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不锈钢水管腐蚀机理、发生原因和维护处理方法

所属分类:行业动态    发布时间: 2022-04-15    作者:秦西盟
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不锈钢材料具有抵抗大气氧化的能力---即不锈性,同时也具有在含酸、碱、盐的介质中耐腐蚀的能力---即耐蚀性。虽然不锈钢耐腐蚀性良好,但不是不生锈,如果长期裸露在腐蚀环境中,.终还是会被腐蚀。因此了解不锈钢的腐蚀机理、发生原因和维护处理方法就尤为重要。

一、腐蚀机理

Cr 和Ni 是不锈钢获得耐腐蚀性能.主要的合金元素。当钢材中的Cr含量超过10.5%时,钢在大气中基本不会生锈。这是因为Cr 和Ni 使不锈钢和空气中的氧生成一层十分致密的氧化膜,使不锈钢钝化,降低了不锈钢材料在氧化性介质中的腐蚀速度,使不锈钢的耐腐蚀性能提高,而S30408、S31603的材料的Cr含量在16%以上,耐蚀性能也相应的得到了提高。

当管材处于杂散电流或酸碱盐腐蚀环境中时,材料本身自钝化的速度低于被腐蚀的速度时,随着时间的作用,便出现材料被破坏的现象。


二. 不锈钢腐蚀的类型、发生原因和处理方法

2.1 表面腐蚀:

2.1.1 主要特点:不锈钢裸露表面发生大面积的较为均匀的腐蚀,虽降低产品受力有效面积及其使用寿命,但比局部腐蚀的危害性小。

2.1.2 常见发生原因:

(1) 钜恒源不锈钢表面有其他金属元素(如铁质材料)的粉尘或颗粒附着,在潮湿的空气中,附着物与不锈钢间的冷凝水,将二者连成一个微电池,引发电化学腐蚀;

(2) 不锈钢表面粘附含有酸、碱、盐类物质(如装修墙壁的碱水、石灰水、其它装修材料、有机物汁液或使用有害介质的薄膜和材料包裹),长时间形成金属表面的腐蚀;

(3) 在有污染的空气中(如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮、盐类物质的大气 ),遇冷凝水,形成硫酸、硝酸、醋酸液点等,引起化学腐蚀;

(4) 割渣、飞溅等易生锈物质的附着或击伤表面钝化层造成的腐蚀。

2.1.3 建议处理方案

(1) 保持不锈钢表面的洁净,如发现有污染物质和颜色暗淡现象发生,应及时进行清理;

(2) 对出现轻度腐蚀的部位,先清除污锈,使用钝化膏溶液或喷雾涂抹,10秒后再用清水进行清洗,使不锈钢表面重新形成钝化膜。其它不锈钢清洁剂亦可;

(3) 对出现严重腐蚀的管道,需及时进行更换。

2.2 点腐蚀、堆蚀

2.2.1主要特点:

(1) 点腐蚀主要特点: 金属表面钝化膜受到局部损坏而造成的,点腐蚀形成后能迅速地向深处发展,.后穿透金属。危害性非常大。材料表面有金属类夹杂物或氯离子时都可引起点腐蚀;

(2) 堆蚀主要特点: 当管内水长时间处于低流速或静止状态时,管道中的铁屑、细微泥沙、金属夹杂物等在管壁位置长时间静止,并逐渐沉积在管连接处和水流下方,逐渐腐蚀堆积。

2.2.2 常见发生原因

(1) 采用地下井水、山泉水、河水和海水(Cl-氯离子含量约19000ppm)对管道进行试压和清洗,这类水源中含有大量的金属矿物质、细微泥沙及Cl-氯离子、SO2-硫酸根离子, 一方面管道中的铁屑、细微泥沙、金属夹杂物等在管壁位置长时间静止,并逐渐沉积在管壁而形成污垢。由表面污垢隔离形成了管内壁闭塞区,在闭塞区内氧的还原反应停止。经过长时间积聚、停留,破坏了钢材表面的钝化膜,形成堆蚀;另一方面由于氯离子半径小,穿透能力强,很容易穿透氧化膜到达不锈钢表面,并与金属形成可溶性化合物,使氧化膜发生变化产生点腐蚀。

(2) 管道在安装完成之后,未按照规范对管道进行清洗,管道长时间静止,导致管道在安装时产生的金属铁屑、水泥和污物滞留在管内,成为腐蚀发生的必然因素。

2.2.3 建议解决方案

(1) 对已出现腐蚀的部位,立即进行更换处理;

(2) 对管子进行冲洗,流速.好在1米/秒以上,将管道在安装时残留的金属粉末及污物排出管内;

(3) 管道试压和清洗的水源应取用市政生活饮用水,不能采用自取的地下井水、河道水和海水;

(4) 管道清洗、试压完毕后,应排除管内积水,若管内积水无法排尽时,应设法使管道系统至少每周通水循环一次。

2.3 应力腐蚀

2.3.1主要特点:金属在腐蚀介质及拉应力外加应力或内应力的共同作用下产生破裂现象。断裂方式主要是沿晶的或穿晶的龟裂纹,在氯化和碱性氛氧化物或其它水溶性介质中常发生,发生概率较小,但危害巨大。

2.3.2 常见发生原因

(1) 应力来源一般为加工残余应力、焊接残余应力、操作时热应力、操作时加工应力等,从图片上看,龟裂纹处靠近焊接口,可能存在焊接残余应力、操作时热应力、操作时加工应力等;

(2) 304奥氏体不锈钢常见的应力腐蚀介质为氯化物,氢氧化纳,硫酸等,温度每提高15~20℃,腐蚀速率加倍。

2.3.3建议解决方案

(1) 已出现腐蚀的部位,应立即进行更换处理;

(2) 使用资质优良的施工单位,在焊接和装配过程中,应尽量避免产生残余拉应力,尽量使用结构具有.小的应力集中系数,并使其与介质接触部分具有.小的残余拉应力;

(3) 选择一些抗应力腐蚀较强的不锈钢产品,如钜恒源316L等高铬镍素体钢或经过固溶处理后的不锈钢产品;

(4) 如果水中的特定介质不影响使用,除去这些杂质就是有效的控制方法,严格控制水中氯、纳化物含量;

(5) 管道清洗、试压完毕后,应排除管内积水,若管内积水无法排尽时,应设法使道系统至少每周通水循环一次,使缝隙死角等处有害杂质迁移。

2.4保温层下腐蚀

2.4.1主要特点:是指外部被保温层覆盖的管道或设备,由于水分和腐蚀性物质的进入而发生的腐蚀现象,常引发生表面均匀腐蚀和点腐蚀,由于外层保温材料的存在,具有较强的隐蔽性且难以检测,往往很难在..时间察觉,容易引起突发的严重泄漏事故。

2.4.2 常见发生原因

(1) 使用含有害介质的保温材料或吸水性保温材料,导致水分渗入保温层形成电解质溶液,特别是局部酸性环境的形成,导致不锈钢管道的腐蚀和失效;

(2) 管道埋地敷设时,未按照规范采用涂裹防腐绝缘层或电化学的防腐方法进行外防腐,导致管道接触泥土中的金属铁屑、污物及其它化学成份,成为腐蚀发生的必然因素;

(3) 由于管道外层的保温柔材料和泥土形成闭塞区,在闭塞区内氧的浓度大幅度降低,氧的还原反应停止。随着土壤中的CL-和SO2-在缝隙间的长时间积聚、停留,而破坏了钢材表面的钝化膜,.终导致腐蚀产生。

2.4.3建议解决方案

(1) 对已出现点腐蚀穿孔的部位,立即进行更换处理;

(2) 管道表面出现轻度腐蚀可使用钝化膏除锈,并用清水冲洗;

(3) 使用正规产家生产的非吸水性保温材料;

(4) 管道埋地敷时,使用涂裹防腐绝缘层或电化学的防腐方法进行外防腐。如环氧酚醛有有机涂层,热喷涂技术 (TSA),纳米涂层等。

附:参考文献:

(一) CECS 153-2003 《建筑给水薄壁不锈钢管管道工程技术规程》第5.2.9项,第5.4.2项,第6.0.3项,第6.0.4项等

(二) GB50235-97 《工业金属管道工程施工及验收规范》第5.2.9项,第8.2.2项,第8.2.6项等

(三) Nickel Institute技术资料 **0087中规定,水压试验后或关闭时应迅速彻底地排净水,如系统必须充满水时应每周至少循环一次。

(四) 10S407-2 《建筑给水薄壁不锈钢管道安装》

(五) CECS227:2010 《建筑给水排水薄壁不锈钢管连接技术规程》

(六) CJJ/T154-2011 《建筑给水金属管道工程技术规程》

(七) GB/T29038-2012 《薄壁不锈钢管道技术规范》

(八) 左景伊 《应力腐蚀破裂》 西安交通大学出版社

(九) 陆世英等 《不锈钢应力腐蚀事故分析与耐应力腐蚀不锈钢》 原子能出版社

(十) [日]小若正伦 《金属的腐蚀破坏与防蚀技术》 化学工业出版社

(十一)《腐蚀科学与防护技术》2014, 26(2): 167-172 保温层下腐蚀防护的研究现状 吕晓亮, 唐建群

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