生產實踐Production Practice循環(huán)水管道腐蝕原因分析:楊培燕'張繼恒’顧寶珊’李黎’董小冬2劉汝平?楊國賢(1.中國鋼研科技集團有限公司先進金屬材料涂鍍國家工程實驗室，北京100081;2.廊坊天海高壓容器有限公司，河北廊坊065000)摘要:用室內模擬實驗、電化學實驗、水質分析、腐蝕產物的成分分析和XRD分析等方法，對某壓力容器廠碳鋼循環(huán)水管道腐蝕穿孔原因進行了分析。結果表明:碳鋼在冷卻水中的腐蝕主要是由溶解氧引起的電化學腐蝕，腐蝕的主要原因是，該廠補充水源為嚴重腐蝕性水。關鍵詞:循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕原因水質分析 腐蝕性水中圖分類號: TG172.5文獻標識碼: A文章編號: 1008-7818(2011)02-0023-07Causes of Corrosion in the Circulating Water SystemYANG Peiyan', ZHANG J-heng, GU Bao-shan',uu', DONG Xiao dong', LIU Ru-ping, YANG Guo-xian?(1. National Engineering Laboratory for Advanced Coatings Technology of Metal Material, China lron &Steel Research Institute Group, Bejjing 100081, China;2. LangFang TianHai High Pressure Container Co., Ltd, Langfang 065000 China)Abstract: The causes of corrosion in the circulating water system at Langfang plant have been studiedby means of rotary coupon corrosion tests, linear polarization, water quality research, X -ray diffraction(XRD) and scanning electron microscope(SEM). The results demonstrated that the corrosion of steelcarbon in the circulating water system was caused mainly by the electrochemical corrosion of dissolvedoxygen in the water. The main reason of corrosion was that the added water in recycling circulating watersystems was the corrosive water.Key words: circulating water system; corrosion cause; water quality research; corrosive water0引言量也越來越高，循環(huán)水管道腐蝕年以上， 沒有明顯腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。問題逐漸突出"。由于B地區(qū)的補充水源為該隨著我國水資源的日益貧某壓力容器有限公司是一家地區(qū)深井水， 而地區(qū)的補充水源乏，工廠對節(jié)約用水的意識也在生產高壓容器的廠家，該公司在B為該地區(qū)自來水， 因此，本文通逐漸增強，因此，循環(huán)冷卻水成為;地區(qū)和L地區(qū)有兩個生產基地，兩過對L地區(qū) 的腐蝕管道進行失效分大部分工廠用水量的主要組成部個生產基地的循環(huán)水管道材質基本析, 對B和L兩地區(qū)的水質進行分分，工業(yè)冷卻水循環(huán)后，雖然大相同，L地區(qū)的設備2008年初投入析， 以及腐蝕試驗對比，對管道幅度地節(jié)約了用水量，但從技術使用，管道使用7個月，進行維護腐蝕的原因和機理進行 了研究和和管理上對設備運營提出更高的檢修時發(fā)現(xiàn)循環(huán)水管路發(fā)生了較嚴探討， 在此基礎上對今后如何減要求。特別是近年來隨著補充水重的腐蝕，而B地區(qū)的設備使用5少或防 止此類腐蝕的發(fā)生提出了質的逐年惡化，循環(huán)水中的雜質含作者簡介:楊培燕(1978-) ，女，碩士，工程師，主要從事腐蝕與防護方面的研究工作。全面腐蝕控制23同生產實踐品Production Practice公司提供的自來水或試驗室去離旋轉 速度大約40轉/min，懸掛時子水配制。三電極系統(tǒng)浸泡在試間分 為四個周期，每個周期間隔1試驗方法驗介質中，電極與金屬腐蝕測試18天。1.1腐蝕產物分析儀的對應接頭連接，并使用定時1.4 水質分析首先通過現(xiàn)場觀察以及現(xiàn)巡回數(shù)據(jù)記錄儀打印記錄研究電循環(huán)水系統(tǒng)中，最可能出現(xiàn)場拆卸下來的腐蝕試樣的宏觀觀極的極化電流，通過測定極化電的問題 就是結垢和腐蝕問題，因.察，對管道的腐蝕程度以及形貌流的變化，確定極化阻率和腐蝕此， 必須先對循環(huán)冷卻水水質進進行初步了解。由于管內壁油污速率。行分析，主要考慮pH值、鈣硬較嚴重，為便于進一步清晰觀1.3室內模擬試驗度、總堿度、水溫、總溶解固體察，對某些管壁進行了清洗。最用靜態(tài)掛片失重試驗和動態(tài)旋五個重 要因素，判斷水質的基本后選取較為典型的腐蝕部位，利轉掛片試驗測定水樣的侵蝕性"，依 據(jù)采用飽和指數(shù)L.S.I和穩(wěn)定指用掃描電子顯微鏡(SEM)對表試片為Q235-B的標準腐蝕試片數(shù)R.S.1I, 本研究主要研究了該公面腐蝕產物進行微觀形貌觀察與(40mm x 20mm x3.5mm)。試司補充水的水質。能譜分析，取有代表性的腐蝕產驗溫度為40C+1C，試驗介質為其中硬度、堿度指標均以每物部位，采用X-Ray衍射儀(XRD)在L地區(qū)和B地區(qū)現(xiàn)場采集水樣及升中 所含CaCO,的毫克數(shù)表示，進行定性分析。模擬現(xiàn)場情況，根據(jù)研究需要實分析方法參 考標準"。1.2電化學試驗驗室所配制的溶液。2試驗結果與討論采用同種材料三電極體系進靜態(tài)模擬試驗:試驗時每個行線性極化，用自凝牙托粉封裝容器內掛三個試片，計算平均腐2.1腐蝕產物分析碳鋼試片,暴露面積為1.00cm2,蝕率，常壓開口條件;懸桂時間;選取較為典型的腐蝕部位，使用同材、同形、同大的材料分為四個周期， 第-周期為5天，利用掃描電子顯微鏡(SEM)對制成研究電極、輔助電極和參比第二周期為10天，第三周期為15表面腐蝕產物進行微觀形貌觀察電極，三支電極呈等邊三角形排天，第四周期為20天，每周期更與能譜分析，分析結果如圖1圖列，組成同種材料三電極系統(tǒng)”，換一次溶液。5所示。試驗介質為廊坊現(xiàn)場采集水樣，動態(tài)模擬試驗:試驗儀器為通過對低壓管段的成分分及模擬現(xiàn)場情況，根據(jù)研究需要RCC-I型旋轉掛片腐蝕實驗儀，每析，可以看出主要有Fe、Mn.實驗室所配制的溶液，溶液用該個旋轉桿裝3個試片，體系敞開，Ca, Si、 AI以及C、0等元素，腐圖1低壓管內璧 腐蝕坑內的小孔微觀形貌(12X)圖2低壓管內壁腐蝕坑成分掃描圖(30X)24TOTAL CORROSION CONTROL生產實踐苑Production Practice ADElement HYc% ”AP%極化度高，半徑小，因此，具有很CK 07.01 I 16.14高的極性和穿透性，易優(yōu)先吸附于OK29.59 51.18金屬表面，特別是在金屬表面成AIK00.2900.30膜有缺陷或薄弱處或者在有縫隙的SiK01.76 01.74地方及應力集中的小孔處密集。在SK00.46 00.39孔蝕發(fā)展過程中，隨著蝕孔內金屬CaK00.42 .MnK 0.51] 0.26離子的不斷增多,為保持電中性，F(xiàn)eK 59.96 29.70孔外CI優(yōu)先向蝕孔內遷移，引起Matrir Correction 7AF蝕孔內進- -步酸化，使蝕孔內處于HCI腐蝕環(huán)境下，促使孔內金屬的圖3低壓管段內壁腐蝕坑位置1能譜分析圖不斷溶解，并伴隨著H,的生成，ElementWr%Ar%反應如下:CK05.33 12.752HCl+Fe→FeCl+H229.63| 53.17Si00.68| 00.70溶液中CI的存在,加速了孔S00.44 00 40蝕的自催化腐蝕過程，CI濃度越CIK00.23 00.19高，孔蝕速度越快。CuK00.31 00.23在低壓直管段選取平整部MnK00.67| 00.35位進行X射線衍射(以下簡稱為FeK62.70| 32.23XRD)分析，結果如圖6所示。通過XRD的成分分析可以看出，腐蝕產物的主要成分為Fe的圖4低壓管段 內璧腐蝕坑位置2能譜分析圖氧化物Fe2O.或Fe2O,以及Fe的硫EleimentW2% Ar%CK 05.58| 13.22化物以及氯化物，還有CaCO,和OK 29.49 52.41MgO等，這個結果與能譜分析的AIK 00.31] 00.33結果基本一致。SiK 01.02 01.032.2電化學實驗SI00.16 00.14(1)在L地區(qū)和B地區(qū)補充00.16 00.13CaK 02.63 01.87水中的電化學腐蝕情況比較，見MnK 00.81 00.42圖7。FeK 59.84 30.47從極化曲線圖可以看出試樣Matrix Corretion 7AF在L地區(qū)補充水中的腐蝕速率要高圖5低壓管段內壁 腐蝕坑位置3能譜分析圖于B地區(qū)的，從試驗后各試樣的腐蝕產物基本上為鐵的氧化物或少物區(qū) 別不大，基本上仍然是以鐵蝕形貌上觀察，碳鋼在B地區(qū)補量的水垢成分。的氧化物為主，但是坑內的腐蝕充水中的腐蝕形貌以均勻腐蝕為通過對腐蝕坑內外的腐蝕產產物中 含有C1元素，而平整部分主，而在L地區(qū)補充水中的腐蝕形物進行分析比較，結果見能譜圖的成分 中沒有分析出Cl元素，這貌主要是局部腐蝕，局部腐蝕的3圖5，可見腐蝕坑內的腐蝕產 說明平整部分不含或者含有極微危害要遠遠大于均勻腐蝕。物元素組成與平整部分的腐蝕產量的CI元素， 這是因為氯離子的(2)在各種不同藥劑溶液中全面腐蝕控制25可生產實踐Production PracticeCort009C:地區(qū)科無水]: 005-三0002002200000012010100時間(h)圖7碳鋼在B和L兩地補 充水中電流密度隨時圖6低壓管段x射線衍射圖譜間的變化曲線的腐蝕情況比較。形貌上都可以看出，在PAC溶液率進行了比較， 見表3。根據(jù)委托方提供的資料，中的試樣 腐蝕最嚴重。從表3中可以看出，在各個周該廠向循環(huán)水中主要添加PAC、(3)各種混合溶液中的電化期中， 碳鋼在L地區(qū)補充水中的腐PAM和石墨三種藥劑進行水處學腐蝕情況。蝕速率都要高于B地區(qū)的，這與電理。為了研究三種藥劑對碳鋼的從表2和圖9可以看出隨著混化學試驗的結果是- -致的。腐蝕是否有影響，分別研究了碳合溶液濃度增加， 其腐蝕電流密2.3.2 動態(tài)旋轉掛片試驗鋼在三種介質中的腐蝕情況，為度增大， 通過調節(jié)溶液的pH值旋轉掛片試驗主要對碳鋼在了消除水的影響，所有的溶液均至中性， 溶液的腐蝕率都有所下PAC溶液和10倍混 合溶液中以及用去離子水配制。降，說明調節(jié)pH值的方法降低腐它們調節(jié)pH之 后的溶液的腐蝕率從表1和圖8可以看出，石墨蝕率是有 效的。進行比較，見表4。乳溶液和PAM溶液pH值呈堿性和2.3 室內模擬試驗從表4中可以看出，1%PAC中性，其腐蝕較輕，而PAC溶液2.3.1 靜態(tài)浸泡試驗溶液和10倍混合溶液的pH值均呈pH值呈酸性，腐蝕較嚴重。從極通過靜態(tài)浸泡試驗，對碳鋼酸性， 試樣在該兩種溶液的腐蝕化曲線圖和試驗后各試樣的腐蝕在L地區(qū) 和B地區(qū)補充水中的腐蝕率較高， 通過調節(jié)PAC溶液和混合溶液的pH值至中性都能有效的表1各藥劑中極化電流密度和腐蝕率比較試驗介質試驗前pH值試驗后pH值極化阻率(R)腐蝕電流密度(mAcm)降低溶液對試樣的腐蝕率，而且通過動態(tài)模擬試驗可以看出，碳1%石墨乳9.989.3852630.0038 .鋼在L地區(qū)補充水中的腐蝕率本身1%PAM8.338163 ;0.0024就比較高，從靜態(tài)模擬和電化學1%PAC3.83.086410.0312試驗對兩地區(qū)補充水的腐蝕率比表2 .不同混合溶液中極化電流密度比較試驗介質試驗前pH值試驗后pH值極化阻率(R,)腐蝕電流密度(mA-cm)原始濃度混合溶液6.616.461341.380.014910倍濃度混合溶液3.733.61782.170.025610倍濃度混合溶液(調pH=7)7.045.26795.230.025220倍濃度混合溶液3.483.49544.960.036720倍濃度混合溶液(調pH=7)5.63735.290.0272注:溶液均用廊坊自來水配制:混合溶液是根據(jù)該公司提供的情況,用石泰. PAC和PAM三種藥劑混合而成，其濃度根據(jù)天海公司提供的每天自來水循環(huán)量及所加藥劑的量計算出近似濃度。26TOTAL CORROSION CONTROL生產實踐吊Production Practice品03020-原始濃度混合溶液一■-1石墨乳溶液.1% PAM溶液10倍米度混合平液( p=7)025-↑.1 PAC路液百014-0z020倍濃度混合溶液( pH=7)是0.12-型0.15g 0.10-010-008-005-0.06-000.02-2002040608010012014015019050 102025030300時間(b)時間(h)圖8在各種藥劑中電流密 度隨時間的變化曲線圖9各種混 合溶液中電流密度隨時間的變化曲線表3碳鋼浸泡在不同水質中各周期腐蝕率比較(g/h而)試驗介質第1周期平腐蝕率第2周期平均腐蝕率|第3周期平均腐蝕率 |第4周期平均腐蝕率L地區(qū)補充水0.13680.10560.10050.1288B地區(qū)補充水0.13060.09400.09870.1147表4碳鋼在L地區(qū)不同水樣中浸泡(動態(tài))各周期腐蝕率比較(g/h.m)第1周期腐蝕率第2周期腐蝕率第3周期腐蝕率第4周期腐蝕率0.77260.47050.38960.37581%PAC0.95570.65540.52510.32691%PAC溶液(pH=7)0.30620.11840.12160.083910倍濃度混合液0.38860.19590.1641，0.130910倍濃度混合液(pH=7)0.28090.16980.13050.1208表5現(xiàn)場采集水樣水質檢測結果因此，對L地區(qū)和B地區(qū)補充水水檢測結果質進行分析比較。檢測項目單位水質分析結果如表5所示。其溶解總固體mg/L376.6487.4中硬度、堿度指標均以每升中所氯離子57.1780.60含CaCO,的亳克數(shù)表示，分析方硫酸鹽69.1669.94法參考標準'。16.1875.92通過以上水質檢測數(shù)據(jù)，鎂3.3449.1在相關標準I)中查出相應的A.總鐵0.0470.021B、C. D的值，利用下式計算出pH值8.247.89pHs: pHs=(9.7+A+B)-(C+D)電導率μS/cm6.45X 1028.47X 102確定pHs后可用下列飽和指數(shù)溶解氧0.99.51和穩(wěn)定指數(shù)計算公式: L.S.I=pH-總硬度48433pHs，R.S.1.=2(pHs)-pH分 別計較也可以看出，L地區(qū)的都要高于2.4 水質分析算出飽和指數(shù)L.S.1和穩(wěn)定指數(shù)R.S.IL!S。B地區(qū)的。因此，該L地區(qū)補充水通過上述電化學和室內模擬水質很可能有問題，有必要進行試驗 分析的結果可以看出，碳鋼計算結果見表6。根據(jù)飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)可水質分析。:在L地區(qū)補充水中的腐蝕率較高，全面腐蝕控制27同生產實踐品Production Practice表6B和L兩補充水飽和指數(shù)計算結果水樣溫度ABpHsL.S.IR.S.IL地區(qū)水祥0.151.791.22.048.4-0.168.56B地區(qū)水樣35"C0.161.882.47.370.526.85對水的特性進行判斷。的腐蝕性因素有關，通過以上分的碳酸鈣膜， 將金屬表面隔離，飽和指數(shù)判斷依據(jù)":析我們可以看出，冷卻水的腐蝕防 止設備腐蝕。當L.S.1 =0時，既不析出垢，性與pH值、水中的離子、水中溶由于該循環(huán)水系統(tǒng)都為敞也不發(fā)生腐蝕;解氣體、以及水本身的硬度和堿開式， 冷卻水與大氣在冷卻塔內當L.S.I> 0時，傾向于結垢析度有關。充分接觸，因此，水中的溶解氧出。L值越大，結垢的傾向也越大:通過以上分析可以看出，當處于飽和狀態(tài)。 特別是硬度較低當LSI<0時,即水具有腐蝕性溶液處于酸性時， 對碳鋼的腐蝕水 中的溶解氧對金屬的腐蝕起著性，L值越小，水的腐蝕性越強。比較嚴重，藥劑PAC的pH值呈酸重 要的作用，在腐蝕著的金屬表穩(wěn)定指數(shù)判定依據(jù)"1:性，因此，在添加藥劑時，要控面上， 它起著陰極去極化劑的作當R.S.I=6時，水中的CaCO3制好PAC藥劑的添加量， 而且監(jiān)用， 促進金屬的腐蝕。即使在氧處于平衡狀態(tài)，既不結垢，也不控好 整個循環(huán)水系統(tǒng)的pH值，使?jié)舛?很低的情況下，也能引起嚴腐蝕;其盡量保持在中性或弱堿性的環(huán)重的腐蝕。當R.S.I <6時，形成水垢，R境。 碳鋼在冷卻水中的腐蝕主要3結論越小，水越不穩(wěn)定，結垢傾向越是 由溶解氧引起的電化學腐蝕過嚴重:程，水中CI離子的存在加劇了腐(1)電化學測試法和失重法當R.S.I>6時，出現(xiàn)腐蝕，R蝕速度， 特別是加劇了蝕孔內部測得的結果是一致的，PAM和石越大，腐蝕的傾向越嚴重。的腐蝕。墨藥劑溶液呈中性和堿性，對碳從表6結果及根據(jù)飽和指數(shù)通過以上的水質分析可以看鋼的腐蝕影響不大，而藥劑PAC和穩(wěn)定指數(shù)判定依據(jù)，L地區(qū)水出， L地區(qū)的補充水硬度很低，低溶液呈強酸性，對管道的腐蝕影樣L.S.1<0，可以判定為腐蝕性水硬 度水之所以具有腐蝕性的原因響較大，通過調節(jié)溶液的pH值能質:而B地區(qū)水樣L.S.1>0,為結在于， 冷卻水中的硬度由鈣、鎂有效的降低碳鋼的腐蝕速率，因垢性水質。L地區(qū)水樣R.S.I.R>7.5 等 二價金屬離子組成，硬度的存此，要嚴格控制好PAC藥劑的添屬于嚴重腐蝕性水質:B地區(qū)水樣在能與氧化還原產物形成溶解度加量，而且監(jiān)控好整個循環(huán)水系R.S.1.=6.0 7.0, 水質基本穩(wěn)定，較小的氫氧化物。當水中碳酸氫統(tǒng)的pH值?？赡芪⒘拷Y垢或腐蝕。根堿度存在時，它們還能生成難(2)從電化學和靜態(tài)模擬數(shù)從表5中L地區(qū)和B地區(qū)補充溶的碳酸 鈣或碳酸鎂的沉淀沉積據(jù)以及水質分析數(shù)據(jù)可以看出，L地區(qū)補充水硬度較低，為嚴重腐水源的水質分析數(shù)據(jù)可以看出,在表面，形成氧擴散勢壘或金屬L地區(qū)補充水的總硬度遠遠小于B與氧的隔離層”。 當水的硬度較小蝕性水質，是引起管道腐蝕的根地區(qū)補充水，而L地區(qū)補充水的時， 很難在輸水管壁形成碳酸鈣本原因，因而表現(xiàn)為L地區(qū)生產pH值較高，屬于高堿性低硬度水薄膜， 使碳鋼表面裸露在水中，基地循環(huán)水管道腐蝕問題比較突質，這種水質是一種腐蝕性很強由 電化學作用等原因引起腐蝕。出。因此，建議加強水質管理，的水質。因此，應該適當增加水的硬度，嚴格控制有關指標符合工藝規(guī)定2.5循環(huán)水系統(tǒng)中腐蝕機理討論降水的飽和指數(shù)調節(jié)到輕微結垢要求，調整水質，適當提高水的冷卻水的腐蝕性與水中含有的程度， 使輸水管壁形成- -層薄硬度，減緩腐蝕反應速度。28TOTAL CORROSION CONTROL。生產實踐國Production Practice D參考文獻版社，1996: 38.[5]給水排水設計手冊第4冊工業(yè)給水處理[1] 桑俊珍.白翠霞.由衡水電廠循環(huán)水管(3)劉斌 齊公臺姚杰新.郭興蓬取水管道M].中國建筑工業(yè)出版社.200 350-353.道腐蝕引起的思考[J].華北電力技術，腐蝕穿孔原因分析D]腐蝕科學與肪護6|紀象民 徐松超換熱設備軟化水的腐蝕1998,6: 19-20.技術，2006. 18(2): 141-143.性分析U].化工裝備: 33-35.[2)中國腐蝕與防護學會腐蝕試驗方法與[4]周本省工業(yè)水處理技術[M].北京:化防腐蝕檢測技術[M].北京:化學工業(yè)出學工業(yè)出版社，1997: 41-43.(上接第18頁)圖6 E5104B管束腐蝕形貌之一圖7 E5104B管束腐蝕形貌之二3應對腐蝕泄漏的措施流板使流體在殼側呈連續(xù)柱塞狀重要。 曾有換熱器因忽視檢修質3.1嚴防水質污染螺旋流動，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)折流板量， 造成檢修后運行不到一-周的換熱器內的流動“死區(qū)" ,并且時間又發(fā)生泄漏，嚴重地影響生換熱器泄漏是致使設備腐蝕的要害。要進一步加強對換熱由于旋流產生的渦與管束傳熱界產， 因此，務必加強檢修質量管面邊界層相互作用，使湍流度大理，避免換熱器反復泄漏的情況器的泄漏檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏的換熱幅度增強，有利于提高殼側傳熱發(fā)生，確保生產設備安全穩(wěn)定長器，要盡快處理。如果不能立即膜系數(shù)，從而提高換熱效果，應周期運行。處理，應加官板隔離，防止有機加以推廣。物料和腐蝕性成分漏入循環(huán)水3.3提高材料的耐蝕性能中，造成水質污染和物料流失，循環(huán)冷卻水受污染后會造成設備可以利用滲鋁技術和金屬燒腐蝕加劇，形成惡性循環(huán)，因結涂料技術或是化學鍍等對金屬表面進行改性，提高材料表面的11中國腐蝕與防護學會盧奇敏箏.石袖工此，要嚴防水質污染，將換熱器業(yè)中的腐蝕與防護[M].北京:化學工業(yè)泄漏產生的影響控制到最低。耐蝕能力"。出版社2001, 180-187.[21趙敏，康強利,陸云海常頂換熱器腐蝕3.2水冷器采用螺旋式折流板3.4提高檢修質量失效分析及對策[].石油化工腐蝕與防加強檢修的質量管理尤為護2008, 25(4): 32-34.螺旋折流板換熱器的螺旋折全面腐蝕控制29暫25坐苗782011在5日