電位—pH圖在鍋爐水化學工況教學中的體會

周瓊花+匡尹杰

摘 要 本文從熱力設備材質特點、電位-pH圖的應用、鍋爐水工況三個方面闡述了電位-pH圖在鍋爐水化學工況中的指導作用。指出只要認真了解鐵-水體系電位-pH圖的應用，并采用啟發引導式教學模式就能較好的掌握鍋爐水化學工況的內容。

關鍵詞 電位-pH圖 水化學工況 教學體會

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A

鍋爐水化學工況簡稱鍋爐水工況是指鍋爐的給水與爐水處理方式及所維持的主要水質指標。給水處理的目的是減小給水系統的腐蝕；爐水處理只對汽包爐而言，其目的是維持四氧化三鐵溶解度最低保證蒸汽雜質最少以保護汽輪機，并且中和進入爐內的雜質以防止其濃縮，最終防止鍋爐爆管。良好的水工況能有效地防止和減輕熱力設備結垢和腐蝕造成的危害。本文著重談談電位-pH圖在鍋爐爐水處理教學中的指導作用。

隨著科學技術的不斷發展，目前國內外已實現許多有效地爐水處理方式，如直流爐的堿性全揮發水工況、加氧水工況、汽包爐的磷酸鹽水工況、堿性全揮發水工況及絡合物聚合物工況，氫氧化鈉水工況等。雖然爐水處理方式種類繁多，實際上這些水工況概況起來可以分為兩大類即除氧的還原性工況和加氧的氧化性工況。然而無論是哪種水工況，其原理都可以從電位-pH圖得到解釋。

1熱力設備材質特點

熱力設備的水冷壁管道及汽包等的材質大都是價格低廉的低碳鋼和低合金鋼及部分銅材，這些材質在一般水溶液中耐蝕性較差，所以為了保證熱力系統安全運行就必須采取適當措施來維持它們可靠運行，對于電廠龐大的高溫高壓系統，唯一可行辦法就是維持適當的給水，爐水的pH，消除與設備接觸的介質水的侵蝕性，并通過加入合適的腐蝕抑制劑使金屬表面生成耐蝕性較好地保護層，也就是采用合適的水處理方式。由于熱力設備材質主要是低碳鋼和低合金鋼，因此我們可以利用Fe-H2O體系電位-pH圖來分析和討論爐水水處理方式的原理，使學生能夠從這張圖直觀的理解爐水處理方式原理。由于電位-pH圖是學生學習金屬腐蝕與防護原理時就已經學習了解過，因此在鍋爐水化學教學中，老師可以采用啟發式教學方式來分析講解電位-pH圖在爐水處理方式中的指導作用，使學生能做到學以致用，舉一反三，比較容易地理解掌握鍋爐爐水處理的原理。

2 Fe-H2O體系電位-pH圖及其在腐蝕研究中的作用

電位-pH圖是20世紀30年代由比利時著名學者包拜Pourbaix. M教授于1938年首先提出來的，因此也被人們稱之為Pourbaix圖。金屬的電化學腐蝕絕大數是金屬同水溶液接觸時發生的，金屬在水溶液中的穩定性不但與他的電極電位有關，還與水溶液的pH有關， 所以電位-pH圖是人們為了研究水溶液中發生的一系列反應和平衡問題，根據熱力學原理提出的一種圖解方法。它是把穩定相溶液或組分看作pH值和電位的函數，以平衡電位（相對于標準氫電極）為縱坐標，pH為橫坐標，在給定條件下將元素與水溶液之間大量的、復雜的均相和非均相化學反應和電化學反應的平衡關系簡單明了地圖示于一個很小的平面或空間里。

下圖是250C下簡化的Fe-H2O體系電位-pH圖（如圖1），由圖1可知鐵在水溶液中共有三種可能存在的狀態：即圖中的腐蝕區、鈍化區、免蝕區。為了降低或者免于鐵在水溶液中的腐蝕，那么需要使鐵在水溶液中處于鈍化區或者免蝕區，要使鐵處于免蝕狀態，需要外加陰極極化的方法，這種方法顯然在鍋爐爐水處理上是不合適的。因此我們可以采取使鐵處于鈍化區的方法來降低鐵在水溶液中的腐蝕。

3電位-pH圖在爐水水處理方式選擇中的作用

為了使鐵在水溶液中處于鈍化狀態，由圖可知在中性水溶液中，可在水溶液中加適量的氧化劑升高鐵的電位使其進入到鈍化區，即圖中B點的位置。此即爐水的中性加氧的氧化性水工況原理，此時鐵在水溶液中其表面會生成鐵的高價氧化物Fe2O3，它降低了鐵的腐蝕速度；若水溶液中除氧，此時直接添加堿性物質使溶液pH升高，使鐵處于鈍化狀態，即圖中A點的位置。此即爐水除氧的還原性水工況原理，此時鐵在水溶液中其表面生成了磁性四氧化三鐵降低了鐵的腐蝕速度；如果在水溶液中既加氧又加入堿性物質，那么鐵在水溶液中的電位升高且溶液pH提高，此時鐵在水溶液中將處于圖中鈍化區C點的位置，鐵的表面將生成Fe2O3 阻礙鐵的溶解，此即爐水的聯合水處理工況，如往爐水里既加氧又加氨，此法兼并了單純加氨的全揮發處理和和中性加氧處理的優點，是一種更佳的防腐蝕方法。

目前爐水處理的常用水工況很多種，在教學中如果一味地讓學生死記硬背，會使學生感覺枯燥乏味，而且效果欠佳，更容易混淆。如果能讓學生很好地掌握了電位-pH圖及其作用，并采用啟發式教學方式，相信能使學生全面系統地掌握鍋爐水化學工況知識。

參考文獻

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