淡化海水對鑄鐵輸水管線的腐蝕研究及對策

薛瑞，王小丹

（1.中海油天津化工研究設計院，天津 300131；2.天津地質調查中心，天津 300170）

天津是一個重工業(yè)城市，每年工業(yè)用水約占全市總耗水量的23%[1]，而這其中循環(huán)冷卻水占到了70%。天津有155 km的海岸線，具有豐富的海水資源，利用海水資源生產(chǎn)淡水是緩解水資源短期的重要途徑。據(jù)統(tǒng)計，目前我國海水淡化能力為每日60萬t，其中天津約為每日20萬t，占全國總量的三分之一。

淡化海水在解決淡水使用緊張的同時，也帶來一些必然的缺陷，例如淡化海水堿度硬度低、氯根高，尤其對未作預處理的鑄鐵輸水管線和使用設備有著嚴重地腐蝕損害的危險等，因此本文在分析淡化海水生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及管線腐蝕情況基礎上提出相應對策。

1 淡化海水生產(chǎn)工藝及現(xiàn)狀

海水淡化，又稱海水脫鹽，是一種從海水中獲取淡水的過程，是通過化學或物理化學方法等實現(xiàn)的。實現(xiàn)海水淡化一種方法是從海水中把淡水取出來，再一種方法是從海水中將鹽分取出來。前者主要有蒸餾法、反滲透（RO）、冷凍法、水合物法和溶劑萃取法等，后者有離子交換法、電滲析法（ED）、電容吸附法和壓滲法等[2]。

其中反滲透法有著無相變過程，能耗低；工程投資及造水成本較低；裝置緊湊，占地較少；操作簡單，維修方便等特點[3]，近年來多用此法淡化海水。本文所討論的淡化海水就是通過反滲透法生產(chǎn)所得。

2 水質分析及判斷

本文重點針對由天津大港新泉海水淡化工程生產(chǎn)的淡化海水所引發(fā)的問題做此討論。首先對淡化海水水質進行分析判斷。水質分析數(shù)據(jù)見表1（現(xiàn)場水取自輸水管線前端）。

表1 淡化海水水質分析數(shù)據(jù)

為了對水質的腐蝕性和結垢性進行控制，必須要有一個能評價水質化學穩(wěn)定性的指標體系，以便對水質化學穩(wěn)定性進行鑒別，從而采取相應的穩(wěn)定性控制措施。常用的水質化學穩(wěn)定性的判別指數(shù)有：飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)、結垢指數(shù)等[4,5]。表2對淡化海水做了具體的水質化學穩(wěn)定的判斷。

表2 淡化海水結垢或腐蝕傾向判斷

通過對淡化海水水質化學穩(wěn)定性的判定，我們從表2可以清楚看出，此海水淡化水為嚴重腐蝕性水，對輸水管線和使用設備有著極強的腐蝕性，在日常使用中要格外注意。

3 淡化海水對輸水管線的腐蝕機理

在我國鐵質管材的應用極為廣泛。據(jù)統(tǒng)計，我國給水管網(wǎng)中鑄鐵管占51.67%，鋼管占23.85%。由于鐵質管材的化學性質，管內(nèi)極易生成腐蝕產(chǎn)物并逐漸形成管垢，而管垢的溶解和沉淀會造成管網(wǎng)供水的二次污染。研究表明，管網(wǎng)腐蝕與管垢溶解的機理主要是鐵離子的釋放與沉淀，管垢的化學成分主要是鐵、氧、鋅和硅等，且除氧元素外，以鐵元素居多[6]。

鑄鐵管道腐蝕是一個復雜的過程，在富氧的氯化物水溶液中，溶解氧是鐵腐蝕反應中主要的電子受體，其濃度的升高有助于加速鐵的原電池腐蝕反應。經(jīng)過pH調整后，碳鋼發(fā)生的電化學腐蝕反應式為：

腐蝕產(chǎn)物會繼續(xù)被氧化：

在反應式①的持續(xù)作用下，經(jīng)過一段時間的運行后，系統(tǒng)碳鋼管道越來越薄，碳鋼閥門的閥瓣、閥芯被腐蝕破壞后關不嚴密，甚至損壞。在方程式②反應的持續(xù)作用下，F(xiàn)e(OH)2不斷被氧化成Fe(OH)3，在管道內(nèi)壁結垢、甚至堵塞設備[7]。

清潔的鐵管表面，腐蝕速率一般隨著水中溶解氧濃度的增加而增加。除溶解氧外，水中SO2、C1-、余氯、硅酸鹽、水溫等因素也通過自身獨特的方式影響著鐵管的腐蝕反應。

4 淡化海水對鑄鐵輸水管線腐蝕影響

某化工企業(yè)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)全部使用淡化海水作補充水，且輸水管線全部為未作任何防腐處理的鑄鐵管道。圖1給出了該化工企業(yè)淡化海水輸水管線末端出水總鐵含量統(tǒng)計值。

圖1 某化工企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水前期輸水管線末端總鐵含量統(tǒng)計

由圖1可以看出，在2009年8月到2010年1月淡化海水供水前期，輸水管線末端出水中總鐵含量持續(xù)走高，由最開始的0.1mg/L最高升到3.62mg/L，出水呈黃色。2010年2月開始在輸水管線前端持續(xù)投加管道緩蝕劑，管線末端出水總鐵含量才逐漸回落到1mg/L以下。

淡化海水輸水管線前端水質初始濁度很低，僅為0.02NTU，其經(jīng)過輸水管線后出水濁度有了明顯升高，最高時可達3.5NTU，出現(xiàn)明顯的“黃水”現(xiàn)象。

5 管道緩蝕藥劑篩選

為緩解淡化海水輸水管線嚴重腐蝕的問題，也為下一步的循環(huán)冷卻水提供合格水源，作者單位進行了管道緩蝕藥劑的篩選，實驗方法參考GB/T 18175-2000（水處理劑緩蝕性能的測定-旋轉掛片法）。實驗條件：①水源：淡化海水（輸送管線前端取水）；②溫度：室溫；③pH：自然 pH；④掛片：A4碳鋼；⑤旋轉軸轉速：70～75r/min；⑥時間：12～24h。

根據(jù)實際情況，我們選擇了六種配方的管道緩蝕劑進行實驗評價，分別測定了在不同配方下12h和24h下碳鋼的腐蝕速率，具體實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同配方管道緩蝕劑對碳鋼腐蝕速率的控制

由表3可以看出，在實驗的規(guī)定時間內(nèi)，在各個不同配方下，碳鋼的腐蝕速率都能達標，其中以第Ⅵ套配方效果最好，掛片表面狀況也最理想。

24h后，對實驗中各水質進行了磷、鋅、鐵的分析，具體數(shù)值見表4。

表4 24h后各不同配方中磷、鋅、鐵數(shù)值分析

由表4可以看出，不同管道緩蝕藥劑中都含有磷和鋅元素，因目前我國對排污水中磷、鋅含量都有嚴格的規(guī)定，提倡低磷排放，綜合表3腐蝕率實驗，作者認為其中尤以Ⅴ、Ⅵ兩套管道緩蝕性能最為突出。最終該化工企業(yè)也選用作者單位管道緩蝕藥劑Ⅵ作為淡化海水輸水管道的防腐蝕處理，現(xiàn)場應用效果也非常突出。

6 結束語

淡化海水作為一種新型水資源在解決水資源短缺的同時，也帶來了一些必然的問題，尤其是對輸水管線及設備的腐蝕，更是一個潛在的危險，所以在積極倡導使用淡化海水的同時，必須注意對淡化海水的防腐控制。

[1]張巖，金暉，王志偉.天津市工業(yè)用水現(xiàn)狀及節(jié)水措施分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010，24：62-63.

[2]馮厚軍.天津海水淡化技術國內(nèi)領先[J].天津科技，2005，2：8-10.

[3]馮厚軍，謝春剛.中國海水淡化技術研究現(xiàn)狀與展望[J].化學工業(yè)與過程，2010，27(3)：103-109.

[4]齊東子.敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學處理[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006，114-129.

[5]李振中.海水淡化水在輸配系統(tǒng)中化學穩(wěn)定性研究[D].天津，天津大學，2009.

[6]駱碧君，劉志強，鄭毅，等.海水淡化在既有管網(wǎng)中的水質變化研究[J].中國給水排水，2009，25(23)：57-60.

[7]韋存忠，沈隼睿.膜法海水淡化技術在玉環(huán)電廠的應用[J].電力科技與環(huán)保，2010，26（5）：48-49.