氯离子对电站常用金属材料腐蚀行为的影响解析

贺利锋

（西安核设备有限公司，陕西 西安 710021）

电站有较多的金属设备，而且金属材料种类较多，例如，包括碳钢和低合金钢以及不锈钢等，本文主要分析常温工作状态中氯离子的金属材料腐蚀影响规律，为电站机组停运保养工作提供参考。

1 概述金属腐蚀的基础理论

1.1 大气腐蚀

大气腐蚀是金属材料腐蚀的常见形式，因为环境的影响，将会腐蚀电解质液膜，从而产生大气腐蚀，从而增加经济损失。大气腐蚀主要是在电解液薄膜下产生微电池，从而产生电化学腐蚀。因为环境温湿度和污染物的影响，将会在金属材料表面产生物理吸附和化学凝聚等问题，最终会产生薄液膜，最终引发金属电化学腐蚀问题。在形成液膜的过程中，空气中的可溶性气体将会被溶解，从而产生各种电解质液膜，同时产生的可溶性化学活性物将会改变溶液性质，从而引发腐蚀问题。在沉降和吸收污染性气体的时候，将会酸化金属表面的电解液层，改变环境温湿度后，将会改变含有盐类和可溶性化学介质的液体，同时在溶液中将会改变PH 值和O2等反应活性物质，腐蚀反应的物质传递过程因此发生改变。

1.2 环境影响因素

环境气氛种类和温度以及相对湿度等参数直接影响大气腐蚀速率，分析环境因素的影响，需要分析环境气象因素和各种腐蚀介质的协同效应。金属大气腐蚀的环境影响因素主要包括温湿度和降雨量以及日照强度等，不同地区在季节变化过程中，金属腐蚀的变化比较明显，而且具备周期性特征。

1.3 腐蚀产物

在金属表面堆积金属腐蚀形成的腐蚀产物，后续的腐蚀速度也会受到影响。腐蚀产物的种类和形貌状态等直接关系到保护性，例如，铝的氧化膜具有较高的致密性，可以降低腐蚀速度。但是，会加速腐蚀一些金属的腐蚀产物，例如，因为蓬松结构会增加初期腐蚀产物的反应面积。

2 概述电站常用金属材料腐蚀行为

2.1 做好电站常用金属材料腐蚀行为控制工作的重要性

在电站行业中普遍存在腐蚀性介质，因此，电力生产过程中各种设备很容易接触腐蚀性介质，从而引发腐蚀问题，而且电站的温度和压力等条件需要符合相关要求，否则，将会加剧腐蚀问题。如果电站设备发生腐蚀问题，将会直接影响使用寿命和维修周期以及生产效率等，同时会增加生产成本。

2.2 腐蚀原因

（1）内部原因。①电站设备利用活泼性金属，因此，很容易和外界物质发生反应。②电站生产环境比较复杂，因此很容易腐蚀很多金属材料，而且在特定条件下金属材料很容易产生反应。③在同一环境下，不同金属材料具有不同的抗腐蚀能力，材料本身性质和外界环境的活跃度发挥着重要的影响。④管理人员的设备维护和保养工作直接关系到金属设备的金属材料抗腐蚀能力，通过定期保养设备，可以使设备抗腐蚀能力因此提高。

（2）外部原因。外界物质的介入直接关系到电站金属腐蚀，在化工生产过程中需要投入较多的生产原料，这些原料如果具备强腐蚀性特征，将会腐蚀金属设备。虽然一些原料并不具备强烈的腐蚀性，但是经过化学反应，将会转变为强腐蚀性的物质，在高温和高压作业条件中，设备介质可能会发生移动，进一步扩大腐蚀面积。

2.3 设备常用金属材料防腐的不足之处

（1）腐蚀结构工艺不合理。结构工艺直接影响设备防腐蚀性能，因此，需要合理选择防腐工艺，合理实际工作的不足之处。一些金属材料防腐工作中缺乏针对性的控制策略，尤其不够关注氧化腐蚀和缝隙腐蚀等，没有结合工作需求采取合理的控制方案，从而加剧腐蚀问题，并且会带来严重的影响。

（2）设备材料不合理。在选择防腐蚀技术的时候，因为没有科学的分析材料因素，不利于合理管控金属材料，影响到材料选择的科学性。一些设备选择利用碳素钢，因为没有详细判断主体优势，而且没有关注一些材料成本，随后影响后续使用效果。需要进一步分析电站常用金属材料腐蚀行为，但是这一工作具有较大的难度，一些人员不够重视基本工作，从而引发大面积的腐蚀问题，不利于保障工作效果。此外，在选择一些材料的时候没有分析高浓度腐蚀物质的危害性，同时没有具体性总结腐蚀性因素，从而产生很多酸性介质，不利于正常性地使用设备，最终逐渐加剧腐蚀问题。选择某些材料的时候，工作人员忽视了机械表面防腐技术，出现了漆膜脱落等问题，弱化了整体工作效果。

（3）不够关注外部力量。设备是电站工作的基础，因此，需要重视设备防腐工作，这就需要合理选择防腐蚀技术。但是，在实际工作中更加重视腐蚀性物质化学成分，没有详细分析外部力量，不利于完善设备金属材料的预防性措施，不利于推进基本控制工作。

3 氯离子对电站常用金属材料腐蚀行为的影响

3.1 碳钢在氯离子环境中的腐蚀行为

在电站锅炉热力设备中广泛利用碳钢，在机组停运过程中，热力设备缺乏充足的内排水，同时会引入外界空气，或者在金属表面形成水膜，共同发挥出溶解氧和杂质离子的作用，将会产生腐蚀问题，提高水自动杂质离子浓度之后，将会提高整体腐蚀速度。

在含氯离子环境中，碳钢很容易产生腐蚀机理，在含氯离子环境中，碳钢很容易产生各种锈蚀产物，例如，包括Fe304和γ-FeOO 等，因为腐蚀产物具有较大的颗粒，整体结构非常疏松，在使用后期很容易发生脱落问题，不利于发挥出腐蚀层的作用，同时会保持稳定性的腐蚀速率。

分析中性水中氯离子的碳钢腐蚀行为，可以确定溶液氯离子含量不会影响碳钢均匀腐蚀，即使显著提高氯离子质量浓度，也不会显著改变碳钢的平均腐蚀速率。提高室温温度，将会提高腐蚀速度。

分析Q235 碳钢在海洋工业大气环境中的腐蚀行为，在薄液膜下，Q235 碳钢将会产生腐蚀问题，将会形成水解产物层，如果氯离子含量超过一定浓度值，将会产生β-FeOOH。延长腐蚀时间后，将会导致基体表面腐蚀产物分层，外锈层将会产生大量的孔洞，内锈层具有较高的致密性，不利于渗透氧和腐蚀性介质。大气中的氯离子通过内锈层后将会腐蚀基体表面，液膜的导电性因此，加剧腐蚀微电池，同时会进一步溶解Fe(OH)2，导致致密的内锈层被破坏，加剧腐蚀问题。

在常温条件中碳钢中夹杂物可能会引发点蚀问题，在钢基体和夹杂物的交界面不会发挥出钝化膜的保护作用，达到点蚀电位后，将会损坏钝化膜，同时会溶解铁基体，因为铁离子的水解酸化作用，将会不断溶解杂物周围的钝化膜，最终产生腐蚀斑。溶液中的侵蚀性氯离子将会促进点蚀发展，而且钢的点蚀点位将会不断降低。

在氯离子环境中，碳钢腐蚀行为主要包括均匀性腐蚀和点蚀，溶液中的氯离子含量不会影响碳钢的均匀腐蚀，但是，溶液中的氯离子将会诱发点蚀问题，同时会降低碳钢点蚀电位。水中的溶解氧和碳钢夹杂物将会引发点蚀问题，因此仅仅降低氯离子含量，无法彻底规避碳钢点蚀问题。

3.2 分析低合金钢在氯离子环境中的腐蚀行为

低合金钢以碳钢为基础进一步改善碳钢性能，通过合理加入不同的合金元素，形成的一种合金钢。通常是在电站水冷壁和低温过热器等设备中广泛利用低合金钢材料。通过研究低温再热器的腐蚀行为，确定低温再热器入口管发生腐蚀问题主要是因为停用期间出现了氧溶解腐蚀问题，这是因为凝结水和水中的氧溶解将会引发腐蚀问题，因为凝结水的腐蚀性阴离子将会加剧腐蚀发展。因为金属基体的电极电位比较低，增加了阴阳极的电位差，从而产生腐蚀电池，凝结水的溶解氧可以发挥出腐蚀去极化剂的作用，不断失去金属基体的电子，推动电池反应。为了平衡局部区域的电离，向腐蚀点中迁移凝结水中的腐蚀性阴离子，进一步溶解腐蚀点。通过控制凝结水，并且控制系统氧含量，避免在低温再热器的入口部位发生腐蚀问题。

总之，在氯离子环境中低合金钢腐蚀的主要诱因是凝结水和水中的溶解氧，在常温状态中，如果同时存在凝结水和溶解氧，将会在金属表面产生外锈层和内锈层，可以发挥出内锈层的保护作用，但是，在内锈层底部迁移腐蚀性氯离子，将会进一步溶解金属基体。

3.3 不锈钢在氯离子环境中的腐蚀行为

在电站锅炉换热器和再热器等设备中广泛利用不锈钢，在含氯离子环境中，不锈钢腐蚀影响因素较多，例如，氯离子活化作用将会破坏不锈钢氧化膜。因为氯离子的半径比较小，而且具有很强的穿透能力，将会穿透氧化膜，接触金属表面后形成可溶性的化合物，因此改变氧化膜的结构。因为金属很容易吸附氯离子，因为同时排掉金属表面的氧，减少了膜中的钝化离子，从而产生氯化物。

不锈钢具备显著的耐蚀性，这是因为不锈钢的钝化膜可以控制金属反应能力，在含氯离子环境中，不锈钢不会发生均匀性腐蚀问题，主要是发生点蚀或者应力腐蚀等问题。通过分析可以确定，严格控制不锈钢接触溶液介质的氯离子含量，有利于控制腐蚀问题。

3.4 金属材料在氯离子环境中的腐蚀控制

综上所述，碳钢和低合金钢在停用过程中，凝结水和水中溶解氧是腐蚀问题的主要影响因素，腐蚀性氯离子很容易破坏内锈层，可以进一步溶解金属基体。不锈钢发生腐蚀问题的主要原因是表面溶液中的浓缩氯离子，显著增加了氯离子浓度，并且超过了规定值。

电站机组系统结构非常复杂，在停运过程中很难将内存水和蒸汽排除干净，将会在局部产生积水，挥发碱性物质后，将会降低积水的Ph 值，同时析出金属表面的腐蚀性阴离子，因此浓缩水中的阴离子。结合电站锅炉特征，很难控制设备底部积水和金属表面的液膜氯离子，而且在不同环境中，不同金属材料提出不同的氯离子腐蚀性要求，因此很难通过控制氯离子浓度来规避腐蚀问题。

电站金属材料发生腐蚀问题是因为凝结水的作用，因此需要控制凝结水的产生，避免发生腐蚀问题。可以利用有机胺停用保护剂，因此在碳钢表面形成保护膜，降低腐蚀速率，避免凝结水接触金属表面。通过分析确定控制空气湿度在40%范围内，有利于规避腐蚀问题，利用成膜胺物质可以在金属表面成膜，从而发挥出保护作用。总之，可以采取以下防腐措施。

（1）减少水中的溶解氧含量，也可以向系统中加入还原性保护液。

（2）在金属表面形成保护膜，可以有效规避电化学腐蚀。

（3）彻底排出系统中的水分，提高系统金属内壁的干燥性，合理降低系统湿度，进一步提高安全水平。

通过降低氯离子含量，很难控制电站金属腐蚀，因为氯离子并不是碳钢和低合金钢的腐蚀必要条件。为了合理控制电站金属材料的腐蚀问题，一方面，需要控制空气湿度；另一方面，需要在金属表面成膜，有效隔绝空气。

4 结语

综上所述，碳钢和合金钢发生腐蚀问题主要是因为凝结水和溶解氧的影响，腐蚀性氯离子很容易破坏内锈层，将会进一步溶解金属基体。而不锈钢材料发生腐蚀问题主要是因为浓缩了表面溶液中的氯离子，导致氯离子含量超过了特定值。通过控制氯离子含量，不利于有效控制金属材料腐蚀问题，需要降低空气中的湿度，或者在金属表面成膜，有效隔绝空气和金属，优化电站技术材料的防腐性。