循環冷卻水系統冷卻器腐蝕速率的測定方法

李林潔

(中國石油撫順石化分公司，遼寧撫順 113001)

循環冷卻水系統冷卻器腐蝕速率的測定方法

李林潔

(中國石油撫順石化分公司，遼寧撫順 113001)

測定冷卻器管束平均年腐蝕速率的方法有靜態掛片質量損失法、旋轉掛片質量損失法和動態模擬質量損失法等許多種，但是無論哪種方法都是以一段時間內的管束腐蝕速率數據為基礎，從而推算出冷卻器管束平均年腐蝕速率。由于鋼鐵在水中短時間內腐蝕速率較高而后隨著時間的推移則逐漸趨于平緩，導致推算出來的平均年腐蝕速率產生較大誤差。介紹一種循環冷卻水系統鋼材平均年腐蝕速率的測定方法，通過幾年的現場放置掛片試驗，并與實驗室內旋轉腐蝕測試儀測試結果對比證明，此方法簡單可行，適合現場測試。

循環冷卻水系 腐蝕率 測定方法

腐蝕速率常用的測定方法有電化學測定法、電阻法、質量損失法和容量法等。其中電化學測定法又分為極化曲線法和線性極化法。在諸多腐蝕測定方法中，對于煉油廠循環冷卻水系統水質穩定劑緩蝕速率的評定，通常采用質量損失法。介紹了一種測定年腐蝕速率的新方法，與現場數據相比比較吻合。

1 質量損失法

質量損失法是評定金屬腐蝕速率的一種經典方法。根據金屬腐蝕的原理可知，金屬被腐蝕的過程就是金屬陽極溶解的過程，因此，金屬被腐蝕的結果是金屬質量損失，當然金屬表面的腐蝕產物必須清除干凈，否則不是質量損失而是質量增加。把金屬在單位面積上和單位時間內失去的質量作為評定金屬腐蝕速率的一個指標，此法即稱為質量損失法。用質量損失法測定腐蝕速率，通常又采用三種不同的測定方式:①靜態掛片質量損失法。②旋轉掛片質量損失法。③動態模擬質量損失法。

1.1 靜態掛片質量損失法

將金屬試片懸掛在靜止的水溶液中，稱取腐蝕后的金屬試片質量損失，然后用公式計算出金屬試片的腐蝕速率。通常做法是選擇與換熱器傳熱管材料相同的試片，經處理稱質量后，每兩片為一組，用木桿懸掛在循環冷卻水系統涼水塔的集水池內。試片在水池中的位置要適中，不能太低，否則容易被水池中的黏泥覆蓋，使測得的速率往往不是試片的真實腐蝕速率。同時也不能用鐵絲綁試片，這樣會因鐵絲與試片的材料不同而產生原電池腐蝕，使得測得的腐蝕速率出現偏差，因此要采用絕緣材料。經過一段時間后取出試片，經處理后稱質量，即可稱得試片的平均年腐蝕速率。這種方法雖然比較簡單，但是測得的腐蝕速率往往與實際有較大的差異。這是因為鋼鐵的腐蝕是一個十分復雜的化學和電化學反應的結果，它不僅與反應時間長短有關，同時也與水中溶解氧含量、二氧化碳含量、水的流速、以及水溫等密切相關，詳見圖1～圖4。

圖1 水中CO2含量對碳鋼腐蝕速率的影響Fig.1 The influence of CO2content in water on the corrosion rate of carbon steel

圖1表明水中二氧化碳含量越高碳鋼的腐蝕速率就越高;圖2表明水中氧含量增高時碳鋼的腐蝕速率增高、但當氧含量達到臨界點時碳鋼的腐蝕速率反而隨著氧含量的增高而下降;圖3表明在密閉體系中碳鋼的腐蝕速率是隨著水溫的升高不斷增高的，而在開放體系中碳鋼的腐蝕速率開始是隨著水溫的升高而增高的，但當水溫超過80℃時腐蝕速率反而下降;圖4表明水的流速對碳鋼腐蝕速度的影響是起伏不定的。

圖2 蒸餾水中溶解氧含量對碳鋼腐蝕速率的影響Fig.2 The influence of dissolved oxygen concentration in distilled water on the corrosion rate of carbon steel

圖3 水溫對碳鋼腐蝕的影響Fig.3 The influence of water temperature on the corrosion of carbon steel

圖4 淡水流速對碳鋼腐蝕的影響Fig.4 The influence of freshwater flow speed On the corrosion of carbon steel

而靜態掛片質量損失法恰恰無法模擬這一點，首先，靜態法試片表面水的流速和溫度與換熱器內不一樣;其次，循環水經涼水塔后相當于一次曝氣過程，落入水池后水中溶解氧含量大于換熱器中水的溶解氧，而二氧化碳含量又小于換熱器中的，這就使得測出的腐蝕速率出現偏差。

1.2 旋轉掛片質量損失法

為了盡量減少因水溫、水的流速、以及水中溶解氧和二氧化碳含量對腐蝕速率的影響，采用了旋轉掛片質量損失法進行實驗。試驗設備為8200型旋轉腐蝕試驗儀。該儀器具有以下優點:(1)用調壓器控制試片轉速，可以實現無級調速;(2)儀器配有轉數顯示儀，便于實驗時控制轉數;(3)儀器配有供氣泵，實驗時可以連續不斷地往水中通氧，維持水中溶解氧的含量;(4)儀器有8個試驗燒杯，可以同時掛16個試片進行平行試驗;(5)儀器有自動電加熱恒溫系統。實驗時可以利用該儀器的這些優點，全面地模擬現場情況，但是，經過多次的實驗后發現測出的腐蝕速率仍然有一定的偏差。這是因為，當試片在燒杯中高速旋轉時，由于試片帶動杯中的水也隨著試片一起轉動起來，使得試片表面與水的相對速度已經不是計算時的數值了。另外由于實驗時間一般是選擇72 h，據資料介紹試片在前72 h是腐蝕高峰，而后則趨于平穩。所以這樣測出的腐蝕速率往往偏大。

1.3 動態模擬質量損失法

該法是建一個小型循環冷卻系統，并配有換熱器、小涼水塔等設備，通過對傳熱管的處理、清洗、干燥、稱質量，再經過計算即可獲得傳熱管的腐蝕速率。

2 循環冷卻水系統冷卻器平均年腐蝕速率的測定

2.1 三棱柱形試片架的制作

制作一些長450 mm、直角邊240 mm的三棱柱形試片架待用;

2.2 試片的規格

a、73 mm ×12.7 mm ×1.6 mm;

b、30 mm×15 mm×(1～3)mm(日本 JIS標準掛片);

c、50 mm×30 mm×1mm(日本片山介紹);d、φ50 mm×1 mm中心孔徑7mm(日本栗田介紹);

e、50 mm ×25 mm ×2 mm(化工部頒標準掛片);

試片的制作過程要嚴格按有關規定進行，不能隨意剪切、打磨。所使用的試片是蘭州西固機械設備研究院生產的標準試片(標準試片是指開孔新增的圓柱側面積等于開孔鉆掉的兩個小圓的面積)。

2.3 試片的選擇和處理

選擇與冷卻器內管束材質相同的試片，放在盛有去離子水的塑料杯內，用鑷子夾著棉花擦洗試片表面，然后用無水乙醇擦洗，用電吹風冷風檔吹干后放入干燥器內干燥24 h。再用電光天平稱得試片質量，應精確到萬分之一克，編號待用。

2.4 試片的放置方法

裝置停工檢修冷卻器清洗完畢后，用絕緣繩將試片綁在試片架上，將試片架放入浮頭式冷卻器的隔板處，最好不放在水流直接沖擊的地方，也不要放在很低的位置，以免冷卻器中沉積物將其蓋在下面，影響試片正常腐蝕。放完試片，記下試片編號及安放時間。

2.5 取出試片的處理方法

待裝置停工檢修時將試片架上試片取出，記下取出時間、冷卻器的名稱及試片的編號。回到實驗室首先在清水中用刷子清除表面污泥，再將試片放入加有1%的六次甲基四胺的1:1HCl溶液中浸泡，待試片出現金屬光澤時取出，浸泡時間不宜過長，否則HCl與鐵發生置換反應影響腐蝕速率。待清除完腐蝕物后，放入塑料杯內用去離子水沖洗干凈，再用無水乙醇沖洗，用電吹風吹干后放入干燥器內靜置24 h后稱質量，精確到萬分之一克。

2.6 平均年腐蝕速率的計算

(1)平均年腐蝕速率計算采用的公式如下［1］:

式中:△W—質量損失，g;

A— 試片面積，cm2;

C— 8.76×104;

F— 腐蝕速率，mm/a;

h— 試驗時間，h;

d— 試片密度，g/cm3(碳鋼 d=7.85);

(2)最大偏差計算

分別用腐蝕數率最大值Fmax和最小值Fmix與平均腐蝕率F相減，取其絕對值算出最大偏差并將偏差超過10%的數據舍去。

(3)北蒸餾裝置冷卻器測試結果

某公司北蒸餾裝置冷卻器測試結果見表1。

表1 冷卻器測試數據Table 1 The test data of cooler

4 小結

從測得的腐蝕率可以看出，未加緩腐蝕劑時該廠的部分冷卻器腐蝕率大于0.125 mm/a。且時常有個別冷卻器出現過腐蝕穿孔現象，引起非正常停工，檢修時也經常更換很多冷卻器管束。自循環水系統開始投加緩蝕劑以來，從未出現冷卻器穿孔現象，同時循環水補水率也降至3%以下，這不僅節約了大量的新鮮水，同時也保證了生產裝置的安全、穩定和長周期生產。

［1］徐壽昌等.工業冷卻水處理技術［M］.北京:化學工業出版社出版社，1982:382.

Methods of Corrosion Rate Testing for Coolers in Cooling Water System

Li Linjie
(PetroChina Fushun Petrochemical Company，Fushun，Liaoning 113001)

The testing methods for annual average corrosion rates of cooler tubes are static coupon weight loss testing method，rotary coupon weight loss testing method and dynamic coupon simulation weight loss testing methods，etc.All these methods are based upon the corrosion rate of tubes of a period of time to calculate the annual average corrosion rate of cooler tubes.As the iron and steel corrode rapidly in water in the first short period of time and the corrosion then becomes stable afterwards，the deviation of annual average corrosion rates calculated is high.A testing method for corrosion rate of coolers in cooling water system is introduced.Several years’field coupon testing and comparison with the results of internal rotary corrosion test show that this method is simple in application and good for field testing.

cooling water，corrosion rate，testing method

TE986

A

1007－015X(2012)03－0008－03

2012－01－ 12;修改稿收到日期:2012－05－07。

李林潔(1961－)，工程師，1990年畢業于遼寧石油化工大學，現在中國石油撫順石化分公司石油三廠技術發展部工作。E-mail:llj1@petrochina.com.cn。

(編輯 張向陽)