A213M/SA213/SA213M标准并不完全适合冷凝器和给水加热器用不锈钢管，特别是要求更高的电厂凝汽器用管。这就是说文献 [1]中把符合该标准的304钢管作为冷凝器用304L焊管为对比标样的设定本身也未必恰当。

（3）美标中只有3项不锈钢管标准名称中明确可以用作冷凝器管，即B163/SB163，A249/A249M/SA249/SA249M 和 A1012（见表 2）。 加上两项给水加热器用不锈钢管标准一共5项，其中A1012/A1012M至今尚未被ASME B&PVC认定。值得注意的是：第一，2012年以前上述4项用于制造冷凝器和给水加热器的不锈钢管标准中有3项都是焊管标准，原因是文献 [6]中指出的“焊管是获得优质热交换器用不锈钢管所需均匀壁厚的最佳途径”。2012年两项给水加热器用不锈钢管补入了无缝管制造方法。或许反映出后者近几年在壁厚均匀性已有明显进步，但也意味对其产品质量的更高要求。但这一更改尚未获得ASME认可。见表2注①；第二，直到目前为止，以上4项标准中只有SA249/SA249M，同时为美国能源部核工程标准 （USDOE-NE）及美国国防部机构许用标准 （DD）；第三，法国压水堆核电站核岛设备建造规范中RCC-M3319“用于1，2，3级设备热交换器的不添加填充金属焊接的奥氏体不锈钢卷焊管以及卷焊后的拔制管”即为0.8～2.0 mm壁厚的直管和U形管，不仅可用于核电站核岛2级设备中的冷凝器，而且也可用于核岛内（1级）设备。

以上说明不锈钢焊管是国际上早已肯定的凝汽器和给水加热器用管材的可靠制造方法。

（4）表2和表3所列还说明铁素体不锈钢也是冷凝器和给水加热器值得考虑选择的，特别是表3中所列S44735和S44660为代表所谓第三代铁素体不锈钢，它们的特点是低碳控氮或含Nb+Ti、高Cr低Ni并含Mo(3.5%～4.2%)， 其原料成本远低于N08366之类的高Ni奥氏体不锈钢，耐蚀性能却相近（见表4），是直接用海水作为冷凝器冷却粗水的电站凝汽器中采用。这些SA803/SA803M标准中的主导钢种值得关注。

表2 美标中冷凝器和给水加热器用管材标准汇总

表3 电站凝汽器发生过的腐蚀案例及相关材质汇总⑧

表4 冷凝器和给水加热器用不锈钢管美标优选钢种化学成分

续表4

（未完待续）

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