電廠循環水系統不銹鋼腐蝕研究

寧秀梅，楊 蕾，王慈慈，余 俊，汪 青

(安徽省藍天能源環保科技有限公司，安徽 合肥 230000)

電廠循環水系統不銹鋼腐蝕研究

寧秀梅，楊 蕾，王慈慈，余 俊，汪 青

(安徽省藍天能源環保科技有限公司，安徽 合肥 230000)

公司生產用水來源于地表水，水質不穩定，受季節變換影響較大，水中鹽含量和硬度都較高,補水中氯離子濃度不穩定，這與該公司生產用水經過氯堿生產車間和動力車間循環處理再利用有關。通過旋轉掛片實驗和動電位掃描法驗證了公司補水的腐蝕趨勢顯著。據現場調查也發現，該公司不銹鋼材質的管道存在腐蝕問題。

電廠 不銹鋼 腐蝕 水處理

1 概 況

不銹鋼材質由于其具有良好的耐腐蝕性能和抗氧化性能，被廣泛用于現代工業的各個領域，特別是在化工行業的冷卻水系統及熱交換系統中，不銹鋼材質的換熱器被大量使用[1]。但人們經過長期的使用發現，雖然不銹鋼耐均勻腐蝕性能較好，但容易發生局部腐蝕[2]，例如點蝕、應力腐蝕和縫隙腐蝕等。點蝕亦稱孔蝕，是不銹鋼失效的主要形式之一，具有口小孔深的特點，孔口又常常被腐蝕產物覆蓋，使其隱蔽不易被發現，嚴重時能導致設備穿孔[3]。在含氯離子的介質中，不銹鋼非常容易發生點蝕，若持續性的發展，會導致腐蝕穿孔，造成設備過早失效，導致經濟損失的發生，甚至會引起危害性更大的設備事故。所以，針對不銹鋼點蝕現象的研究一直是備受關注的研究熱點。目前研究不銹鋼點蝕現象的方法[4]主要有：電化學噪聲法[5]、電化學阻抗譜法、聲發射監測法、掃描電化學顯微鏡(SECM)技術法[6]、動電位掃描法和電子散斑干涉技術法。動電位掃描法由于其具有靈敏度高、反應速度快、設備簡單等特點被廣泛使用。現階段降低不銹鋼腐蝕率的方法主要是改變不銹鋼材質和接觸介質，而接觸介質一般采用投加緩蝕藥劑的方法。

安徽省藍天能源環保科技有限公司與合肥工業大學先進能源研究院聯合研制出了高分子量水解聚馬來酸酐產品，平均分子量達5 500以上，高于GB 10535國家標準優等品水平，與具有緩蝕性能的藥劑復配，大大增強緩蝕分散效果。因此，安徽省藍天能源環保科技有限公司的技術人員采用復配的具有高效、無磷和無毒等特點的環保型分散緩蝕劑作為添加藥劑，華塑電廠補水作為接觸介質，利用旋轉掛片實驗篩選出適合的藥劑濃度。再利用動電位掃描法，檢測出添加藥劑對304不銹鋼的自腐蝕電位和點蝕電位產生的影響。

2 華塑電廠水質分析及現場管道掛片

2.1 水質情況及部分離子趨勢圖

安徽藍天能源環保科技有限公司在2015年1到6月對華塑電廠水樣進行了定期的水質分析，并對部分離子的變化趨勢進行了分析。表1是華塑電廠2015年1到6月水質分析后各離子的平均值，表2是華塑電廠2015年1到6月的水質分析情況。

表1 水質分析結果

表2 水質分析情況(2015)

圖1、圖2分別為2015年1至6月份華塑電廠循環水、補水中氯離子和pH值變化趨勢圖。

圖1 水質氯離子變化趨勢

圖2 水質pH值變化趨勢

由氯離子的變化趨勢圖，我們可以發現在2015年1—6月期間其質量濃度變化幅度較大，補充水最高值可達到200 μg/g,循環水更是達450 μg/g。根據Ryznar(雷茲納)穩定指數為2 pHs-pH代入補充水的平均pH值得：穩定指數為2×7.4-7.79=7.01。得出華塑補水的腐蝕趨勢為腐蝕顯著。

2.2 現場不銹鋼掛片試驗

試驗進行了7 d的現場掛片(不銹鋼Ⅰ型)，現場掛片試驗數據為：試片掛片前質量m為20.517 9 g，試片掛片后質量m0為20.515 2 g，試片表面積A為28 cm2，試片的密度D為7.92 g/cm3，試片試驗時間T為168 h。根據公式(1)計算得掛片腐蝕率為0.006 3 mm/a，超過了國家標準(GB 50050—2007，不銹鋼腐蝕率≤0.005 mm/a)。圖3為華塑電廠旋轉掛片和不銹鋼管道照片，從圖3和現場掛片試驗結果可以看出華塑電廠不銹鋼掛片表面有腐蝕情況發生，管道已經發生明顯的腐蝕現象。

(1)

式中：b——腐蝕率，mm/a；

m——掛片前質量，g；

m0——掛片后質量，g；

A——表面積，cm2；

D——密度，g/cm3；

T——試驗時間，h。

圖3 旋轉掛片和不銹鋼管道照片

3 藥劑篩選

針對華塑電廠存在的不銹鋼管道腐蝕問題，利用高分子量聚馬來酸酐與緩蝕劑相復配，該藥劑同時具有分散性能，且對高氯水質有明顯的緩蝕效果。

3.1 緩蝕性能測定

采用旋轉掛片失重法(GB/T 18175—2000)進行緩蝕性能測定。

(1)儀器

ZJ型浸漬腐蝕試驗儀。

(2)試片

符合HG/T 3523的規定。

(3)試驗條件

試液溫度：(45±1) ℃；試片線速度：0.30～0.40 m/s。試液體積與試片面積比：20～40。

試杯：2 000 mL燒杯，符合HG/T 15724.1的規定。各試杯應連續通氣，通氣量為100～200 mL/min。試片上端與試液面的距離應大于2 cm。試片下端與出氣點的距離應大于3 cm，氣流不得直接沖擊試片。

平行實驗：每個條件做兩組平行實驗。

試驗用水：華塑公司補充水濃縮4.5倍；分別加入復配緩蝕劑(0,5,10,15 mg/L)。

試驗時間：72 h。

3.2 實驗結果與結論

表3為從(不銹鋼I型)旋轉掛片失重法緩蝕實驗結果，由此可以看出，在添加復配緩蝕劑的濃度為15 μg/g，掛片實驗結果效果優于國家標準要求。

表3 旋轉掛片實驗結果

4 不銹鋼點蝕實驗

4.1 實驗材料、介質及步驟

4.1.1 實驗材料

選用的304不銹鋼主要化學成分(以質量分數計)為：C≤0.08%；Si，0.62%；P，0.01%；S，0.02%；Cr，18.69%；Ni，8.59%；Fe，余量。實驗采用CS660電化學測試系統，輔助電極為鈦片電極，參比電極為飽和銀-氯化銀電極。

4.1.2 實驗介質

用華塑補水添加少量NaCl，配制Cl-質量濃度為70.37 mg/L和144.87 mg/L的水溶液；用循環水添加少量NaCl，配制Cl-質量濃度分別為280.08,487.04,667.78,860.94,1 056.86 mg/L的水溶液。添加藥劑為安徽省藍天能源環保科技有限公司高分子量聚馬來酸酐的復配緩蝕劑。

4.1.3 實驗步驟

工作電極用砂紙打磨成光滑鏡面，經無水乙醇和去離子水沖洗干凈后備用。用環氧樹脂封裝非工作表面，使其工作電極A=1 cm2，背面錫焊上銅導線。參照GT/B 17899—1999《不銹鋼點蝕電位測量方法》，采用三電極系統，動電位掃描在開路電位下靜置15 min后進行。掃描速率為0.5 mV/s。

4.2 實驗結果

304不銹鋼在不同質量濃度Cl-溶液中的點蝕電位見圖4。

圖4 Cl-質量濃度對點蝕電位的影響

由于點蝕電位越高，表征材料的耐點蝕性能越好。由圖4可見，點蝕電位值隨Cl-質量濃度的升高而負移，說明Cl-質量濃度越高，304不銹鋼的點蝕敏感性越大，且在Cl-質量濃度小于487.04 mg/L時點蝕電位值隨Cl-質量濃度的減小迅速增大，說明304不銹鋼點蝕敏感性迅速減小，即認為487.04 mg/L為發生腐蝕的Cl-質量濃度突變點。

為了研究水處理劑的添加對不銹鋼在環境介質中的點蝕敏感性的影響，測定了304不銹鋼在添加和不添加水處理劑的含不同Cl-質量濃度的循環冷卻水溶液中的陽極極化曲線。由陽極極化曲線確定不銹鋼試樣的點蝕電位Eb，用水處理劑對不銹鋼點蝕電位的影響來表征其緩蝕效果。點蝕電位正移越多則緩蝕效果越好。在Cl-質量濃度分別為70.37,144.87,280.08,487.04,667.78,860.94,1 056.86 mg/L的水溶液中，添加復配的緩蝕劑。利用動電位掃描法分別掃描出Cl-質量濃度為144.87 mg/L時添加和未添加水處理劑的循環水溶液中的陽極極化曲線，如圖5和圖6所示。

圖5 未添加藥劑的動電位極化曲線

在圖5和圖6中，縱坐標最低點對應的橫坐標中的電位值即為點蝕電位值Eb。比較圖5和圖6可以看出，添加藥劑后循環冷卻水中的Eb值較不添加的正移。

304不銹鋼在添加和不添加水處理劑的循環水溶液中的點蝕電位Eb隨Cl-質量濃度的變化規律曲線如圖7所示。

圖6 添加藥劑的動電位極化曲線

圖7 加藥前后點蝕電位的對比

如圖7所示，相同Cl-質量濃度下，304不銹鋼在添加70 mg/L水處理劑的循環冷卻水中Eb值都比不添加的Eb值大，說明添加藥劑可有效提高不銹鋼的耐點蝕性能；而且在Cl-質量濃度較低時，添加藥劑與未添加藥劑的Eb差值比當Cl-質量濃度較高時的Eb差值更大，說明在Cl-質量濃度小于487.04 mg/L時添加藥劑更能提高不銹鋼的耐點蝕性能。

5 結 論

針對華塑電廠不銹鋼腐蝕問題，安徽省藍天能源環保科技有限公司技術人員對其補水和循環水的水質進行跟蹤調查，發現其氯離子質量濃度不穩定且相對較高，而不銹鋼的腐蝕以點蝕為主，高質量濃度的氯離子是不銹鋼發生點蝕的主要原因。所以用旋轉掛片實驗篩選出適合質量濃度的復配緩蝕劑，為了進一步驗證藥劑的緩蝕作用，進行了不銹鋼的點蝕實驗。結果證明華塑電廠的水質腐蝕趨勢顯著，同時驗證了安徽省藍天能源環保科技有限公司的藥劑具有良好的緩蝕效果。

[1] 董紹平.循環水不銹鋼換熱器抗氯離子應力腐蝕研究[J].石油化工腐蝕與防護,2012,29(1):36-39.

[2] 鮑其鼐.氯離子與冷卻水系統中不銹鋼的腐蝕[J].工業水處理,2007,27(9):1-6.

[3] 程海東.304不銹鋼在含Cl-模擬循環冷卻水中點蝕和應力腐蝕敏感性的研究[D].北京:北京化工大學,2008.

[4] 葉超,杜楠,趙晴,等.不銹鋼點蝕行為及研究方法的進展[J].腐蝕與防護,2014,35(3):271-276.

[5] 曹楚南,常曉元.孔蝕過程中的電化學噪聲特征[J].中國腐蝕與防護學報.1989,9(1):21-28.

[6] K Habib,Sabti F.Monitoring and measuring electrochemical behavior of engineering alloys by optical interferometry [J].Desalination,2002,142(1):1-13.

(編輯 王菁輝)

Study on Corrosion of Stainless Steel in Circulating Water System of Power Plant

NingXiumei,YangLei,WangCici,YuJun,WangQing

(BlueSkyEnergyEnvironmentalScienceandTechnologyCo.,Ltd.,Hefei230000,China)

Industrial water adopted by company comes from surface water, which has the characteristics of unstable water quality, easily affected by seasonal variation, high salinity and hardness in water, and unstable chloride concentration in water. All of these aspects mentioned might associated with 2 factors, the first one is the industrial water has to go through the chlor-alkali production workshop, the other is recycling of power plant. It is proved that the water corrosion tendency is obvious by carrying out the rotary hanging-piece test and potential sweep method. According to the site survey, it has been found that the company’s stainless steel pipe facing corrosion problem.

power plant, stainless steel, corrosion, water treatment

2016-07-28；修改稿收到日期：2017-01-20。

寧秀梅(1982-)，工程師,碩士。E-mail:396070843@qq.com