二氧化氯發生器水套防腐的應用淺析

高建宏+孫弘+董燕

摘 要：本文介紹了二氧化氯發生器水套在使用過程中受到電化學腐蝕的機理，并從理論上找出解決此問題的有效措施。通過研究不同條件下水套腐蝕的情況，測試其影響因素，評估有效措施的使用效果和防腐區域，從而提供相關的技術依據，以達到延長水套使用壽命的目的。

關鍵詞：防腐；水套；二氧化氯發生器；腐蝕

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.006

1 引言

化學法二氧化氯發生器需要外部提供反應所需的熱量，目前較為廣泛的方式是水套加熱。由碳鋼焊制而成的水套防腐蝕性能較差，水的蒸發量隨著水溫的升高而增加，這會使水套加快補水的頻率，導致水中的氯離子及次氯酸根離子濃度會不斷地積累增多，進而引起點蝕，另外由于碳鋼本身會形成原電池，一旦點蝕產生，腐蝕速率會不斷加速，再厚的鋼板也會被腐蝕穿透，最終導致水套漏水設備報廢。本文通過靜態掛片研究不同條件下二氧化氯設備水套的腐蝕情況，并對腐蝕程度進行了比較，為后續的防腐措施提供理論基礎。

2 二氧化氯發生器水套腐蝕機理

二氧化氯發生器水套腐蝕的成因主要是電化學腐蝕。該設備水套內加熱介質通常采用自來水，自來水中均含有多種正負離子，如Ca2+，Mg2+，Cl-，ClO-等，這些離子的運動可使自來水導電，也就是說自來水可以被認為是電解質溶液。碳鋼在煉制過程中不可避免地會混入許多其他元素，如C、P、Mn、Si等。當這些雜質與鋼鐵一起處于電解質溶液中時，由于其電位較高從而形成了原電池，低電位的鐵通常作為陽極發生氧化反應：Fe→Fe2++2e-，陰極由溶于自來水中的氧氣發生還原反應：O2+2H2O+4e-→4OH-，溶于水中的鐵離子與氫氧根離子生成氫氧化鐵（水銹），這就是水套的電化學腐蝕機理。在水套中沒有浸沒在水中或干濕交替的部位，由于加熱溫度的影響，會有大量水汽附著在其表面，從而形成一層導電水膜，也會發生電化學腐蝕。

3 二氧化氯發生器水套加裝鎂棒防腐機理

鎂棒防腐的原理是陰極保護：將電位更低的活潑金屬（Mg）與被保護的水套（Fe）底部連接，并處于同一電解質（自來水）中，原來由水套（Fe）發生的陽極反應被活潑金屬（Mg）代替：Mg→Mg2++2e-，溶解氧發生陰極反應：O2+2H2O+4e-→4OH-。鎂棒成為犧牲陽極，充當了水套的“擋箭牌”，代替它被腐蝕消耗掉，從而保護了水套。

4 試驗方法

制作碳鋼水套三只，每只水套內壁分別在“液上”、“漂浮”、“液下”這三處位置安裝掛片懸臂。按照設備實際情況配備加熱管及溫控系統，一號水套不加裝鎂棒及水位電極，二號水套內只加裝鎂棒，三號水套內加裝鎂棒及水位電極。

從水套加工的原材料上切取、經適當的機械加工制成50mm×25mm×4mm矩形掛片，上下各開一直徑為8.5mm的圓孔，共計27枚。依次經過180#、240#、600#砂紙打磨至表面潔凈無雜質后，用無水酒精擦洗、冷風機吹干、濾紙包好并編號，然后置于干燥器中24小時，依次取出掛片并用高精度電子天平秤重（記為m0）。將稱好的掛片依次掛入預置的三只水套內的不同位置懸臂上，同一位置懸掛3枚掛片。加入自來水液位至“漂浮”處為止，水套自來水加熱至二氧化氯設備實際運行溫度（90℃），維持恒定。

掛片在腐蝕164天后取出，用毛刷去除表面疏松的腐蝕產物并用水沖洗，然后用1：1的鹽酸+0.5%烏洛托品溶液擦洗至腐蝕產物徹底去除，再用蒸餾水、無水酒精擦洗、冷風機吹干、干燥24小時后依次稱重（記為m1）。

腐蝕速率計算公式如下：

υ=（m0-m1）/ρSt

式中 υ——掛片的腐蝕速率，mm/a；

m0——腐蝕前掛片的質量，g；

m1——腐蝕后掛片的質量，g；

ρ——碳鋼的密度，Kg/m3，取7800 Kg/m3；

S——掛片的表面積，m2；

t——掛片的腐蝕時間，a。

5 測試結果及分析

5.1 一號水套腐蝕速率數據及數據對比圖

由以上數據及數據對比圖可知：

碳鋼水套在沒有加裝鎂棒及水位電極的情況下，腐蝕速率均0.095mm/a。該水套在與水接觸的不同位置，其腐蝕速率為液下>漂浮>液上，說明腐蝕速率跟電解質（自來水）的接觸面有關，接觸越多其腐蝕速率越快。

5.2 二號水套腐蝕速率數據及數據對比圖

由以上數據及數據對比圖可知：

碳鋼水套在加裝鎂棒的情況下，腐蝕速率均0.036mm/a。該水套在與水接觸的不同位置，其腐蝕速率為液上>漂浮>液下，可見越靠近鎂棒的區域（鎂棒加裝在設備底部）其腐蝕速率越慢，耐腐性越好。加裝鎂棒后與水接觸面多少的影響可以忽略。

5.3 三號水套腐蝕速率數據及數據對比圖

由以上數據及數據對比圖可知：

碳鋼水套在加裝鎂棒及水位電極的情況下，腐蝕速率均0.070mm/a。該水套與水接觸的不同位置，其腐蝕速率分布情況相對比較均勻。

5.4 三組水套腐蝕速率對比圖

由以上數據對比圖可知：

一號水套腐蝕速率均值為0.095mm/a，二號水套腐蝕速率均值為0.036mm/a，三號水套腐蝕速率均值為0.070mm/a，前兩組腐蝕速率對比下降了62%；后兩組腐蝕速率對比，后者比前者增加了94%；第一組和第三組腐蝕速率對比下降了26%。由上述分析可知加裝鎂棒可以顯著提高碳鋼水套的耐腐性，而加裝水位電極則會增加額外的腐蝕，當同時加裝鎂棒及水位電極時，腐蝕速率仍會下降。

6 結論

（1）通過試驗證明，加裝鎂棒可以顯著提高水套的耐腐性；加裝水位電極會加快水套腐蝕；當鎂棒與水位電極同時加裝時，整體腐蝕速率仍會下降，但是防腐效果不是很明顯；越靠近鎂棒的區域其腐蝕速率越慢，耐腐性越好。

（2）通過上述結論，我們可知二氧化氯發生器水套采用鎂棒防腐的措施是可行的；鎂棒安裝的最佳區域是在水套底部易漏處；水位電極去掉，更換其他不影響水套耐腐性的同功能產品。

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作者簡介：高建宏（1986-），男，山東濟南人，學士，助理工程師，主要從事給水排水技術研究及環保設備研發工作。