近幾十年來，美國、日本和西班牙等國家核電廠發(fā)生許多由流動(dòng)加速腐蝕 （FAC） 引發(fā)管道泄漏事故，造成嚴(yán)重的人員傷亡和重大的經(jīng)濟(jì)損失[1,2,3,4]。隨著我國超超臨界機(jī)組迅速發(fā)展，其運(yùn)行也逐漸暴露出一系列問題，如鍋爐壓差上升較快、結(jié)垢速率高、汽輪機(jī)高壓缸部位沉積嚴(yán)重等，根本原因是普遍存在的FAC現(xiàn)象[5]。大量的實(shí)例調(diào)研和文獻(xiàn)報(bào)道表明，F(xiàn)AC普遍存在于整個(gè)給水系統(tǒng)和輸水系統(tǒng)中。因此建立準(zhǔn)確的FAC模型進(jìn)行預(yù)測，采取合理的預(yù)防措施，對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。

FAC現(xiàn)象是由流體流動(dòng)造成保護(hù)性氧化膜的加速溶解，是火電廠和核電廠最常見的失效方式[6]。FAC不但帶來額外的檢查費(fèi)用、更換管道、財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡等問題，而且還會間接地造成停工，嚴(yán)重威脅電廠的安全運(yùn)行[7]。由于FAC發(fā)生的機(jī)理尚未清晰，還未能精確地給出各個(gè)影響因素與FAC的定量關(guān)系。目前現(xiàn)有的已商業(yè)化軟件有：美國電力研究院 （EPRI） 開發(fā)的CHECWORKSTM程序，法國EDF的BRT-CICER0TM和德國Simens/KWU的WATHECTM與DASYTM程序。但是它們都建立在經(jīng)驗(yàn)或者半經(jīng)驗(yàn)的模型基礎(chǔ)上，并且需要大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合、修正，無法廣泛地應(yīng)用與推廣。所以深入研究各個(gè)影響因素對FAC的作用，對預(yù)測、預(yù)防和監(jiān)控電廠FAC現(xiàn)象至關(guān)重要。

1 FAC機(jī)理

電廠FAC是管道表面的氧化膜溶解在流動(dòng)的水或者濕蒸汽的過程。隨著管壁表面的氧化膜減薄，從而使得金屬基體逐漸暴露于介質(zhì)中，情況嚴(yán)重時(shí)直至管道破裂。表1和圖1清楚地展示了火電FAC高發(fā)部位和發(fā)生FAC的具體環(huán)境 （S代表單相流，T代表兩相流）[8,9],發(fā)現(xiàn)FAC的速率取決于許多參數(shù)的相互作用，包括介質(zhì)所處的化學(xué)因素、原料組成、給水系統(tǒng)所處環(huán)境和流體動(dòng)力學(xué)等[10]。

圖1火電廠FAC高發(fā)區(qū)示意圖

從動(dòng)態(tài)方面分析，當(dāng)管道在一定條件的水環(huán)境下，管道內(nèi)表面的鐵開始溶解，并與水中的OH-結(jié)合生成Fe（OH）2。在水中溶解氧充足時(shí)，F(xiàn)e（OH）2氧化為致密的氧化膜層Fe2O3。隨著氧的不斷消耗，水中的氧不足以將Fe（OH）2完全氧化為Fe3+,此時(shí)則轉(zhuǎn)化為磁性氧化膜Fe3O4,該層氧化物結(jié)構(gòu)較為疏松，所以最終形成內(nèi)層致密Fe2O3氧化膜和外層疏松Fe3O4磁性氧化膜。

由于邊界層的存在，靠近氧化膜的流速較低，遠(yuǎn)離邊界層的流速較高，當(dāng)主流中溶解的鐵處于未飽和狀態(tài)時(shí)，邊界層中的溶解鐵會向主流方向遷移，使邊界層處溶解鐵減少，由飽和狀態(tài)變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，最終導(dǎo)致靠近邊界層的氧化膜以一定速率溶解。由于氧化膜內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密，外層結(jié)構(gòu)疏松的性質(zhì)，金屬基體產(chǎn)生的溶解鐵可通過氧化膜擴(kuò)散到邊界層，造成溶解鐵從基體向主流區(qū)的遷移，而主流區(qū)的高速流體不斷將溶解鐵帶走，造成碳鋼表面的持續(xù)腐蝕。所以FAC過程是管道在靜止水中廣泛腐蝕過程的延伸，主要區(qū)別在于氧化膜-溶液界面上的介質(zhì)流速流的影響。FAC可以分為流動(dòng)和電化學(xué)的耦合過程[9]：

第一個(gè)過程是在金屬—氧化物表面產(chǎn)生了許多可溶性Fe2+,主要來源有：

還原性水環(huán)境下，在金屬/氧化物表面發(fā)生了氧化反應(yīng)。

溶液中的H+大部分產(chǎn)生于金屬和氧化物表面，與H2O反應(yīng)生成的Fe2+大約有一半轉(zhuǎn)為Fe3O4。在一定濃度的氧環(huán)境下，往往靠近管壁的位置將Fe3O4直接氧化成Fe2O3。由于碳鋼表面的氧化膜為雙層薄膜，內(nèi)層致密外層疏松，金屬表面生成的Fe2+可通過疏松多孔的氧化膜擴(kuò)散到主流。

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)過程穩(wěn)定時(shí)，磁鐵礦膜在氧化膜-溶液界面上的溶解速率等于金屬-氧化膜界面上的生成速率，此時(shí)氧化膜厚度保持不變。

第二個(gè)過程是氧化物-溶液界面的Fe2+轉(zhuǎn)移到邊界層。與氧化膜-溶液界面處亞鐵離子的濃度相比，水溶液中Fe2+的濃度非常低，在濃度差作用下，氧化物-溶液處的Fe2+向主流擴(kuò)散。此時(shí)流體不斷流動(dòng)，帶走主流區(qū)Fe2+,則擴(kuò)散過程持續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)致壁厚持續(xù)變薄。

總的來說，F(xiàn)AC分為兩個(gè)過程：腐蝕 （化學(xué)） 過程和傳質(zhì) （物理） 過程。當(dāng)溫度小于100 ℃時(shí)，氧化膜很薄，F(xiàn)AC過程受到腐蝕過程控制；當(dāng)溫度大于150 ℃，氧化膜厚度和致密度逐漸增加，F(xiàn)AC過程由傳質(zhì)過程控制；當(dāng)溫度處于100~150 ℃之間，受到腐蝕和傳質(zhì)過程的共同控制[11]。所以研究影響FAC的因素，既要考慮腐蝕過程，也要考慮傳質(zhì)過程中各類因素的影響。這些因素主要分為流體動(dòng)力學(xué)、環(huán)境和材料因素[9]。國內(nèi)外學(xué)者針對上述因素分別進(jìn)行了研究。

2 流體動(dòng)力學(xué)因素

對傳質(zhì)過程產(chǎn)生影響的流體動(dòng)力學(xué)因素主要包括流速、管道幾何形狀、管壁粗糙度和流體含氣率[12]。上述因素的變化會影響腐蝕產(chǎn)物擴(kuò)散到主流的傳質(zhì)速度，從而影響FAC過程。

2.1 流速

針對流速的影響，Atempa-Rosiles等[13]采用ANSYS模擬速度場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得API 5L-X56鋼的腐蝕產(chǎn)物。掃描電子顯微鏡 （SEM） 分析腐蝕產(chǎn)物表明，腐蝕速率隨著電極旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加。該實(shí)驗(yàn)通過分析腐蝕產(chǎn)物的成分來分析FAC過程中傳質(zhì)過程的影響，但缺乏對傳質(zhì)過程中的參數(shù)的具體研究。彭翊等[14]則利用ANSYS模擬孔板下游處的傳質(zhì)系數(shù)，使用Sanchez-Caldera[15]預(yù)測FAC模型計(jì)算孔板下游的FAC速率分布：

其中，KFAC為FAC速率；K*為產(chǎn)生Fe2+的反應(yīng)速率常數(shù)；k為傳質(zhì)系數(shù)；Ceq為可溶性含鐵組分的溶解度；C∞為流動(dòng)主體可溶性含鐵組分；D0為Fe2+在靜水中的擴(kuò)散系數(shù)；δ為氧化層厚度；f為Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3O4的比例；θ為氧化膜的孔隙率。模擬結(jié)果表明，孔徑比一定時(shí)，入口速度越大，下游FAC速率越大，并且確定了最大FAC的位置。該數(shù)值模擬彌補(bǔ)了上述傳質(zhì)系數(shù)缺乏的不足，若能添加合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輔助說明，則更會具有說服力。

2.2 含汽率

Kain[16]主要研究單相流和兩相流下的腐蝕形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，在主回路中，經(jīng)過單相FAC的部件表面上都可以看到清晰的“馬鞋或扇貝”圖案。在二次回路中暴露于雙相FAC的表面上，可以看到“虎紋條紋”的圖案。趙亮等[17]則基于電廠腐蝕數(shù)據(jù)，對腐蝕特征進(jìn)行分析，對比FAC和沖刷腐蝕 （EC），認(rèn)為在液態(tài)單相流、氣液兩相流介質(zhì)條件下FAC和EC減薄區(qū)的壁厚分布、宏微觀形貌、氧化膜狀態(tài)等都各不相同。兩者均利用了發(fā)生過FAC的管道，觀察腐蝕產(chǎn)物宏觀微觀形貌、壁厚分布和氧化膜狀態(tài)，從腐蝕產(chǎn)物來討論流體中含汽率對FAC的影響?？傮w來所，根據(jù)腐蝕程度來判斷FAC速率大小非常合理，但是含汽率影響傳質(zhì)或者腐蝕的具體過程并未說明，仍需進(jìn)一步討論。

2.3 管壁粗糙度

管道的粗糙度會對流動(dòng)產(chǎn)生影響，進(jìn)一步影響流場分布情況。Poulson等[18]認(rèn)為不同幾何形狀的管道的Sh和Re之間存在近線性關(guān)系，大部分粗糙化管道的相關(guān)性為：

其中，Sh為舍伍德數(shù)；Re是雷諾數(shù)；Sc為施密特?cái)?shù)。

Evgeny等[19]研究了表面粗糙度對低碳鋼的腐蝕行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，層流和湍流狀態(tài)下，溶液的反向極化電阻均隨著表面粗糙度的增加而增加，且湍流的變化速率更快。光滑表面下，流動(dòng)條件變化并不會很明顯影響FAC速率；對于粗糙表面，由于剪切應(yīng)力引起抑制劑膜的部分侵蝕，具有較高動(dòng)能湍流的表面粗糙度的影響在完全發(fā)達(dá)的湍流下更為顯著。該結(jié)論給減小FAC速率提供了重要的指導(dǎo)意義，在管道相對光滑的情況下，F(xiàn)AC的速率要小得多。應(yīng)用于火電廠和核電廠的管道，其粗糙度需要有合理的標(biāo)準(zhǔn)，才能有利于電廠地安全運(yùn)行。

2.4 管道幾何形狀

管道形狀則是另一個(gè)不可忽略的影響因素。Trevin[20]對多個(gè)電廠的受損管道進(jìn)行研究，認(rèn)為幾何形狀對FAC的磨損率有強(qiáng)烈影響，并與數(shù)值模擬相結(jié)合得出孔板磨損的最大值位于孔板下游的5D處。該結(jié)論可用于電廠FAC預(yù)防監(jiān)測過程，對可能發(fā)生嚴(yán)重FAC的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)觀察和控制。Le等[21]研究了在單相流動(dòng)時(shí)，彎頭分離距離 （L/D） 不同時(shí)各個(gè)彎頭的傳質(zhì)過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了傳質(zhì)系數(shù)的變化 （如圖2所示），表明選用不同幾何形狀的彎頭將會對FAC中的傳質(zhì)過程有影響，電廠選用彎頭時(shí)需要根據(jù)實(shí)際工況和要求進(jìn)行選擇，才能有效地減緩FAC速率。國內(nèi)許多數(shù)值模擬的結(jié)果也印證了該結(jié)論[22,23,24]。

圖2L/D與傳質(zhì)系數(shù)最大增強(qiáng)因子間的關(guān)系

3 環(huán)境因素

相較于流體動(dòng)力學(xué)因素主要影響FAC的傳質(zhì)過程，環(huán)境因素更多的是影響FAC的腐蝕過程。腐蝕過程與溫度、pH值和溶氧量密切相關(guān)，上述因素均有可能對溶液的氧化還原電位造成影響，從而影響氧化還原反應(yīng)。國內(nèi)外學(xué)者針對溫度、pH和溶氧量等影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與模擬研究。

Poulson[25]認(rèn)為溫度、pH值、氧含量等環(huán)境參數(shù)可以影響磁鐵礦的溶解度 （如圖3所示），使溶液中Fe2+的濃度發(fā)生變化，影響了氧化還原反應(yīng)，改變了FAC速率。在較高的pH值和溫度下，例如在CANDU初級系統(tǒng)中，氫分壓對磁鐵礦溶解度的影響可能與[H2]1/3不成比例。隨著pH值增加，在高溫下，氫含量對溶解度的影響將逐漸變化，與[H2]1/3~[H2]-1/6成比例。

圖3溶解度數(shù)據(jù)的比較

從化學(xué)角度分析，探討了隨著環(huán)境變化，磁鐵礦溶解度的變化，確定了大致的比例范圍，減小了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難度，研究結(jié)果實(shí)用性很強(qiáng)，對于生產(chǎn)操作具有重要的指導(dǎo)意義。相較于上述從化學(xué)角度的研究，F(xiàn)ujiwara等[26]考慮到可溶性鐵和鉻物質(zhì)，溶解氫和溶解氧的擴(kuò)散，開發(fā)了在穩(wěn)態(tài)條件下FAC的化學(xué)效應(yīng)的新模型，推導(dǎo)了抑制FAC的臨界溶解氧濃度的公式。

其中，δ為離子擴(kuò)散層厚度；d為特征尺寸； CO2,criticalCO2,critical 為抑制FAC的臨界溶解氧濃度；θ為氧化膜的孔隙率； aO2aO2 為氧氣的可溶半徑；aFe為可溶鐵的半徑；SFe,deaerated為真空環(huán)境下的溶解度，本模型定性回歸主要環(huán)境參數(shù)對FAC速率的影響。上述模型可以很好地解釋下列事實(shí)：（1） FAC速率在413 K左右顯示出峰值；（2） FAC含量隨Cr含量的增加而降低；（3） 隨著pH值的增加，F(xiàn)AC速率降低；（4） FAC速率隨著溶解氧濃度的增加而降低；（5） 在353 K左右觀察到臨界溶解氧濃度的最大值；（6） 臨界溶解氧濃度隨著pH值的增加而降低。該模型有很好的應(yīng)用前景，若大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明模型的合理性，則該模型可廣泛推廣使用，意義重大。不過本模型中使用的擴(kuò)散層厚度和可溶性鐵和鉻物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)或半徑存在一些不確定性，需要進(jìn)一步研究確認(rèn)。

在這些新模型的基礎(chǔ)上，國內(nèi)許多學(xué)者是結(jié)合實(shí)際的操作來驗(yàn)證如何預(yù)防FAC問題。曹松彥等[27]和沈君[28]均提出采用乙醇胺 （ETA） 提高氣液兩相流的pH值，來抑制核電站二回路系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕。結(jié)合理論分析和實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果， 在秦山核電廠進(jìn)行了乙醇胺堿化劑的實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)果表明，ETA能夠提高二回路系統(tǒng)中水相中的pH 值，且ETA的少量熱分解可導(dǎo)致二回路系統(tǒng)水汽中氫電導(dǎo)率有所升高。試驗(yàn)期間乙醇胺在二回路系統(tǒng)的應(yīng)用沒有降低凝結(jié)水精處理混床樹脂的性能。王力等[29]則是將ETA與NH3進(jìn)行比較，設(shè)置了NH3、ETA和質(zhì)量比1:1的NH3+ETA三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，從對比試驗(yàn)得出，ETA的提高pH的效果大于NH3。

不同于上述試驗(yàn)研究，劉忠等[11]則針對碳鋼在單相流中FAC的問題進(jìn)行了數(shù)值模擬。在合理的假設(shè)下，建立了碳鋼在單相流中的FAC模型，計(jì)算Fe3O4在高溫堿性溶液中的溶解度；同時(shí)運(yùn)用流體力學(xué)的方法CFD計(jì)算了傳質(zhì)系數(shù)，并且成功應(yīng)用到模型中。最后，根據(jù)建立的模型模擬了直觀的FAC,發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。模擬結(jié)果表明FAC速率受溫度、pH值和流速的影響 （如圖4所示）。

圖4 溫度120 ℃時(shí)流速和pH值對KFAC的影響

含氧量是環(huán)境影響中一個(gè)不可忽略的因素。李志剛等[30]從給水系統(tǒng)的氧化還原電位、熱力系統(tǒng)的含鐵量、鍋爐結(jié)垢速率、鍋爐的壓差、凝結(jié)水精處理混床運(yùn)行周期和經(jīng)濟(jì)效益這六個(gè)指標(biāo)分析了加氧處理技術(shù)。陳耀東等[31]結(jié)合程序包DRAWTHREE的模型和結(jié)構(gòu)，分析了注入O2的結(jié)果，表明選取合適的位置注入氧氣能有效遏制FAC發(fā)生。Shunsuke[32]的結(jié)果與上述結(jié)論相符 （如圖5所示）。

圖5 氧濃度對FAC影響

4 材料因素

材料因素主要包括材料的成分和材料表面處理這兩方面。與環(huán)境因素類似，材料對FAC的腐蝕過程有很大影響。但不同的是，環(huán)境改變的是管道的外在因素，而材料因素主要是影響管道本身的內(nèi)在因素，兩者影響的過程相同，但是針對的對象是不同的。

4.1 Cr含量

就管道材料成分方面，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，認(rèn)為鋼的Cr含量[33,34]在影響FAC方面具有重要的作用，典型的結(jié)果如圖6所示。在某些情況下，Cu和Mo也可能是有益的[33]。然而，不清楚這種效應(yīng)是否是由于磁鐵礦的溶解度降低，氧化物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的變化或其對氧化物孔隙率的影響[24]。

圖6 Cr含量對FAC影響

針對Cr如何影響FAC的過程，Jiang等[35]研究了在浸入NaCl水溶液中時(shí)碳鋼和含Cr鋼的腐蝕行為，相應(yīng)的重量損失和電化學(xué)性能分別通過流動(dòng)回路裝置和旋轉(zhuǎn)圓筒裝置來確定。在各種流速下，碳鋼的重量損失比含鉻鋼更大。增加流速可能導(dǎo)致高的氧擴(kuò)散，從而加劇這些鋼的重量損失。光譜分析、TEM結(jié)果和XPS結(jié)果表明，Cr在流動(dòng)加速腐蝕過程中抑制氧的還原。即對于含鉻鋼，陰極反應(yīng)明顯受到Cr的抑制。陰極反應(yīng)的抑制隨著鋼中Cr含量的增加而增強(qiáng)。從Cr抑制腐蝕的結(jié)果，可以認(rèn)為在電化學(xué)腐蝕中，若能夠很好地抑制陰極反應(yīng)的產(chǎn)生，則可以有效地防止金屬腐蝕，對于防止腐蝕的舉措方面有很好的指導(dǎo)意義。

國內(nèi)研究人員同樣對材料的種類成分進(jìn)行了研究。朱曉磊等[36]模擬冷凝水管線工況，對20鋼、Q345R鋼和304不銹鋼三種材料進(jìn)行FAC試驗(yàn)，應(yīng)用SEM和EDS對腐蝕產(chǎn)物膜的厚度、形貌與組分進(jìn)行了分析。李嘉等[37]同樣比較了幾種金屬材料，不同的是在高爐煤氣管道冷凝液中進(jìn)行研究，比較各種材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻的大小。王健等[38]則是從電化學(xué)角度考慮，進(jìn)行動(dòng)電位極化測試得到三種偶對的電偶腐蝕傾向大小。張乃強(qiáng)[39]是從氧化角度出發(fā)，進(jìn)行了T24、P92、Super304H、TP347HFG和HR3C5五種鋼的實(shí)驗(yàn)研究。姜杉等[40]針對Cr對FAC的影響，通過對Fe-0.5Cr、Fe-1Cr和Fe-2Cr鋼的腐蝕表面運(yùn)用SEM、EPMA和TEM等手段分析銹層的表面特征，認(rèn)為Cr富集于銹層與基體結(jié)合界面處，使得腐蝕產(chǎn)物尺寸細(xì)小，使含Cr低合金鋼內(nèi)銹層的致密性得到提高。

4.2 腐蝕抑制劑

Deyab等[41]和Barmatov等[42]均采用腐蝕抑制劑來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。Deyab等[41]在流動(dòng)條件下使用質(zhì)量損失和電化學(xué)方法研究了新型焦磷酸鹽SrNiP2O7 （SNP） 在冷卻海水中對Cu腐蝕的抑制 （如圖7所示）。Barmatov等[42]則是設(shè)置了含有和不含抑制劑這兩個(gè)對照組，討論了環(huán)境因素的影響情況，認(rèn)為通過適當(dāng)優(yōu)化抑制劑組成，可以抑制預(yù)腐蝕的不利影響。雖然腐蝕抑制劑是改變管道所處的環(huán)境條件，但是最終抑制FAC的根本原因是影響氧化還原電位，抑制氧化還原反應(yīng)，與Cr抑制FAC的原因類似，因而也將腐蝕抑制劑歸結(jié)為材料因素。

圖7 Rct和CPEdl與SNP濃度之間的關(guān)系

4.3 表面加工處理

納米材料由于其獨(dú)特的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)以及量子尺寸效應(yīng)，使得材料的電學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生了驚人的變化。納米技術(shù)在精細(xì)陶瓷、微電子學(xué)、生物工程、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的成功應(yīng)用及其廣闊的應(yīng)用前景，使得納米材料及其技術(shù)成為目前科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

近年來，除了材料成分和使用腐蝕抑制劑外，對材料表面進(jìn)行納米化加工處理，也能改變管道抗FAC的能力。Kim等[43]和Raiman等[44]分別從添加Ni-P/TiO2納米復(fù)合材料的表面涂層和用質(zhì)子數(shù)照射碳鋼表面這兩方面來改變材料表面特性。國內(nèi)眾多學(xué)者在管道表面材料處理方面也做了很多工作。廖明剛，文獻(xiàn)[45,46,47]均應(yīng)用表面納米化手段對材料表面進(jìn)行處理，均認(rèn)為與原試樣相比，表面納米化后的試樣的抗FAC性能增強(qiáng)，表面生成的腐蝕產(chǎn)物膜較致密；但是隨著超聲噴丸處理時(shí)間的延長，腐蝕產(chǎn)物膜的致密度和完整性變差，耐蝕性能逐漸下降。范文娟[48]采用雙輝等離子滲金屬技術(shù)在45鋼表面滲Zr,發(fā)現(xiàn)在H2S04腐蝕液中，處理過的鋼基材耐腐蝕性能較未處理的45鋼有明顯的提高。

普遍認(rèn)為，傳質(zhì)系數(shù)對FAC的傳質(zhì)過程有很大影響。對流過程的傳質(zhì)系數(shù)很大程度上是依賴流速大小的，流速分布不同則流場有很大變化。流體本身的含汽率決定了流體的狀態(tài)是單相還是雙相。雙相條件下流體還會對管道產(chǎn)生沖刷腐蝕，進(jìn)一步威脅管道的安全使用。就管道本身而言，管道的粗糙度會影響邊界層處的流動(dòng)狀態(tài)，而管道的形狀不同，流體紊亂度不盡相同，也是從傳質(zhì)方面考慮。

很明顯，F(xiàn)AC速率并不與傳質(zhì)系數(shù)呈線性關(guān)系。FAC的速率與磁鐵礦的溶解度密切相關(guān)。溫度、pH均能影響磁鐵礦的溶解度和溶解氧的濃度，溶解氧會對氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)電位產(chǎn)生影響。

材料本身的性能是不容忽視的因素。Cr在FAC過程中抑制氧的還原。即對于含鉻鋼，陰極反應(yīng)明顯受到Cr的抑制。陰極反應(yīng)的抑制隨著鋼中Cr含量的增加而增強(qiáng)。對材料表面進(jìn)行納米化，使用納米涂層和等離子滲金屬技術(shù)等手段均能改變材料表面的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)抗FAC能力，不過處理時(shí)間過長會導(dǎo)致材料晶格間隙過大，起到反作用。

5 結(jié)論與展望

本文概述了火電廠和核電廠的FAC行為，描述了FAC的機(jī)理，主要討論了流體動(dòng)力學(xué)、環(huán)境和材料因素對FAC的影響。通過對國內(nèi)外資料的研究分析，可以總結(jié)出以下防護(hù)手段：

（1） 合理的管道形狀設(shè)計(jì)，以及在滿足工程要求的前提下減小流速，降低傳質(zhì)系數(shù)，減小FAC速率。

（2） 選用相對光滑的管道，使得流場分布較為穩(wěn)定，減小傳質(zhì)系數(shù)。

（3） 使用乙醇胺調(diào)節(jié)pH值，使得pH>9.5,降低鐵的溶解度，影響腐蝕過程。

（4） 盡量避開120~180 ℃的溫度高發(fā)區(qū)間，降低FAC速率。

（5） 在不含銅管的機(jī)組中，注入一定濃度的氧氣，使得管道表面氧化膜變得致密，影響傳質(zhì)過程。

（6） 選用管道中Cr含量大于0.1%,抑制陰極反應(yīng)，降低腐蝕過程速率。

（7） 對管道表面進(jìn)行納米化手段處理，強(qiáng)化氧化膜，抑制傳質(zhì)過程。

上述手段可減小電廠發(fā)生FAC、造成管道泄漏的可能性，從而提高了電廠的安全性和可靠性。

歐美等發(fā)達(dá)國家基于電廠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對FAC過程的研究較深入，并且已進(jìn)入程序化階段，運(yùn)用程序包預(yù)測FAC發(fā)生的概率。中國發(fā)展步伐較為落后，對電廠的FAC機(jī)理性研究較少。因此應(yīng)加強(qiáng)FAC理論機(jī)制研究，深入分析影響FAC的各個(gè)因素，結(jié)合工程方面的經(jīng)驗(yàn)，早日建立起自主的、較為完善的預(yù)測和評估電廠FAC的體系。