鹽水制冰中金屬腐蝕與防蝕的研究

申晨 王楊

摘要：本文介紹了緩蝕劑作用原理、影響緩蝕劑作用效果的諸因素、CaCl2與NaCl鹽水對金屬腐蝕速度的比較，從而建議如何防止鹽水制冰中金屬的腐蝕的方法。

關(guān)鍵詞：鹽水;制冰;腐蝕;防蝕

引言

金屬腐蝕給國民經(jīng)濟造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至將帶來災(zāi)害性事故，浪費寶貴的資源和能源，而且污染環(huán)境。據(jù)一些工業(yè)發(fā)達國家統(tǒng)計，每年由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的1-4%。我國冷凍行業(yè)的制冰設(shè)施幾乎全部由鋼材制成。隨著人民生活水平的提高，對機制冰的需求日益增長，機制冰生產(chǎn)規(guī)模逐年擴大，據(jù)不安全統(tǒng)計，光水產(chǎn)行業(yè)2000年全國年制冰量已達400多萬噸，日制冰能力在2萬噸以上。近年來沿海地區(qū)制冰生產(chǎn)規(guī)模還在不斷擴大，冰池、冰桶、蒸發(fā)器等鋼材消耗量之大，不言而喻。目前90%以上的制冰行業(yè)均采用鹽水間接制冰，而鹽水對金屬具有強烈的腐蝕性，分析探討鹽水對金屬的腐蝕機理，如何采取防腐措措施，已成為制冷工作者共同矚目之題。據(jù)相關(guān)信息報道浙江省幾十座冷庫制冷設(shè)備腐蝕情況，有的單位冰桶嚴(yán)重腐蝕，如舟山某漁業(yè)公司300噸/日冰池所有125Kg冰桶，每年須更換200-300只，象山某水產(chǎn)公司冷凍廠投產(chǎn)不到8年，冰池全部銹爛，部分冰桶已更換了二次，而寧波水產(chǎn)中轉(zhuǎn)冷庫280噸/日冰池，投產(chǎn)已13年之久，至今冰池、鹽水蒸發(fā)器如新，冰桶除少量變形有滲漏外，無防腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，這說明只要防腐措施得當(dāng)，管理嚴(yán)密，鹽水對制冰設(shè)備的腐蝕還是可以防止和延緩的。

1在鹽水中投放緩蝕劑

1.1緩蝕劑作用原理

緩蝕劑一般指用于腐蝕環(huán)境中抑制金屬腐蝕的添加劑，在金屬和腐蝕介質(zhì)體系中，只要加入適量的緩蝕劑，就能有效的減輕金屬的腐蝕速度。緩蝕劑種類繁多，目前鹽水制冰池設(shè)備防腐常用鉻酸鈉（Na2CrO4），它是一種氧化膜型陽極防腐劑，與CL-等侵蝕性離子競爭吸附于金屬保護膜的破裂處，使Fe氧化成Fe2O3，并與本身的還原物Cr2O3一起重新形成致密的保護膜，使金屬表面與腐蝕介質(zhì)相隔離，從而防止了鐵孔蝕的的發(fā)生。

膜的形成過程是分兩步進行的，開始時生成物是不能直接起保護作用的可溶性氫氧化亞鐵，但當(dāng)鉻酸鈉將氫氧化亞鐵氧化成三氧化二鐵，與金屬直接相接觸的Fe2O3后，就形成一層致密的保護膜，化學(xué)反應(yīng)式如下：

Na2CrO4+3Fe（OH）2+H2O=Cr（OH）3+3Fe（OH）3+2NaOH

而實際生產(chǎn)中由于鉻酸鈉價格昂貴，用重鉻酸鈉加氫氧化鈉來代替，化學(xué)反應(yīng)式如下：

Na2Cr2O7+2NaOH=2Na2CrO4+2H2O

重鉻酸鈉溶于水，Cr2O72-離子水介，使溶液呈酸性，加NaOH與Na2Cr2O7作用生成Na2CrO4，并調(diào)整溶液PH值，使其穩(wěn)定在7-9之間。

增加Na2Cr2O7的量可以抑制腐蝕的產(chǎn)生，同時NaCl溶液濃度增高到一定程度時，溶介氧的濃度隨之減少，此時陰極反應(yīng)就由鉻酸鹽的還原來代替，而生成致密的CR2O3膜使腐蝕也隨之減緩。我們單獨使用重鉻酸鹽，但必須保持一定的濃度，否則由于Na2Cr2O7在水介中酸化，使PH值降低造成鋼鐵的嚴(yán)重點蝕，為此必須同時加入NaOH以中和酸化，而在鐵表面附著的Fe（OH）3與Cr（OH）3卻有力地抑制了CL-離子的吸附。

1.2影響緩蝕劑作用效果的諸因素

1） 濃度的影響

當(dāng)Cl-和溫度升高時，臨界的緩蝕劑濃度也隨之升高，為此緩蝕劑濃度一般不得低于130-150ppm。

2） PH值的影響

溶液呈堿性，氫氧化鐵就不易溶解，使緩蝕的效果隨之提高。鹽水中加緩蝕劑同時加入NaOH能使PH值提高，氫氧化鐵保持純態(tài)。

3） 溫度的影響

溫度上升，緩蝕效率下降，但制冰池鹽水溫度一般在常溫以下，故可忽略不計。

4） 流速的影響

多數(shù)情況下，提高流速和對介質(zhì)進行過度攪拌，會使溶解氧濃度增加，導(dǎo)致緩蝕效果的降低。長期使用防腐劑的設(shè)備，為能形成良好的堅固的基出保護膜，首次加入緩蝕劑的量應(yīng)比經(jīng)常生產(chǎn)時高2-3倍，這點在實際生產(chǎn)使用中是十分重要的，它將決定使用緩蝕劑成敗之所在。

1.3CaCl2與NaCl鹽水對金屬腐蝕速度的比較

鹽水制冰企業(yè)常用的鹽水溶液，由CaCl2或NaCl兩種鹽配制，在無機鹽液中，CaCl2鹽水與NaCl鹽水腐蝕性小。當(dāng)鹽水溫度相同時，采用CaCl2溶液可比采用NaCl溶液的濃度高，那么氧在NaCl鹽水中溶介度顯然比CaCl2鹽水中高，所以鐵在CaCl2鹽水中腐蝕就較NaCl鹽水中弱。何況CaCl2鹽水中含有CaCl2+離子，其陰極產(chǎn)物為Ca（OH）2是微溶物質(zhì)，沉積在陰極區(qū)周圍的鐵表面上有較強粘附力，它有力地阻止了液體中鐵的氧化而生成Fe（OH）2，由此鐵的腐蝕速度也自然低于NaCl鹽水。但CaCl2鹽水的密度比NaCl鹽水大，在相同條件下，攪拌器消耗的功率也有微細(xì)增加，然而由于它的腐蝕性小，故被廣泛采用。

2涂料防護

金屬的涂料防腐主要是在它的表面形成漆膜，與腐蝕介質(zhì)相隔離，阻礙了溶解氧到達金屬表面，而陽極反應(yīng)釋放出來的金屬離子將因漆膜的存在而不易遷移，致使腐蝕過程的速度減慢。冷庫中常用防腐涂料有紅丹（Pb2O4），它的特點是即使基體表面處理不好，仍能發(fā)揮較好的防腐作用。它的優(yōu)異防銹性能主要是紅丹中PbO和含油介質(zhì)中氧化而衍生的低分子酸反應(yīng)，所生成的鉛皂具有較強的緩蝕作用。除紅丹外，830與831海用船底漆也是有效的油漆。但對鹽水蒸發(fā)器、冰桶為了不降低傳熱系數(shù)，采用紅丹漆為宜，而制冰池等其它設(shè)施一般在紅丹底漆上再涂一層海用船底漆為好。浙江省紹興縣孫端鎮(zhèn)熱電廠300噸/日鹽水制冰工程項目安裝施工中，其有5個制冰池，就是采用紅丹與船底漆防腐，每個制冰池中有4個螺旋管蒸發(fā)器及6000個冰桶采用紅丹底漆2遍防腐，使用近4年的運行中腐蝕現(xiàn)象不明顯。當(dāng)然此工程最主要的還是在設(shè)計時采用CaCL2鹽水、鍍鋅鋼板制造冰桶、以Na2Cr2O7作防腐劑和合理而又嚴(yán)格的技術(shù)管理。

3結(jié)束語

綜合多家制冰企業(yè)應(yīng)用情況與腐蝕機理分析，為更好的防止或延緩鹽水制冰池中金屬腐蝕，應(yīng)該考慮到以下諸方面措施：鹽水宜用CaCL2配制，鹽水濃度采用時為1.20Kg/L，采用NaCL時則為1.17Kg/L左右，鹽水PH值應(yīng)保持在6.5-7.5之間，鹽水流速可取0.5-0.7m/s，冰桶宜用鍍鋅鋼板制作，金屬外部涂料采用紅丹和海用船底漆，盡量減少冰池與空氣接觸，因此冰池必須加木蓋板，在采用緩蝕劑是時，首次加鹽應(yīng)多加入緩蝕劑的數(shù)量，創(chuàng)先形成良好的純化膜。