核动力装置的金属电化学腐蚀

核动力装置的金属电化学腐蚀
核动力装置中金属的腐蚀主要有两种，电化学腐蚀就是其中一种，电化学腐蚀对核动力装置的可靠性安全性造成了很大的影响。

原理：
其原理是当金属被放置在水溶液中或潮湿的大气中，金属表面会形成一种微电池，也称腐蚀电池(其电极习惯上称阴、阳极，不叫正、负极)。

阳极上发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极上发生还原反应，一般只起传递电子的作用。

腐蚀电池的形成原因主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成一层水膜，因而使空气中CO2、NO2、SO2等溶解在这层水膜中，形成电解质溶液，而浸泡在这层溶液中的金属又总是不纯的，如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。

这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质，又由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行。

电化学腐蚀分两种：
(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)
负极(Fe)：
正极(杂质)：
电池反应：
由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。

(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)
负极(Fe)：
正极：
总反应：
由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的被氧所氧化，生成脱水生成铁锈。

钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。

析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。

由于金属表面与铁垢之间的电位差异，从而引起金属的局部腐蚀，而且这种腐蚀一般是坑蚀，主要发生在水冷壁管有沉积物的下面，热负荷较高的位置。

如喷燃器附近，炉管的向火侧等处，所以非常容易造成金属穿孔或超温爆管。

尽管铜铁的高价氧化物对钢铁会产生腐蚀，但腐蚀作用是有限的，但有氧补充时，该腐蚀将会继续进行并加重。

电化学金属腐蚀的危害性是非常大的，一方面，它会在短期内使停用设备金属表面遭到大面积腐蚀。

另一方面，由于停用腐蚀使金属表面产生沉积物及造成金属表面粗糙状态，使机组启动和运行时，给水铁含量增大。

不但加剧了炉管内铁垢的形成，也加剧了热力设备运行时的腐蚀。

对凝水系统设备及管道、蒸汽设备及管道都造成了危害，一方面影响了使用寿命，一方面也造成了安全隐患，使管道严密性、传热性造成了影响。

使系统可靠性安全性受到了损伤。

所以如何对电化学腐蚀进行防护是一个重要的课题。

防护方法：
目前的几种主要防护方法是：
必须执行GB/12145枣1999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准；DL/561
枣1995《火力发电厂水汽化学监督导则》，化学监督网要发挥监督作用。

严格按启动阶段的水汽质量标准，控制启动后的水汽质量，不合格严禁升压、带负荷。

机组停备时间超过15天，应采用新的防腐技术。

防止停用期间腐蚀。

彻底解决凝汽器溶解氧不合格问题。

投入自动加氨装置，保证给水pH的合格率。

严密监视机水冷壁结垢量的增长速度，在必要的时间安排化学清洗。

建议炉化学清洗后，在进行加氧联合处理。

根据原电池正极不受腐蚀的原理，常在被保护的金属上连接比其更活泼的金属，活泼金属作为原电池的负极被腐蚀，被保护的金属作为正极受到了保护。

例如在船舶底下吊一个锌块，可以保护船体的钢铁不受电化学腐蚀，而去腐蚀锌块。

另外去除工质中氧气也是防护腐蚀的重要方法
热力除氧
其原理是根据气体溶解定律（亨利定律），任何气体在水中的溶解度与在汽水界面上的气体分压力及水温
有关，温度越高，水蒸汽的分压越高，而其它气体的分压则越低，当水温升高至沸腾时，其它气体的分压为零，则溶解在水中的其它气体也就等于零。

热力除氧曾是广泛使用的除氧方式，但逐渐受到化学除氧等的有力挑战，特别是热力除氧在10～35t/h的锅炉和2～6.5t/h 的锅炉及其它要求低温除氧的场合，热力除氧有其明显的局限性。

它的特点是除氧效果好，缺点是设备购置费用大、不好操作、能量消耗大、运行费用高。

所谓不好操作，是因为使用条件苟刻，进水混合温度要求稳定在70～80℃，工作温度稳定在104～105℃，蒸汽压力稳定在0.02～0.03Mpa，条件波动除氧效果不佳，特别是供热锅炉，随着天气冷暖的变化，锅炉负荷变化很大，这就给热力除氧带来很大困难，而化学除氧则不然，它只随给水量的变化调整加药量，操作非常方便。

真空除氧
其除氧原理与热力除氧基本相同，除氧器在低于大气压力下进行工作，利用压力降低时水的沸点也除低的特性，水处于沸腾状态而使水中的溶解氧析出。

在20t/h以上的锅炉由于出水温度低于蒸汽锅炉的进水要求而很少采用真空除氧，在要求低温除氧时则比热力除氧有着明显的优势，但大部分热力除氧的缺点仍存在，并且对喷射泵、加压泵等关键设备的要求较高。

铁屑除氧
其原理是当有一定温度的水通过铁屑时，水中的氧即与铁发生化学反应，在此过程中氧被消耗掉。

该方法除氧装置简单，投资省，但存在着除氧效果波动大、装置失效快等明显缺点，因而使用该方法除氧的用户逐步减少，面临着淘汰的处境。

解吸除氧
基本原理亦是利用亨利定律，氧在水中的溶解度与所接触的气体中的氧分压成正比，只要把准备除氧的水与己脱氧的气体强烈混合，则溶解在水中的氧将大量扩散到气体中，从而达到除去水中溶解氧的目的。

该方法优点是可低温除氧，不需化学药品，只需木炭、焦碳等即可，缺点是除氧效果不稳定，而且只能除氧不能除其它气体，用木炭作反应剂时水中的CO2含量会增加。

树脂除氧
基本原理是在除氧器内氧化还原树脂与水中溶解氧反应生成除氧水，树脂失效后用水合肼（联氨）等再生，使用该方法除氧产生的蒸汽和热水，均不允许与饮用水和食物接触，且投资和占地均较大，不宜在工业锅炉上推广应用。

化学药剂除氧
化学药剂除氧是把化学药剂直接加入锅炉本体、给水母管或者热水锅炉的热水管网中。

化学药剂主要是传统的亚硫酸钠、联氨及新型的二甲基酮肟、乙醛肟、二乙基羟胺、异抗坏血酸钠等。

化学药剂除氧具有装置和操作简单、投资省、除氧效果稳定且可满足深度除氧的要求，特别是新型高效除氧剂的开发和成功使用，克服了传统化学药剂的有毒有害、药剂费用高等缺点，被用户接受和推广应用。

总之，加强对核动力装置中金属电化学腐蚀的防护是对核动力装置安全性、可靠性的保证，加强对金属电化学腐蚀和防护的研究是一项不能停止的工作，我们必须对金属电化学腐蚀有更多的了解才能使核动力装置更安全有效的运行。