低硬度循環(huán)冷卻水對(duì)管道系統(tǒng)的腐蝕性探討

1、 本文由aqina貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 第 3 卷 第 12 期 1 2010 年 12 月 腐蝕與防護(hù) C O R R O I( N & P O T EC T I S R ()N V oL 3 1 N o .1 2 塊 ee幻b er 2 0 10 以 低硬度循環(huán)冷卻水對(duì)管道系統(tǒng)的腐蝕性探討 楊培燕 , 張繼恒2, 顧寶珊, , 董小冬2, 劉汝平, , 楊國(guó)賢, 1 ( . 中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司先進(jìn)金屬材料涂鍍國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京 10 08 ; 0 1 2. 廊坊天海高壓容器有限公司,廊坊 65 0 ) 摘

2、 要: 水處理常用的幾項(xiàng)水質(zhì)指數(shù)和掛片失重試驗(yàn)以及電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明, 用高堿性低硬度水作為循環(huán)冷卻系 統(tǒng)的補(bǔ)充水源 ,對(duì)碳鋼具有較強(qiáng)的腐蝕性,是造成循環(huán)水管道腐蝕失效的主要原因 并提出了具體的防護(hù)措施 關(guān)鍵詞 : 低硬度水;循環(huán)冷卻系統(tǒng);腐蝕 ;機(jī)理 中圖分類號(hào): T G 172.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1005一 748X (2010)12一 0981一 03 O C n ! sio n P r p rtie o f L o w C aleiu o e s m H a川 n e s C ir u latin g C o ?g s c In w 自 o 妙 n i P lx Y A

3、 N G P ei yan , Z H A N G Ji hen擴(kuò), G U B ao shan, , I刃N G X i - dongZ, LIU R u pi 一 一 ao - n擴(kuò), Y A N G G uo x an -i Z (2. N ati a l Enginee五 L bor tory for A dv eed c ati on 蠟a a n a o ngs T eehn l y of M et 呱 te五 Chi Ir n a s eel R ese reh o 叩 al al, na o t a n tute G roup , 氏 ii 100081, C i 2. U n

4、g ang T i I sti jn g h na; l anH a H igh Pr ssure C ntai C . , L td , 腸 ngla g 065000 , C i i e o ner o . n h na) A b str c a t : T h e w t qu a i ind ex s of w ter t e t ent an d the resu l of ha 略m g plate tests an d el o ehe a e r l ty e a ra m ts eetr n u h ar ness w ater had h i h eor d g o r e

5、al tests sh ow ed that th e l w ealeiu o n r si ty t th e ea b n steel pipes o f th e ei l at 館 w ater i v o r o reu i s鄧tem s, w i w s the m i r ason c usi明 pipe c rr si of ci ul ng co l崛 s鄧t二 T he spec f e n teeti h c a h a n e a o o on c r ati o i ii r o ve m ea su res w ere Pr p se己 o o K e y w

6、o川s: l w c l u o a ei m h ar n ess w ter; ei l n g eo oli syste ; eo r osi ; m e eh a比sm d a reu ati ng m on 0 引言 工業(yè)冷卻水循環(huán)后, 雖然大幅度地節(jié)約了用水 循環(huán)水系統(tǒng)中, 最可能出現(xiàn)的問(wèn)題就是結(jié)垢和 腐蝕問(wèn)題, 因此必須先對(duì)循環(huán)冷卻水進(jìn)行水質(zhì)分析, 主要考慮 pH 值 # 鈣硬度 # 總堿度 # 水溫 # 總?cè)芙舛任?個(gè)重要因素, 判斷水質(zhì)的基本依據(jù)采用飽和指數(shù) L .5.1和穩(wěn)定指數(shù) R .S.L , 分析方法參考文獻(xiàn)閣 1.1 掛片試驗(yàn) 量 , 但從技術(shù)和管理上對(duì)設(shè)備運(yùn)營(yíng)提

7、出了更高的要 求 如果腐蝕 # 結(jié)垢和生物污垢 等問(wèn)題不及時(shí)認(rèn)識(shí) 解決 , 采用循環(huán)水冷卻運(yùn)行后的經(jīng) 濟(jì)效益不僅不能 充分發(fā)揮 , 而且將 給企業(yè)帶來(lái)許多危害 j l 某壓力 容器有限公司是一家生產(chǎn)高壓容器 的廠家 , 該公司 在 B 地區(qū)和 L 地區(qū)有兩個(gè)生產(chǎn)基地 , 兩個(gè)生產(chǎn)基地 用掛片失重試驗(yàn)測(cè)定水樣的腐蝕性 試片為 2 Q 35一 的標(biāo)準(zhǔn) 腐蝕試 片 (40 m m X 20 r B n X 3. 5 的循環(huán)水管道材質(zhì)基本相同, L 地區(qū)的設(shè)備 2008 年 m m ) , 試驗(yàn)時(shí)每個(gè)容器內(nèi)掛三個(gè)試片, 計(jì)算平均腐 蝕速率 試驗(yàn)介質(zhì)為 B 地 區(qū)和 L 地 區(qū)工廠現(xiàn)場(chǎng)采 集水樣, 常壓

8、開 口條件 , 試驗(yàn)溫 度為(4 士1 ! , 懸 0 ) 初投人使用,管道使用 7 個(gè)月, 進(jìn)行維護(hù)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn) 循環(huán)水管路發(fā)生 了較嚴(yán)重 的腐蝕 , 而 B 地區(qū)的設(shè)備 使用 5 年以上 , 沒有明顯腐蝕現(xiàn)象發(fā)生 掛時(shí)間分為 4 個(gè)周期 第 1 周期后取出掛片試樣, 自來(lái)水沖洗, 然后用尼龍刷子去除試樣表面的腐蝕 產(chǎn)物, 干燥后稱量 計(jì)算試片的腐蝕速率, 然后繼續(xù) 放入溶液中進(jìn)行第 2 周期 的試驗(yàn) , 依次類推 第 1 周期為 5 天 , 第 2 周期為 1 天 , 第 3 周期為 1 天 , 0 5 第 4 周期為 2 天 , 每周期更換一次溶液 0 1.2 電化學(xué) 試驗(yàn) 本工作對(duì)該管道

9、的腐蝕機(jī)理的進(jìn)行了研究和探 討, 在此基礎(chǔ)上對(duì)今后如何減少 或防止此類腐蝕 的 發(fā)生提出了建議 1 試 驗(yàn)方法 采用同種材料三 電極體系進(jìn)行線性極化 , 用 自 收稿 日 :2010一 16;修訂 日 :2010一9一 期 08一 期 25 聯(lián) 系人 :楊 培燕 , y n 元 n 00 1 6.c m ag r2 5 a 2 o 凝牙托 粉封 裝 Q 23 一 鋼試 片, 暴 露面積 為 1. 0 5 c時(shí) ;使用 同材 # 同形 # 同大的材料制成研究 電極 # 輔 98 1 楊培燕等:低硬度循環(huán)冷卻水對(duì)管道系統(tǒng)的腐蝕性探討 助電極和參比電極, 三支電極呈等邊三角形排列, 組 成同種材料三

10、電極系統(tǒng) ;試驗(yàn)溫度為 4 ! , 試驗(yàn) l s 0 介質(zhì)為 B 地區(qū)和 L 地區(qū)工廠現(xiàn)場(chǎng)采集水樣 三電 當(dāng) L.5.1一 時(shí), 既不析出垢, 也不發(fā)生腐蝕; 當(dāng)L .5.1> 時(shí), 傾向于結(jié)垢析出 L 值越大, 結(jié)垢的傾向也越大 極系統(tǒng)浸泡在試驗(yàn)介質(zhì)中, 電極與金屬腐蝕測(cè)試儀 的對(duì)應(yīng)接頭連接, 并使用定時(shí)巡回?cái)?shù)據(jù)記錄儀打印 記錄研究電極的極化 電流, 通過(guò)測(cè)定極化 電流的變 當(dāng)L .5. 1< o 時(shí), 即水具有腐蝕性性, L 值越 小,水的腐蝕性越強(qiáng) 當(dāng)R .5. 1一6 時(shí), 水 中的 C aC 認(rèn) 處 于平 衡狀 化, 確定極化阻力和腐蝕速率 態(tài), 既不結(jié)垢, 也不腐蝕 當(dāng)

11、R .5 .1< 6 時(shí), 形成水垢, R 越小, 水越不穩(wěn) 定 ,結(jié)垢傾 向越嚴(yán)重 ; 2 結(jié)果與討論 2.1 循環(huán)水水質(zhì)特點(diǎn) 當(dāng)R .S .J> 6 時(shí), 出現(xiàn)腐蝕, R 越大, 腐蝕的傾 向越嚴(yán)重 表 2 結(jié)果可見 , L 地 區(qū)水樣 L .5 .1< O , 可 以判 兩個(gè)生產(chǎn)基地 的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)均為敞開式 , L 地區(qū)生產(chǎn)基地 的補(bǔ)充水源為當(dāng)?shù)?自來(lái)水 , B 地 區(qū) 生產(chǎn)基地的補(bǔ)充水源為廠內(nèi)深井水, 表 1 是 L 地 區(qū) 水樣和 B 地 區(qū)水樣 的水質(zhì)全分析結(jié)果摘要 , 其中硬 度# 堿度均以 C aC O 計(jì) 表 1 現(xiàn)場(chǎng)采集水樣水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果 檢測(cè)項(xiàng)目 定為

12、腐蝕性水質(zhì);而 B 地 區(qū)水樣 L .5.1> , 為結(jié)垢 性水質(zhì) 工地區(qū)水樣 R .5.1> 7.5 屬于嚴(yán)重腐蝕性 之 水質(zhì) ;B 地區(qū)水 樣 R .5. 1一6.0一7. , 水質(zhì)基本穩(wěn) 定 , 可能微量結(jié)垢或腐蝕 從表 1 中 L 地 區(qū)和 B 地 區(qū)兩 生產(chǎn)基地補(bǔ)充水 源的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可 以看 出, L 地 區(qū)補(bǔ)充水 的總硬 度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 B 地 區(qū)補(bǔ)充水 , 而 L 地 區(qū)補(bǔ)充水的 pH L 地區(qū) 水樣 B 地區(qū) 水樣 溶解總固 體,m g/L 氯離子,m 盯L 硫酸 鹽,m g/L 值較高,屬于高堿性低硬度水質(zhì), 這種水質(zhì)是一種腐 蝕性很強(qiáng)的水質(zhì) 2.2 靜態(tài)浸泡試驗(yàn)

13、靜態(tài)浸泡試驗(yàn)后 , 試樣均表 面不同程度的粘附 鈣,m g/L 鎂,m /L g 總 n /L 鐵,r g 49. 1 8.47 又 102 pH 值 電導(dǎo)率,拜 r / sm 溶解氧,m g/L 總硬 g /L 度,m 著紅棕色 %銹泥 &, 浸泡溶液底部有紅棕色沉積物 ,該 沉積物是水樣中溶解固體 # 懸浮物和膠體顆粒被腐 蝕產(chǎn)物 F e + 混凝而產(chǎn)生的絮凝體 表 3 可 以看 出,碳鋼在兩種介質(zhì) 中, 隨著浸泡時(shí) 間的延長(zhǎng) , 腐蝕速率都有所下降 ,但在第四周期又都 出現(xiàn) 了上升;在各個(gè)周期 中, 碳 鋼在 IJ地 區(qū)水樣 中 的腐蝕速率都要略高于 B 地區(qū)水樣 表3 水樣 L

14、 地區(qū) B 地區(qū) 通過(guò)以上水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù) , 在系數(shù)換算表 中川查 出相應(yīng)的 A # # # 的值, 利用式(1 計(jì)算出 P H # B C D ) : P H s = (9.7 + A + B ) 一 (C + D ) (1) 式中: H #為水 的碳酸鈣飽和平衡時(shí)的 pH 值 ;A 為 P 總?cè)芙夤腆w系數(shù) ;B 為溫度系數(shù) ;C 為鈣硬度 系數(shù) ; D 為總堿度系數(shù) 確定 PH #后可用飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)計(jì)算公 式 : .5.1一pH 一P H :, R .5.1一 2( H # L P )一pH 分 別計(jì)算 出飽和指數(shù) L .5. 1 和穩(wěn)定指數(shù) R .5 .1.閣 , 計(jì)算結(jié)果如表 2

15、表 Z B 和 L 兩地區(qū)水樣飽和指數(shù)計(jì)算結(jié)果 溫 度 35 ! 碳鋼浸泡在不 同水質(zhì) 中各周期的 平均腐蝕速率比較 第1周期 (酬h ?耐 ) 第4周期 第2 周 期 第 3周期 電化學(xué)試驗(yàn) 從圖 1 極化 曲線可以看 出試樣在 L 地 區(qū)水樣 A B C D 04 P階 . L 膠 I R .S I . 一0.16 8 56 中一段時(shí)間后 的腐蝕 電流 密度要高 于 B 地 區(qū)水樣 的, 這與靜態(tài)浸泡試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果是一致 的 從試驗(yàn) 88 后試樣 的腐蝕形貌上觀察 (圖 2 # 3), B 地區(qū)水樣 圖 中的腐蝕形貌以均勻腐蝕為主, 而 L 地 區(qū)水樣 的腐 蝕形貌主要是局部腐蝕 , 局部腐

16、蝕 的危 害要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于均勻腐蝕 根據(jù)飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)可對(duì)水的特性進(jìn)行判 斷 2 98 2 ? 楊培燕等:低硬度循環(huán)冷卻水對(duì)管道系統(tǒng)的腐蝕性探討 0 習(xí)4 0 飛 . #? 哎 N 日 u L I # # # 常的電解質(zhì)一樣, 能有利于腐蝕過(guò)程的電荷遷移, 從 而促進(jìn)金屬的腐蝕 另外 , 由于局部結(jié)垢的存在, 易 形成垢下腐蝕, 造成穿孔等嚴(yán)重的局部腐蝕, 危害較 大 當(dāng)水中的硬度較大時(shí), 形成較完整的結(jié)垢層, 隨 0.30 0 L 地區(qū)水樣 0 . 20 0 0 一 10 0 U 八 了 尸 缺 義! 戶 丫 歡: 空竺 , . d.n 甘 6 U2日 0洲 1州 ? 著水中堿度的增加,

17、碳鋼氧腐蝕速度逐漸下降 通過(guò)以上數(shù)據(jù)和分析可以看出, L 地區(qū)補(bǔ)充水 . B 地區(qū)水樣 J 1 卜 l 口 . 汀 一U , n 壓 . 口 O U 藝n 是屬于高堿度低硬度的水, 很難在金屬表面生成完 整的沉淀保護(hù)膜, 且水中電解質(zhì)及水的流動(dòng)具有很 圖 1 碳鋼在 B 和 L 兩地水樣中腐蝕電流密度隨時(shí)間 的變化曲線 強(qiáng)的去極化作用, 所以顯示較大腐蝕性, 而 B 地區(qū) 補(bǔ)充水的硬度和堿度都要遠(yuǎn)高于L 地區(qū) 3 結(jié)論與建議 水質(zhì)分析 # 電化學(xué)測(cè)試法和失重法測(cè)得的結(jié)果 是一致的, 即相對(duì) B 地區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水而 言, L 地區(qū)的補(bǔ)充水由于硬度較低 # 堿度較高具有較 強(qiáng)的腐蝕性, 因而

18、表現(xiàn)為 L 地區(qū)生產(chǎn)基地循環(huán)水管 道腐蝕問(wèn)題比較突出 因此建議加強(qiáng)水質(zhì)管理, 嚴(yán) 圖Z L 地區(qū)水樣中電化學(xué)試驗(yàn) 161 h 后的試樣 格控制有關(guān)指標(biāo)符合工藝規(guī)定要求, 調(diào)整水質(zhì), 適當(dāng) 提高水的硬度, 減緩腐蝕反應(yīng)速度 參考文獻(xiàn) : 1 ? 吳玉蘭. 循環(huán)冷卻水質(zhì)的研究 ( ?, 遼寧:東北大學(xué) , D 2 00 6 :8一 9 , 20 . 2 周本省. 工業(yè)水處理技術(shù) ( ? 北京 :化學(xué)工業(yè)出版 M . 社, 1997:41一44. 3 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì). 腐蝕試驗(yàn)方法與防腐蝕檢測(cè)技 術(shù)仁 . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1 9 :3& 明 96 圖 3 B 地區(qū)水樣中電化學(xué)試驗(yàn) 16 h 后的試樣 1 4 王曉偉. 低硬度循環(huán)冷卻水系統(tǒng)碳鋼防腐蝕的研究 仁 . 武漢:武漢大學(xué),2003:1 ? 明 1 節(jié). 開 令J 沖 書 遨沖 甲 中, j 沖 甲悶 沖叭乙 沖, J 沖 , # . 開乍月產(chǎn) 個(gè)J 口尸入 沖叭J 丹刃明曰 , 月 明卜 L 曰明閣 個(gè)個(gè)悶沂 , 月 循環(huán)水系統(tǒng)中腐蝕機(jī)理討論 在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中, 由于冷卻水與大 氣在冷卻塔 內(nèi)充分接觸, 因此水 中的溶解氧處于飽 和狀態(tài) 溶解氧是 陰極 的去極 化劑 , 它的存在會(huì)加 (上接第 980 頁(yè)) 從工業(yè)應(yīng)用情況來(lái)看, LX 3O32