碳鋼在石化循環水中流動腐蝕試驗研究*

，， ，國榮

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580；2.中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071)

許多煉化裝置的碳鋼制循環水冷卻器都存在腐蝕泄漏問題，因此碳鋼在流動循環水環境下的腐蝕行為、腐蝕機理一直以來是被關注的重點。流動腐蝕導致構件損傷是換熱器管道、核電站管道等設備管道的主要失效形式之一。通過模擬試驗，研究碳鋼在流動循環水溶液中的腐蝕規律，可以為流動溶液中碳鋼的腐蝕控制提供參考[1-2]。

1 試驗方法

采集某煉油廠的石化循環水出水作為試驗溶液，利用PINE旋轉圓柱電極與Gamry電化學工作站相結合,考察20號碳鋼的流動腐蝕情況。工作電極(試樣)取自20號碳鋼，為圓柱環電極，外徑為15 mm，內徑為9.5 mm，高為6.4 mm。工作電極兩底邊用絕緣橡膠墊片密封，露出環形面積作為工作面。試驗采用鉑絲電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，極化曲線掃描速度為0.16 mV/s，試驗溫度為35 ℃，腐蝕速率由質量損失法測得。試驗開始前，依次用400號和600號水磨金相砂紙逐級打磨試樣，酒精脫脂，冷風吹干，置于干燥器中待測。試驗結束后觀察試樣腐蝕形貌，清洗試樣并稱質量[3]。

2 試驗結果與討論

2.1 循環水流速對碳鋼腐蝕的影響

不同流速下腐蝕電化學極化曲線見圖1。從圖1可以看出，隨流速的增加自腐蝕電位幾乎無變化，四條極化曲線的陽極極化曲線較為平坦，而陰極極化曲線較陡且有波動，表現出較強的陰極控制特征。陽極極化曲線無明顯變化，而陰極極化曲線明顯后移，這是因為電極表面溶解氧的濃度與流速密切相關，溶液流速增大，有利于氧氣向金屬表面擴散[4-5]。溶解氧的還原是腐蝕反應的控制步驟,因此,在一定流速范圍內，流速減小能夠對陰極氧還原反應起到抑制作用，進而抑制總的電化學反應,降低腐蝕速率。

圖1 不同流速下碳鋼的極化曲線

流速對碳鋼腐蝕具有促進作用，但腐蝕速率與溶液流速并非簡單的線性關系。圖2是不同流速下試驗得出的碳鋼腐蝕速率。由圖2可以看出，隨著流速升高，碳鋼腐蝕速率整體呈上升趨勢。尤其當溶液流速超過0.5 m/s時，腐蝕速率顯著增大，且當溶液流速超過0.8 m/s時腐蝕速率趨于平緩，與流速為1 m/s時的腐蝕速率相差不大。可以初步判斷在此流速區間，0.5 m/s流速為該循環水腐蝕速率增大的突變點。

圖2 不同流速下碳鋼腐蝕速率

2.2 不同流速下碳鋼腐蝕形貌

用掃描電鏡(SEM)觀察試樣表面的腐蝕形貌，見圖3至圖6。

圖3 流速為0.3 m/s時的腐蝕形貌

圖4 流速為0.5 m/s時的腐蝕形貌

從圖3至圖6可以看出，當流速高于0.5 m/s時，金屬表面的局部腐蝕坑密集程度明顯增加，且深度較深，均勻腐蝕與坑蝕都很嚴重，與圖2所示的腐蝕規律相符。當流速為1 m/s時，試樣表面有沖刷的痕跡。此類腐蝕稱為坑蝕(橢圓狀或火山口狀的腐蝕坑)，流速較高時可形成蜂窩狀,進而形成潰瘍腐蝕和斑蝕等腐蝕形貌。流速較低時，生成的腐蝕產物對金屬表面有一定的保護作用，當流速增加到一定值時，較大的流速可以沖刷掉附著在金屬表面的沉積物和腐蝕產物，破壞金屬保護膜，進一步加劇腐蝕。流速對系統腐蝕的影響主要是促進了溶解氧向金屬表面擴散的速度，從而加劇了系統腐蝕[6-7]。

圖5 流速為0.8 m/s時的腐蝕形貌

圖6 流速為1 m/s時的腐蝕形貌

3 結 論

(1)循環水流速對碳鋼腐蝕速率影響顯著，減小流速有利于抑制碳鋼腐蝕。

(2)在0.3～1 m/s流速區間內，0.5 m/s的流速是該循環水體系中20號碳鋼腐蝕速率的突變點。

(3)通過旋轉圓柱電極法試驗可知，隨著流速的增加,20號碳鋼發生坑蝕、潰瘍腐蝕和斑蝕。