軟化水供熱系統(tǒng)的腐蝕特性及防腐措施的研究

1、包頭某熱電廠供熱系統(tǒng)的腐蝕特性及防腐措施研究張晶晶，陳莉榮 （內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）摘要 針對包頭某熱電廠供熱系統(tǒng)存在的軟化水腐蝕問題進(jìn)行了分析研究，研究結(jié)果表明：管道內(nèi)壁的腐蝕為氧腐蝕，主要影響因素為DO，其次為pH值；為了解決腐蝕問題，提出了一種以異抗壞血酸鈉為主要成分的復(fù)合緩蝕劑，復(fù)合配方中的各組分之間存在著協(xié)同作用，能很好的抑制具有較強(qiáng)腐蝕性軟化水中設(shè)備的腐蝕。軟化水水質(zhì)pH值為10并且藥劑濃度為150mg/L時(shí)，在此條件下碳鋼的腐蝕率僅為0.0303mm/a。關(guān)鍵詞 異抗壞血酸鈉；軟化水；供熱；防腐；緩蝕劑Study of corrosion cha

2、racteristic and anticorrosion measures for the heat supply system in a thermal power plant in BaotouZhang Jing Jing，Chen li rong（College of Energy and Environment，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou014010，China ）Abstract：This article analyses the problem aiming at the softened

3、 water corrosion on the heat supply system in a thermal power plant in Baotou，Results showed that：corrosion in the inner surface of pipe is oxygen corrosion，the main influence factors for the DO，followed by the pH value；In order to solve the corrosion problem，a new compound corrosion inhibitor with

4、Sodium erythorbate as a main component was studied，synergistic effect exists in the respective components of the composite formula，and it can resist corrosion on the equipment in the softened water with strong corrosion. and the mass concentration of 150mg/L，Under this conditions，the corrosion rate

5、of carbon steel is only 0.0303mm/a . Key words：Sodium erythorbate；softened water；heat-supply system；anticorrosive；corrosion inhibitor包頭某熱電廠供熱系統(tǒng)利用換熱裝置回收該熱電廠的余熱為該廠冬季供暖。換熱裝置由蒸發(fā)器、冷凝器及連接導(dǎo)管等組成。首先通過蒸發(fā)器從熱源中吸熱，蒸發(fā)變成蒸氣后經(jīng)導(dǎo)管流向冷凝器，在冷凝器中向供暖系統(tǒng)的循環(huán)水放熱，凝結(jié)流回蒸發(fā)器。以此循環(huán)往復(fù)不斷地把熱量從蒸發(fā)器輸送到冷凝器，達(dá)到高效傳熱的目的。該供熱系統(tǒng)為封閉式熱水循環(huán)系統(tǒng)，供熱的循環(huán)水通過熱

6、管系統(tǒng)的冷凝器被加熱到所需的溫度，在冬季被輸送到各個(gè)廠區(qū)取暖。供暖溫度由室外最低氣溫決定，一般供水溫度為50-70，嚴(yán)寒時(shí)供水溫度為80-90。該供熱系統(tǒng)中的補(bǔ)充水為鍋爐車間供給的軟化水，由于該熱電廠對補(bǔ)充水未采取任何的除氧措施，使得水中含有大量的溶解氧，對金屬具有相當(dāng)強(qiáng)的腐蝕性。同時(shí)，供水溫度較高，增加了腐蝕速度和氧的擴(kuò)散速度，從而加速了金屬表面的陰陽極過程，因此加大了該供熱系統(tǒng)腐蝕控制的難度1,2。本文主要研究了該熱電廠供熱系統(tǒng)腐蝕的主要影響因素，針對其腐蝕特性提出了有效的防腐措施。1試驗(yàn)部分1.1試驗(yàn)藥劑與試驗(yàn)儀器試驗(yàn)藥劑：異抗壞血酸鈉和丙酮肟為化學(xué)純試劑，六偏磷酸鈉、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅

7、、丙酮、無水乙醇、六次甲基四胺、氨水、氫氧化鈉、鹽酸，均為分析純試劑。試驗(yàn)儀器：電子分析天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、恒溫試驗(yàn)箱（上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）、500mL錐形瓶、電熱恒溫水浴鍋（北京科偉永興儀器有限公司）、250mL溶氧瓶、JPB-607型溶氧儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、金相砂紙、濾紙、尼龍繩、脫脂棉等。試驗(yàn)材料：試樣碳鋼A3 I 型，尺寸為50mm×25mm×2mm。1.2 試驗(yàn)方法除氧性能的測定方法在溶氧瓶中加入一定量的異抗壞血酸鈉，然后加入試驗(yàn)用水，搖勻水封，將其置于恒溫水浴鍋中，30min后用JPB-607型溶氧儀測定其溶解氧的含量，由所測溶解

8、氧含量的變化計(jì)算除氧率，同時(shí)，做未加除氧劑的空白試驗(yàn)。除氧率b按（1）式計(jì)算： （1） 式中：-未加除氧劑前軟化水中的溶 解氧量，mg/L； -投加除氧劑后軟化水中的溶解氧量，mg/L。緩蝕性能的測定方法參照GB/T 18175-2000水處理劑緩蝕性能的測定，采用靜態(tài)掛片失重法測定腐蝕率和緩蝕率，試驗(yàn)溫度50，試驗(yàn)時(shí)間72h。試驗(yàn)用水取自包頭市某熱電廠供熱系統(tǒng)軟化水。腐蝕率x按（2）式計(jì)算： （2） 式中： m一試片質(zhì)量損失，g； m0一試片酸洗空白試驗(yàn)的質(zhì)量損失平均值，g； s一試片表面積，cm2； 一試片密度，g/cm3； t一試驗(yàn)時(shí)間，h； 8760一與一年相當(dāng)?shù)男r(shí)數(shù)，h/a；緩蝕率

9、按（3）式計(jì)算： （3） 式中：一試片在未加水處理劑空白試驗(yàn)中的腐蝕率，mm/a； x一試片在加有水處理劑試驗(yàn)中的腐蝕率，mm/a。2 結(jié)果與討論2.1 試驗(yàn)水質(zhì)分析以包頭市某熱電廠供熱系統(tǒng)軟化水為試驗(yàn)原水，其水質(zhì)分析如表1所示。表1 軟化水水質(zhì)分析結(jié)果Table 1 Results of the heating softened water quality analysis 指標(biāo)數(shù)值pH6.8溫度/15總堿度/（mg/L）92.6總硬度/（mg/L）4.6Ca2+/（mg/L）3.7SO42-/（mg/L）107.3Cl-/（mg/L）127.1Fe3+/（mg/L）0.011總?cè)芙夤腆w/（

10、mg/L）295DO/（mg/L）10.2采用Ryznar穩(wěn)定指數(shù)（RSI）法4來判斷試驗(yàn)用水的腐蝕或結(jié)構(gòu)傾向，其計(jì)算公式如（4）所示：RSI=2pHspHa （4）式中 pHs 一在實(shí)際水質(zhì)條件下的飽和pH值 pHa一水的實(shí)測pH值當(dāng)RSI6時(shí)，水質(zhì)有結(jié)垢傾向；當(dāng)RSI=6-7時(shí)，水質(zhì)基本穩(wěn)定；當(dāng)RSI7時(shí)，水質(zhì)有腐蝕傾向。根據(jù)水質(zhì)分析的有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得： pHs=9.18，RSI=11.56對比分析可知：RSI指數(shù)遠(yuǎn)大于7，由此可以判斷試驗(yàn)用水屬強(qiáng)腐蝕型水質(zhì)。對照供熱采暖系統(tǒng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（DBJ01-619-2004）的水質(zhì)要求，由水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可知，該試驗(yàn)用水中的溶解氧含量超標(biāo)約100倍，pH值

11、偏低。2.2 腐蝕產(chǎn)物分析采用X射線衍射技術(shù)對供熱管道內(nèi)壁的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖1所示。圖1 管道內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物分析結(jié)果 Fig.1 Results of the internal corrosion production with pipe analysis 采用MDI Jade軟件分析X-射線衍射圖譜，在物相檢索前應(yīng)先建立一個(gè)PDF卡片索引，然后限定樣品中可能存在的元素或化學(xué)成分等條件進(jìn)行物相檢索，將所測樣品的圖譜與PDF卡片庫中的標(biāo)準(zhǔn)卡片一一對照，檢索出圖譜中的物相。管道內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物分析結(jié)果表明：腐蝕產(chǎn)物的主要成分為Fe3O4、Fe2O3和FeO(OH)。由于管道材質(zhì)中并沒有氧元

12、素而腐蝕產(chǎn)物中出現(xiàn)了鐵的氧化物及氫氧化物，表明氧參與了腐蝕的過程。綜合以上檢測分析結(jié)果可知：該供熱系統(tǒng)管道內(nèi)壁的腐蝕為氧腐蝕，主要影響因素為DO，其次是pH值。2.3 除氧試驗(yàn)結(jié)果分析采用JPB-607型溶氧儀對異抗壞血酸鈉、丙酮肟進(jìn)行除氧性能評價(jià)，主要考察了藥劑濃度、pH值及溫度對兩者除氧性能的影響。2.3.1 藥劑濃度對除氧劑除氧性能的影響試驗(yàn)測定了異抗壞血酸鈉、丙酮肟的除氧性能，反應(yīng)時(shí)間為30min，溫度為40，pH值為6.8。結(jié)果如圖2、3所示。圖2 異抗壞血酸鈉濃度與除氧率的關(guān)系Fig.2 Relationship between deaerator ratio and concen

13、tration of Sodium erythorbate 由圖2可以看出，當(dāng)異抗壞血酸鈉濃度較低時(shí)，除氧率隨著濃度的增大而增大，異抗壞血酸鈉濃度為50mg/L時(shí)，除氧率為30.23%，當(dāng)異抗壞血酸鈉濃度為150mg/L時(shí)，除氧率達(dá)到了61.63%，之后隨著其濃度的增加，除氧率基本保持不變。其可能原因是異抗壞血酸鈉與溶解氧的反應(yīng)已達(dá)到了反應(yīng)平衡。異抗壞血酸鈉具有較好的除氧性能是因?yàn)楫惪箟难徕c不僅本身有很強(qiáng)的除氧效果，其與氧反應(yīng)的中間產(chǎn)物也有一定的除氧性能。其與氧反應(yīng)的機(jī)理5：異抗壞血酸鈉分子中具有烯醇的結(jié)構(gòu)，含有易于脫氫的基團(tuán)，在水溶液中與氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得水中的氧得以去除。 圖3 丙

14、酮肟濃度與除氧率的關(guān)系 Fig.3 Relationship between deaerator ratio and concentration of Acetone oxime從圖3可知，在丙酮肟濃度較低時(shí)，其除氧率隨著濃度的增加而提高，當(dāng)其濃度為50mg/L，除氧率為25.58%，當(dāng)濃度增加到200mg/L，除氧率僅上升至27.91%，丙酮肟濃度為200mg/L時(shí)的除氧率還不及異抗壞血酸鈉濃度為50mg/L時(shí)的除氧率?？梢?，丙酮肟具有一定的除氧性能，但其除氧性能遠(yuǎn)不如異抗壞血酸鈉的除氧效果好。綜上可得，在上述實(shí)驗(yàn)條件下，異抗壞血酸鈉的最佳投加量為150mg/L，丙酮肟的最佳投加量為50mg

15、/L。2.3.2 pH值對除氧劑除氧性能的影響試驗(yàn)研究了不同pH條件下異抗壞血酸鈉、丙酮肟的除氧性能，藥劑投加量為上述所得最佳投加量，反應(yīng)時(shí)間為30min，溫度為40，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值使其變化范圍為7-12。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖4 pH值與除氧率的關(guān)系Fig.4 Relationship between deaerator ratio and pH values由圖4可以看出，在投藥量一定時(shí)，一定范圍內(nèi)兩種藥劑的除氧率均隨著pH值的增大而提高，當(dāng)pH值為10時(shí)，異抗壞血酸鈉的除氧率達(dá)到了80.24%；此時(shí)，丙酮肟除氧效果不是很理想，其除氧率仍較低僅為37.15%，之后兩種藥劑的除氧率隨

16、著pH值的增大基本保持不變?？梢姡惪箟难徕c的除氧率受pH值的影響較大，增大pH值可以使其除氧率有很大的提高，其原因?yàn)樵龃髉H值時(shí)，OH-離子在金屬表面形成保護(hù)膜，從而減緩了氧的腐蝕，使得更多的氧能夠與除氧劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因此除氧率有所高；且異抗壞血酸鈉的除氧效果遠(yuǎn)高于丙酮肟。2.3.3 溫度對除氧劑除氧性能的影響試驗(yàn)研究了不同溫度下兩種藥劑的除氧性能，其溫度變化為40-80，pH值為6.8，反應(yīng)時(shí)間和投藥量同上。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。圖5 溫度與除氧率的關(guān)系Fig.5 Relationship between deaerator ratio and temperatures從圖5可以看出

17、，丙酮肟的除氧率隨著溫度的升高而增加，但隨著溫度的不斷增加其除氧率增加速度越來越小，溫度為40時(shí)，除氧率為25.58%，當(dāng)溫度達(dá)到50時(shí)，其除氧率為37.21%，比40時(shí)的除氧率增大約12，之后隨著溫度的增加，其除氧率增加的比較慢，基本處于穩(wěn)定，溫度為80時(shí)的除氧率為45.53%；異抗壞血酸鈉的除氧率隨溫度的變化比較小，40時(shí)，其除氧率為61.63%，當(dāng)溫度達(dá)到80時(shí)，除氧率僅為72.09%，除氧率約增大了10%。雖然異抗壞血酸鈉的除氧率隨溫度的變化不如丙酮肟的明顯，但其除氧性能仍優(yōu)于丙酮肟。結(jié)果表明，異抗壞血酸鈉和丙酮肟的除氧率均隨著溫度的升高而增加，其原因?yàn)樯邷囟忍岣吡朔磻?yīng)的活化能分子數(shù)

18、，除氧率必然有一定的提高；同時(shí)隨著溫度的升高，氧的擴(kuò)散速率也會(huì)增大，反應(yīng)速度加快，使得藥劑與氧很快反應(yīng)完全，即達(dá)到一定溫度后，除氧率基本保持穩(wěn)定。雖然異抗壞血酸鈉的除氧效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于丙酮肟，但其在實(shí)踐中應(yīng)用的可行性還需要做緩蝕試驗(yàn)來進(jìn)一步的驗(yàn)證。溫度的升高可以增大除氧率，但是升高溫度金屬的腐蝕速度也會(huì)增大，綜合多方面因素考慮，選擇在溫度50及pH值為10條件下做緩蝕試驗(yàn)。2.4 緩蝕試驗(yàn)結(jié)果分析2.4.1 異抗壞血酸鈉對碳鋼的緩蝕性能試驗(yàn)采用靜態(tài)掛片失重法對異抗壞血酸鈉的緩蝕性能進(jìn)行評價(jià)。試驗(yàn)溫度50，pH值10，運(yùn)行時(shí)間72小時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。圖6 異抗壞血酸鈉濃度與緩蝕效果的關(guān)系Fig

19、.6 Relationship between inhibition effect and concentration of Sodium erythorbate 從圖6可以看出，異抗壞血酸鈉在較低用量時(shí)即具有一定的緩蝕性能，隨著其濃度的增加，腐蝕速率逐漸降低，緩蝕速率逐漸增大，異抗壞血酸鈉的濃度為50mg/L時(shí)，緩蝕率為58.35%，腐蝕率為0.0905mm/a，當(dāng)其濃度在150mg/L時(shí)，緩蝕率達(dá)到了76.71%，腐蝕率僅為0.0506mm/a，之后隨著異抗壞血酸鈉濃度的增大，緩蝕效果基本保持穩(wěn)定。其緩蝕機(jī)理主要是異抗壞血酸鈉具有鈍化、還原作用。異抗壞血酸鈉與水中的溶解氧快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，

20、使得水中溶解氧的含量降低，減緩了氧腐蝕的速度，此外，提高pH值也可以減緩氧腐蝕的速度；同時(shí)，異抗壞血酸鈉還是一種較強(qiáng)的金屬鈍化劑，能在碳鋼表面形成致密的保護(hù)氧化膜，從而抑制金屬的腐蝕。異抗壞血酸鈉具有一定的緩蝕效果，但是為了進(jìn)一步提高緩蝕效果，減少藥劑的投加量，我們經(jīng)過大量的緩蝕劑配方篩選試驗(yàn)，篩選出以異抗壞血酸鈉為主要成分的復(fù)合緩蝕劑，復(fù)合緩蝕劑的最佳配比為異抗壞血酸鈉：六偏磷酸鈉：葡萄糖酸鈉=6：2：1?？紤]到鋅鹽本身也是一種陰極型緩蝕劑，其成膜速度快，與其它緩蝕劑復(fù)合使用時(shí)，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)；因此，在復(fù)合緩蝕劑中加入了一定量的鋅鹽，使溶液中Zn2+離子濃度為2mg/L。2.4.2 復(fù)合緩蝕劑

21、對碳鋼的緩蝕性能試驗(yàn)根據(jù)最佳配比配制一定濃度的復(fù)合緩蝕劑，試驗(yàn)條件同上，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。圖7 復(fù)合緩蝕劑濃度與緩蝕效果的關(guān)系Fig.7 Relationship between inhibition effect and concentration of compound inhibitor 從圖7可以看出，緩蝕效果隨著藥劑濃度的增大而提高，濃度為50mg/L時(shí)，緩蝕率為66.95%，腐蝕率為0.0732mm/a，濃度為100mg/L時(shí)，其緩蝕率和腐蝕率分別為77.23%和0.0504mm/a，此時(shí)的緩蝕效果與相同條件下濃度為150mg/L時(shí)異抗壞血酸鈉的緩蝕效果相當(dāng)；當(dāng)濃度達(dá)到150mg/L時(shí)，緩蝕率為86.31%，腐蝕率僅為0.0303mm/a，之后緩蝕效果變化的比較緩慢，由此可知，復(fù)合緩蝕劑在軟化水中對碳鋼具有較好的緩蝕效果，其緩蝕效果優(yōu)于單體藥劑。其原因?yàn)楫惪箟难徕c是一種高效除氧劑、金屬鈍化劑，同時(shí)還是一種陽極型緩蝕劑，使陽極極化增大，降低了陽極反應(yīng)的速度；六偏磷酸鈉是一類陰極型緩蝕劑，使陰極極化增大，降低了陰極反應(yīng)的速度；葡萄糖酸鈉是一種含有多個(gè)羥基和羧基的吸附膜型緩蝕劑，其吸附膜比較穩(wěn)定，具有較好的緩蝕效果；鋅鹽能夠彌補(bǔ)六偏磷酸鈉、葡萄糖酸鈉成膜慢的缺點(diǎn)，增強(qiáng)復(fù)合緩蝕劑的緩蝕效果5-7。3 結(jié)論（1） 通過水