淺談電位—pH圖在電力設備腐蝕與防護課程中的應用

周瓊花　匡尹杰

摘 要 本文從電位-pH圖、電力設備用材、火電廠給水pH調節三個方面闡述了電位-pH圖在電力設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圖的制作及應用并結合一定的動力學分析，火電廠給水pH調節原理是不難掌握的。

關鍵詞 電位-pH圖 給水pH調節 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據，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及其熱力學穩定性 同時也就間接地提供了防止金屬腐蝕的途徑。

電力設備腐蝕與防護課程是為我校應用化學專業電廠化學方向學生開設的主干專業課，旨在為我國電力行業輸送合格的電廠化學人才。因為電力設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備腐蝕與防護內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圖的制作及應用、電廠設備材料和給水pH調節三個方面談談怎樣利用金屬-水體系的電位-pH圖來詮釋電力生產中鍋爐給水的pH調節問題。使學生能在給水pH調節問題上能夠知其然并且能知其所以然。

1熱力設備金屬材料特性

鍋爐鋼管用鋼應具有較高的耐腐蝕性、良好的塑性、優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定性。因此制造熱力設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號優質碳素鋼。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。因此熱力設備的腐蝕與防護問題都主要基于這三類材質的防腐方面的考慮。比如本文要談到的給水pH調節問題。

2電位-pH圖的制作和應用

電位-pH圖的制作：

步驟一：列出體系中所有可能參加反應的反應粒子；

步驟二：列出這些反應粒子之間可能構成的平衡反應式；

步驟三：計算各反應式的平衡條件；

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（下轉第59頁）（上接第46頁）范圍內，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定狀態。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定狀態。

3火電廠給水pH調節范圍的確定

綜合電力設備金屬材料特性以及Fe-H2O體系和Cu-H2O體系的電位-pH圖，不難看出當前國內大型火力發電機組加氨等調節給水pH值的目的是堿化介質，使鐵及其合金，銅合金材質表面都處于鈍化狀態，即熱力學的相對穩定狀態。降低電力設備材質的腐蝕，保證機組安全運行。目前國內電廠給水pH值調節在結合一些動態試驗結果后，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-而發生腐蝕。

因此，在講授鍋爐給水pH調節原理時，若能讓學生掌握電位-pH圖的制作及應用，并結合熱力設備材料特點和一定的動力學分析實驗結果，相信能讓學生很好地掌握這一問題的實質，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

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