何德孚，王晶瀅,2

（1.上海久立工貿(mào)發(fā)展有限責(zé)任公司，上海 200135；2.浙江德傳管業(yè)有限公司，浙江 湖州 313105）

《焊管》期刊2012年第8期中刊載了“某國(guó)產(chǎn)凝汽器不銹鋼焊管耐點(diǎn)蝕性的研究”—文[1]，作者就灌水試驗(yàn)時(shí)發(fā)生泄漏事件進(jìn)行了探索研究，試圖尋找事故原因。雖然文中討論尚有一些不足，但作者這種從實(shí)際事例出發(fā)進(jìn)行試驗(yàn)研究的膽識(shí)和勇氣值得稱贊和倡導(dǎo)。通過(guò)學(xué)術(shù)期刊進(jìn)行不同學(xué)術(shù)角度的商討有助于促進(jìn)我國(guó)焊管技術(shù)水準(zhǔn)提高，值得提倡。

不銹鋼焊管的腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的課題，它既和不銹鋼管的材質(zhì)或化學(xué)成分有關(guān)，又與其制造過(guò)程所決定的微觀組織狀態(tài)和表面精整質(zhì)量密切相關(guān)，還在很大程度上取決于應(yīng)用時(shí)的環(huán)境或介質(zhì)條件，其中包括貯運(yùn)、再加工過(guò)程中可能接觸的介質(zhì)及環(huán)境條件。因此耐蝕性不僅是簡(jiǎn)單的“材料特性”，更是一種復(fù)雜的“材質(zhì)-加工-使用環(huán)境所構(gòu)成的系統(tǒng)性能”[2]。筆者試圖通過(guò)美歐相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)資料所概括的經(jīng)驗(yàn)，并聯(lián)系外鑒報(bào)告分析國(guó)內(nèi)高端不銹鋼焊管制造技術(shù)和質(zhì)量控制中存在的問(wèn)題，以對(duì)文獻(xiàn)[1]所述作些補(bǔ)充或修正。筆者還分析了我國(guó)目前不銹鋼消費(fèi)結(jié)構(gòu)，并介紹了國(guó)外研究者對(duì)兩個(gè)冷凝器泄漏失效實(shí)例的解剖分析。借以指明擴(kuò)展不銹鋼焊管高端應(yīng)用的迫切性及應(yīng)力腐蝕和高溫蒸汽的沖刷磨蝕是泄漏失效的起因。材質(zhì)雖不是此類泄漏事故的唯一決定因素，但304鋼管也并非凝汽器理想選材。本研究所述若有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

1 亟待改善的我國(guó)不銹鋼（管）消費(fèi)結(jié)構(gòu)

近十年，我國(guó)的不銹鋼和不銹鋼管產(chǎn)量都有了飛速發(fā)展，2013年我國(guó)不銹鋼粗鋼的產(chǎn)量已經(jīng)突破了1 800萬(wàn)t，不銹鋼管產(chǎn)量約為 （150～200）萬(wàn)t，其中焊管在100萬(wàn)t以上。我國(guó)不銹鋼消費(fèi)結(jié)構(gòu)狀況及與美國(guó)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，低端應(yīng)用遠(yuǎn)高于高端，且在最近8年里，石化、動(dòng)力和醫(yī)藥食品領(lǐng)域的高端應(yīng)用比例顯著下降，建筑裝飾的應(yīng)用卻呈上升態(tài)勢(shì)，是美國(guó)1998年的4倍，這反映出我國(guó)大量增產(chǎn)的不銹鋼及不銹鋼管中有不少是低端產(chǎn)品。在不銹鋼管產(chǎn)品進(jìn)出口流量中，雖然我國(guó)每年以每噸6 000美元的低價(jià)出口（30～40）萬(wàn)t，但卻以約3倍高價(jià)進(jìn)口不銹鋼管（3～4）萬(wàn)t[3]。出口數(shù)量大，進(jìn)口數(shù)量相對(duì)減少，就導(dǎo)致我國(guó)不銹鋼消費(fèi)結(jié)構(gòu)愈趨低端化，這種趨勢(shì)極需扭轉(zhuǎn)。本研究所涉及凝汽器和給水加熱器用不銹鋼焊管就是一個(gè)有待攻克的重要領(lǐng)域。

表1 我國(guó)不銹鋼消費(fèi)結(jié)構(gòu)狀況及美國(guó)對(duì)比①

2 冷凝器、給水加熱器管選材演變及其動(dòng)力

圖1 超臨界發(fā)電機(jī)組中的鍋爐過(guò)熱器、再熱器和凝汽器、送水加熱器

冷凝器（condenser）是指以水蒸汽和冷卻水為熱交換兩相的換熱器。在電站設(shè)備中也常被稱為凝汽器，它和除氧器、給水加熱器均屬于汽輪機(jī)的汽水系統(tǒng)（如圖1所示）[5]，送出的熱水將進(jìn)入鍋爐，目的都是為了提高發(fā)電機(jī)組的效率。在現(xiàn)代超臨界或超超臨界大型發(fā)電機(jī)組中，它們可使效率提高到40%～45%以上，對(duì)節(jié)能和減排有十分重要的作用。另一方面凝汽器又是在苛刻腐蝕環(huán)境下工作的組件，冷凝管泄漏或空氣滲入會(huì)影響其他相關(guān)組件——燃燒鍋爐或核蒸汽發(fā)生器、低壓蒸汽輪機(jī)及給水加熱器，許多腐蝕問(wèn)題都已追索到凝汽器的滲漏及隨后發(fā)生的冷凝蒸汽受冷卻粗水和空氣的沾污有關(guān)。而大多數(shù)的凝汽器滲漏又都是由局部腐蝕，即孔蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及氫脆、蒸汽沖刷引起的磨蝕等造成的。不過(guò)也有一些滲漏可能純粹是由外物沖擊等機(jī)械原因或制造質(zhì)量不高造成的[5]。文獻(xiàn)[1]所涉事故應(yīng)首先追究所采用的304L焊管制造質(zhì)量，如果不排除焊管制造質(zhì)量就針對(duì)國(guó)產(chǎn)管材質(zhì)耐蝕性的結(jié)果，只能導(dǎo)致文獻(xiàn) [1]所得結(jié)論似是而非，并可能傷及無(wú)辜。

美標(biāo)（ASTM及ASME）中涉及冷凝器用管材標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)20項(xiàng)，其中15項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)名稱含有冷凝器用管，另有5項(xiàng)在其范圍中明確指明可用于冷凝器管，還有3項(xiàng)為給水加熱器用管（見(jiàn)表2[6-7]），后者也是以蒸汽和水為熱交換兩相的換熱器，只是結(jié)構(gòu)和目的略有差異，工作原理和腐蝕問(wèn)題都十分相近（見(jiàn)表3[5]）。因此文獻(xiàn)[5]把兩者列在同一章，其中還包括除氧器（deaerator）。

由表2和表3可以得出以下結(jié)論：

（1）冷凝器用管材材質(zhì)經(jīng)歷了長(zhǎng)期實(shí)際應(yīng)用和廣泛的演變，冷凝器使用過(guò)程中不斷發(fā)生的各種事故或腐蝕問(wèn)題，尋求更優(yōu)良抗蝕材料以延長(zhǎng)冷凝器使用壽命及系統(tǒng)工作可靠性是推動(dòng)這種演變的動(dòng)力。這一演變尚在繼續(xù)，但從已有經(jīng)驗(yàn)可以看出：Ni含量高于25%～35%的超級(jí)奧氏體不銹鋼，即美標(biāo)中N08XXX系列奧氏體鋼及Ni-Fe-Cr-Mo合金，鎳銅合金和工業(yè)純鈦都是理想選材，只是這些材料成本均十分高昂，因此像304和316這些普通奧氏體鋼管在我國(guó)及一些發(fā)展中國(guó)家還在采用 （表2中凡是同時(shí)為ASTM和ASME及DD標(biāo)準(zhǔn)的都是比較成熟或曾經(jīng)廣泛應(yīng)用的選材，如果僅為ASTM標(biāo)準(zhǔn)則成熟度不高或應(yīng)用尚不廣泛）。

（2）A213/A213M和SA213/SA213M標(biāo)準(zhǔn)名稱和應(yīng)用范圍均不包含冷凝器。其所指鍋爐管、過(guò)熱器和再熱器均是以水或蒸汽（內(nèi)壁）和燃煤氣體 （外壁）為熱交換兩相的換熱器，雖然其內(nèi)壁工作環(huán)境或腐蝕問(wèn)題與凝汽器或給水加熱器有相似之處，但其外壁高溫燃?xì)馑鶝Q定的介質(zhì)環(huán)境條件是其腐蝕問(wèn)題的關(guān)鍵或主流[5]，它們的壁厚都比較大，腐蝕及防蝕設(shè)計(jì)原則有很大不同。筆者認(rèn)為，A213/A213M/SA213/SA213M標(biāo)準(zhǔn)并不完全適合冷凝器和給水加熱器用不銹鋼管，特別是要求更高的電廠凝汽器用管。這就是說(shuō)文獻(xiàn) [1]中把符合該標(biāo)準(zhǔn)的304鋼管作為冷凝器用304L焊管為對(duì)比標(biāo)樣的設(shè)定本身也未必恰當(dāng)。

（3）美標(biāo)中只有3項(xiàng)不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)名稱中明確可以用作冷凝器管，即B163/SB163，A249/A249M/SA249/SA249M 和 A1012（見(jiàn)表 2）。 加上兩項(xiàng)給水加熱器用不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)一共5項(xiàng)，其中A1012/A1012M至今尚未被ASME B&PVC認(rèn)定。值得注意的是：第一，2012年以前上述4項(xiàng)用于制造冷凝器和給水加熱器的不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中有3項(xiàng)都是焊管標(biāo)準(zhǔn)，原因是文獻(xiàn) [6]中指出的“焊管是獲得優(yōu)質(zhì)熱交換器用不銹鋼管所需均勻壁厚的最佳途徑”。2012年兩項(xiàng)給水加熱器用不銹鋼管補(bǔ)入了無(wú)縫管制造方法?；蛟S反映出后者近幾年在壁厚均勻性已有明顯進(jìn)步，但也意味對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量的更高要求。但這一更改尚未獲得ASME認(rèn)可。見(jiàn)表2注①；第二，直到目前為止，以上4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中只有SA249/SA249M，同時(shí)為美國(guó)能源部核工程標(biāo)準(zhǔn) （USDOE-NE）及美國(guó)國(guó)防部機(jī)構(gòu)許用標(biāo)準(zhǔn) （DD）；第三，法國(guó)壓水堆核電站核島設(shè)備建造規(guī)范中RCC-M3319“用于1，2，3級(jí)設(shè)備熱交換器的不添加填充金屬焊接的奧氏體不銹鋼卷焊管以及卷焊后的拔制管”即為0.8～2.0 mm壁厚的直管和U形管，不僅可用于核電站核島2級(jí)設(shè)備中的冷凝器，而且也可用于核島內(nèi)（1級(jí)）設(shè)備。

以上說(shuō)明不銹鋼焊管是國(guó)際上早已肯定的凝汽器和給水加熱器用管材的可靠制造方法。

（4）表2和表3所列還說(shuō)明鐵素體不銹鋼也是冷凝器和給水加熱器值得考慮選擇的，特別是表3中所列S44735和S44660為代表所謂第三代鐵素體不銹鋼，它們的特點(diǎn)是低碳控氮或含Nb+Ti、高Cr低Ni并含Mo(3.5%～4.2%)， 其原料成本遠(yuǎn)低于N08366之類的高Ni奧氏體不銹鋼，耐蝕性能卻相近（見(jiàn)表4），是直接用海水作為冷凝器冷卻粗水的電站凝汽器中采用。這些SA803/SA803M標(biāo)準(zhǔn)中的主導(dǎo)鋼種值得關(guān)注。

表2 美標(biāo)中冷凝器和給水加熱器用管材標(biāo)準(zhǔn)匯總

表3 電站凝汽器發(fā)生過(guò)的腐蝕案例及相關(guān)材質(zhì)匯總⑧

表4 冷凝器和給水加熱器用不銹鋼管美標(biāo)優(yōu)選鋼種化學(xué)成分

續(xù)表4

（未完待續(xù)）

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