淺談電位—pH圖在電力設(shè)備腐蝕與防護課程中的應(yīng)用

周瓊花　匡尹杰

摘 要 本文從電位-pH圖、電力設(shè)備用材、火電廠給水pH調(diào)節(jié)三個方面闡述了電位-pH圖在電力設(shè)備腐蝕與防護課程教學上的指導作用。指出只要認真了解鐵-水體系；銅-水體系的電位-pH圖的制作及應(yīng)用并結(jié)合一定的動力學分析，火電廠給水pH調(diào)節(jié)原理是不難掌握的。

關(guān)鍵詞 電位-pH圖 給水pH調(diào)節(jié) 教學體會

中圖分類號：TG172.5 文獻標識碼：A

金屬-水體系的理論電位-pH圖是熱力學上的平衡圖，它是由二十世紀三十年代比利時著名學者布拜Pourbaix M教授于1938年首先提出來的，因此也被人們稱之為Pourbaix 圖。它匯集了金屬腐蝕體系重要的熱力學數(shù)據(jù)，比較直觀地顯示了金屬在不同電位和pH值條件下可能生成的物質(zhì)及其熱力學穩(wěn)定性 同時也就間接地提供了防止金屬腐蝕的途徑。

電力設(shè)備腐蝕與防護課程是為我校應(yīng)用化學專業(yè)電廠化學方向?qū)W生開設(shè)的主干專業(yè)課，旨在為我國電力行業(yè)輸送合格的電廠化學人才。因為電力設(shè)備所使用的材料大部分是金屬和合金，因此我們在講授電力設(shè)備腐蝕與防護內(nèi)容前必須比較詳細地講解金屬腐蝕與防護的基本原理，由于內(nèi)容多且跨度大，學生較難有效地運用金屬腐蝕與防護基本原理來解決電力設(shè)備腐蝕與防護的實際問題。在此筆者從Fe-H2O體系電位-pH圖的制作及應(yīng)用、電廠設(shè)備材料和給水pH調(diào)節(jié)三個方面談?wù)勗鯓永媒饘?水體系的電位-pH圖來詮釋電力生產(chǎn)中鍋爐給水的pH調(diào)節(jié)問題。使學生能在給水pH調(diào)節(jié)問題上能夠知其然并且能知其所以然。

1熱力設(shè)備金屬材料特性

鍋爐鋼管用鋼應(yīng)具有較高的耐腐蝕性、良好的塑性、優(yōu)良的焊接性和足夠高的機械強度，還要有較高的耐熱性和長期高溫運行過程中金相組織的穩(wěn)定性。因此制造熱力設(shè)備的金屬材料主要是碳鋼，有的部件是合金鋼。蒸汽溫度在450℃以下低壓鍋爐鋼管，主要選用10號、20號優(yōu)質(zhì)碳素鋼。壁溫為500～550℃的過熱器管，采用15CrMo。壁溫為550～580℃的過熱器管，采用12CrMoV、12MoXWBSiRe。壁溫為600～620℃的過熱器管，采用12Cr2MoWVB和12Cr3MoVSiTiB。在國外，壁溫超過600℃的過熱器管，采用Cr12%的馬氏體耐熱鋼和1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼。加熱器和凝汽器所用的管材，要求傳熱性能好、一定的強度和良好的耐腐蝕性能。如HSn70-1A、HA177-2A等，還可采用B10和B30銅鎳合金管或鋼管。因此熱力設(shè)備的腐蝕與防護問題都主要基于這三類材質(zhì)的防腐方面的考慮。比如本文要談到的給水pH調(diào)節(jié)問題。

2電位-pH圖的制作和應(yīng)用

電位-pH圖的制作：

步驟一：列出體系中所有可能參加反應(yīng)的反應(yīng)粒子；

步驟二：列出這些反應(yīng)粒子之間可能構(gòu)成的平衡反應(yīng)式；

步驟三：計算各反應(yīng)式的平衡條件；

步驟四：以pH值為橫坐標，電位為縱坐標作圖。

如圖1為25℃下Fe-H2O體系的電位-pH圖，圖2為25℃下Cu-H2O體系電位-pH圖。

由圖1可知，從pH>1.76開始，在較大電位（下轉(zhuǎn)第59頁）（上接第46頁）范圍內(nèi)，鐵在水體系中都將生成鐵的難溶物Fe2O3和Fe3O4 。處于熱力學的相對穩(wěn)定狀態(tài)。由圖2可知，從pH>7開始，銅在水體系中都將生成銅的難溶物CuO和Cu2O。處于熱力學的相對穩(wěn)定狀態(tài)。

3火電廠給水pH調(diào)節(jié)范圍的確定

綜合電力設(shè)備金屬材料特性以及Fe-H2O體系和Cu-H2O體系的電位-pH圖，不難看出當前國內(nèi)大型火力發(fā)電機組加氨等調(diào)節(jié)給水pH值的目的是堿化介質(zhì)，使鐵及其合金，銅合金材質(zhì)表面都處于鈍化狀態(tài)，即熱力學的相對穩(wěn)定狀態(tài)。降低電力設(shè)備材質(zhì)的腐蝕，保證機組安全運行。目前國內(nèi)電廠給水pH值調(diào)節(jié)在結(jié)合一些動態(tài)試驗結(jié)果后，一般將pH值控制在8.8～9.2的范圍。pH值過高，如Fe-H2O體系pH值>13，Cu-H2O體系的pH>9.5，鐵將會生成HFeO2-，銅將會生成CuO22-而發(fā)生腐蝕。

因此，在講授鍋爐給水pH調(diào)節(jié)原理時，若能讓學生掌握電位-pH圖的制作及應(yīng)用，并結(jié)合熱力設(shè)備材料特點和一定的動力學分析實驗結(jié)果，相信能讓學生很好地掌握這一問題的實質(zhì)，也就是使學生不但能從動力學的角度，也能從熱力學的角度來分析這個問題。提高學生全面分析問題和解決問題的能力，并能舉一反三，學以致用，起到很好的教學效果。

參考文獻

[1] 楊熙珍，楊武.金屬腐蝕電化學熱力學電位-pH圖及其應(yīng)用[M].北京：化學工業(yè)出版社，1991：232.

[2] 龔洵潔.熱力設(shè)備的腐蝕與防護[M].北京：中國電力出版社，1998：112.

[3] 王杏卿.熱力設(shè)備的腐蝕與防護[M].北京：水利電力出版社，1994：183.