廠房通風管道腐蝕原因分析與對策

采用鍍鋅碳鋼作為廠房通風風管材料時，局部區域會發生優先腐蝕，從而導致風管失效，根據現場情況調查并進行分析，研究表明局部區域氣壓變化導致空氣中水分在局部區域凝結，空氣中氯離子在凝結水中聚集，導致局部腐蝕速度遠大于一般大氣腐蝕速度。可以通過在局部有凝結水區域采用耐蝕性更好的材料代替鍍鋅碳鋼以延長風管整體壽命。

0　前言

核電站通風系統主要功能是為各廠房通風散熱，由風機房內的風機及分布在廠房內的通風管道組成，國內某核電站通風管道采用鍍鋅鋼板，隨著服役年限延長部分區域出現腐蝕情況，且由于腐蝕及設計不足多次出現脫落問題，該系統雖與核安全無關，但腐蝕脫落會帶來工業安全問題，因此有必要對風管腐蝕特點、原因進行分析并給出解決方案，同時匯總結構設計不足問題及應對措施，可為現役電站糾正維修及新建電站通風系統設計提供指引。

1　腐蝕特征與原因分析

1.1 通風管道中風管腐蝕特征調查

從電站維修管理系統中查閱歷史風管腐蝕相關事件，對腐蝕部位類型進行統計，主要包括六類：風門前后(相連風管、鉚釘、風門)、風管轉向位置(彎頭、導風裝置)、風機出口風管、風門本體及內部組件、過濾器前后，各腐蝕類型在調查的兩座核電站主要分布情況如圖1所示，該結果與現場調查結果一致，其中風機出口、風門及前后風管、風管改變方向(靠近風機出口)位置是最主要的腐蝕失效部位。

圖1　歷史腐蝕部位分類分布圖

1.2　腐蝕原因分析

鋅在室外海洋大氣環境中均勻腐蝕速率約為0.5～8μm/年，與碳鋼材料相比，在大多數環境中鍍鋅層腐蝕速度平均比碳鋼低22倍，且均大于10倍，因此選擇鍍鋅層作為風管材料防腐層的設計是合理的。然而現場的鍍鋅層卻在局部位置快速腐蝕，導致風管腐蝕不可用，結合現場風管腐蝕調查結果，風機出口、風門及前后風管、風管改變方向(靠近風機出口)位置是腐蝕敏感部位，這些位置的共同點主要表現在該區域氣體壓力發生明顯變化，風機出口由于風機提供動能導致風壓升高，風管轉向位置、風門等有阻擋作用位置，風在風門表面、風管轉向位置由于阻擋作用風速降低，根據流體能量守恒，流體動能降低時其靜壓能升高，即此位置均存在風壓力升高，導致空氣中的水蒸汽分壓升高，當水蒸汽分壓超過形成凝結水，而空氣中氯離子溶解于水中形成侵蝕性環境。鋅在含有氯離子的水溶液介質中典型腐蝕速度為20～70μm/年，遠遠高于大氣環境中十倍以上，而風管鍍鋅層厚度僅20μm，將在短時間內消耗，無法起到保護作用。

凝結水在上述位置產生的原因如下：

風壓由空氣分壓和水蒸氣分壓組成，即：

Pwind

o=PAiro+PWatero

此溫度下水對應飽和蒸汽壓為Pt1,Water;

此時濕度為：ηt1o=PWatero/ Pt1,Water;

當風壓升高時Pwind=PAiro+ΔPAir+PWatero+ΔPWater;

此時濕度升高：ηt1=(PWatero+ΔPWater)/ Pt1,Water>ηo，當超過100%時產生凝結水;

汽機廠房溫度高于外部，當風進入風管后不斷被加熱，此時對應溫度下水飽和蒸汽壓升高，即Pt2,水>Pt1,水;

濕度為：ηt2=(PWatero+ΔPWater)/ Pt2<ηt1，隨溫度升高不斷減小，直至不在產生凝結水。

依據上述分析，水凝結將發生在風機出口、風門前后、風向改變位置，隨風管深入汽機廠房越遠，凝結水/腐蝕發生頻率、嚴重程度降低，與現場觀察到結果完全一致。

1.3　腐蝕模式

通風管道中風管中輸送的介質是來自于室外的高濕度、高鹽份的空氣，同時局部存在上述描述的凝結水環境，風管材料在這些環境中主要表現為陰極吸氧去極化控制的電化學腐蝕，腐蝕形式上有均勻腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕。

鍍鋅層在大氣環境和凝結水中表現為均勻腐蝕，但在有凝結水環境腐蝕速度顯著增大，因此現場易產生凝結水的位置鍍鋅層很快消耗完，碳鋼開始腐蝕，如圖2所示。當鍍鋅層消耗至出現局部基體鐵裸露時，碳鋼與鍍鋅層出現電偶腐蝕。在風管材料連接部位，采用搭接方式錨固，從而有縫隙存在，當處于干燥環境時，空氣中氯離子及濕氣并不容易進入縫隙，不會發生嚴重腐蝕，但當存在凝結水時，含氯離子的凝結水進入縫隙，促進了縫隙腐蝕發生，其腐蝕速度遠大于均勻腐蝕，如圖3所示。

圖2　鍍鋅碳鋼風管均勻腐蝕

圖3　風管搭接位置縫隙腐蝕

風管材料之間通過鉚接方式連接，所采用的鉚釘材質為工業純鋁，當鍍鋅層在風管制作過程中破損或因腐蝕消耗完時，鉚釘會與鐵基體發生電偶腐蝕，如圖4所示，且在有凝結水環境時電偶腐蝕效應會加劇，使得鉚釘被迅速消耗，從而導致連接強度不足，連接構件脫落，如風門脫落，風管連接部位脫落等現象發生，是腐蝕掉落的主要原因之一。

圖4　鉚釘腐蝕

2　結論

通風管道中風管發生腐蝕而提前失效主要原因來自于凝結水的產生，在凝結水產生的風管段原有的鍍鋅碳鋼已經無法滿足實際需求，因此在這些部位建議采取加強防腐措施，可考慮更換材質有316L不銹鋼或玻璃纖維增強聚合物風管。

如使用316L不銹鋼作為風管材料，凡焊接、機械加工位置都建議做鈍化處理，如不進行酸洗鈍化處理，不銹鋼材質風管部位焊接區域仍存在腐蝕。玻璃纖維增強聚合物風管防腐效果優良，質量較輕，推薦在凝結水產生區域使用，從現場酸堿環境原本使用玻璃纖維增強聚合物風管區域看，基本無腐蝕問題，且后期維護工作少。