關于循環水腐蝕問題的初步探討與研究

馬駁　馬昊天

【摘要】循環水系統在運行中主要有三個問題：腐蝕、結垢和細菌滋生。尤其是腐蝕問題，腐蝕如果控制不好，會使換熱器管束變薄，降低設備及管線使用壽命，腐蝕產物（鐵銹）會使循環水濁度和總鐵升高，并會導致系統細菌滋生。為了控制腐蝕需要了解循環水腐蝕的機理找出應對措施。

【關鍵詞】腐蝕;預防措施

一、腐蝕機理

（一）溶解氧存在的電化學腐蝕

循環水系統一般采用的是敞開式循環水系統。水和空氣直接接觸，因此水中的溶解氧含量很高，為電化學腐蝕提供了基礎。電化學腐蝕主要是陽極金屬（鐵）失電子，陰極得電子，在陽極區，碳鋼氧化成亞鐵離子進入水中，并在金屬基體上留下2個電子，同時水中的溶解氧則在陰極區接受這兩個電子，還原成氫氧根，這兩個電極反應可以表示為：

陽極區：Fe=Fe2++2e 陰極區：1/2O2+2e+H2O=2OH-

當亞鐵離子和氫氧根在水中相遇時就會生成Fe（OH）2沉淀。如果水中氧充足，可進一步氧化成鐵銹。

（二）微生物腐蝕

微生物腐蝕主要是指水中的一些細菌具有腐蝕性。如鐵細菌常在水管內壁附著生長，形成結瘤，能把水中溶解的亞鐵氧化成高鐵形式，形成氧差電池腐蝕管道。硫氧化菌、硫酸鹽還原菌能夠能還原硫酸鹽為硫化物，產生以對系統進行腐蝕，一些產生粘液的細菌、真菌以及某些藻類和原生動物，都可引起金屬腐蝕。

另外，微生物附著在換熱器管壁上，會分泌粘液（也就是生物粘泥），會將水中的泥沙、鐵銹、油類物質等吸附在上面形成污垢，在污垢下面會形成局部陽極和局部陰極而發生腐蝕。

（三）腐蝕性離子的腐蝕

循環水中由于加氯的原因氯根相對較高，因此陰離子腐蝕主要是氯根腐蝕，而且由于氯離子由于孔徑小能夠穿透金屬表面的氧化膜和金屬結合導致點蝕發生，點蝕沿著重力方向進行，會造成換熱器穿孔泄漏，尤其是對不銹鋼材質腐蝕更加嚴重。蝕坑內金屬表面處于活態，電位較負;蝕孔外金屬表面處于鈍態，電位較正，于是孔內和孔外構成了一個鈍態微電偶腐蝕電池。

蝕坑內主要發生陽極溶解反應：

Fe→Fe2++2e

Cr→Cr3++3e

Ni→Ni2++2e

蝕坑外在中性或弱堿性條件下發生的主要反應：

1/2O2+H2O+2e→2OH-

孔內介質相對孔外介質呈滯流狀態，溶解的金屬陽離子不易往外擴散，溶解氧亦不易擴散進來。由于孔內金屬陽離子濃度的增加，帶負電的氯離子向孔內遷移以維持電中性，在孔內形成金屬氯化物（如FeCl2等）的濃縮溶液，這種富集氯離子的溶液可使孔內金屬表面繼續維持活性。又由于氯化物水解等原因，孔內介質酸度增加，使陽極溶解速度進一步加快，隨著腐蝕的進行，孔口介質的pH值逐漸升高，水中的可溶性鹽如Ca（HCO3）2將轉化為CaCO3沉淀，結果銹層與垢層一起在孔口沉積形成一個閉塞電池，這樣就使孔內外物質交換更困難，從而使孔內金屬氯化物更加濃縮，最終蝕孔的高速深化可把金屬斷面蝕穿。

二、腐蝕的預防措施

（一）加緩蝕阻垢劑

可以通過添加緩蝕劑和調節pH值的方法控制腐蝕。以循環水場常用的磷系緩蝕劑配方為例，該系緩蝕劑的緩蝕機理是磷系藥劑與水中的Ca2+和作為緩蝕劑而加入的Zn2+結合，在碳鋼表面形成以磷酸鈣為主體的不溶性鹽的薄膜而起到緩蝕作用。另外，其中的磷酸酯與金屬表面的鐵反應生成了不溶性的磷酸鐵，附著在金屬表面，形成了保護膜，阻止了環烷酸和鐵的反應，形成油溶性的環烷酸鐵，由于Fe-P問高的鍵合強度，使得生成的絡合物非常穩定。

（二）控制pH值

適當上調pH值采用堿性冷卻水處理，隨著pH值的升高，水中的氫離子濃度降低，碳鋼表面生成氧化性保護膜的傾向增加，故冷卻水對碳鋼的腐蝕性隨著pH值的增加而降低。

（三）控制細菌總數含量

由于循環水中的細菌很多屬于產酸菌會對系統產生腐蝕，并且細菌的新陳代謝會生成粘泥和系統的泥沙、水垢等結合導致換熱器堵塞，并阻礙了循環水藥劑到達換熱器管線表面，產生嚴重的垢下腐蝕。如果一個系統細菌嚴重滋生，那么，肯定會加劇系統腐蝕傾向，而且會使系統惡化因此必須控制循環水細菌總數，細菌總數應控制在1.0×105個/mL以內。

三、循環水系統目前防止腐蝕的做法

（一）投加緩蝕劑控制pH值及堿度

在循環水系統日常運行中，通過控制緩蝕劑濃度和系統的pH值及堿度達到蝕緩目標，在系統剛剛進行完清洗預膜時，由于系統基本未濃縮，此時是系統腐蝕最關鍵的時期。因此，將正磷控制到12～14mg/L，堿度在100～120mg/L，pH值在7.8～7.9之間，腐蝕速率合格。隨著系統的濃縮，循環水的腐蝕問題減弱，結垢傾向增加，通過調整數據，正磷控制到10～12mg/L，堿度在50～70mg/L，pH值在7.4～7.7之間。如果系統發生泄漏，增加緩蝕劑的投加濃度，在泄漏調整期間將正磷控制到12～16mg/L，控制腐蝕加劇。

（二）控制細菌總數

目前一般采用日常投加氧化性殺菌劑氯氣控制余氯和沖擊投加非氧化性殺菌劑（異噻唑啉酮類和季銨鹽類等）的方法控制細菌總數低于1.0×105個/mL，通過加剝離劑，增加氯氣投加量，將余氯控制0.5mg/L以上，同時增加殺菌劑投加濃度并增加固體氯等殺菌劑等方法降低細菌總數，防止由于細菌過度滋生造成腐蝕。

（三）控制腐蝕離子的含量

冷卻水中的氯根、硫酸根等活性離子能破壞碳鋼表面的鈍化膜，增加腐蝕反應的陽極反應，引起金屬的局部腐蝕。尤其是氯離子還會造成系統的點蝕，是破壞性和隱患性最大的腐蝕之一，尤其是在補充高氯根的回用水條件下循環水系統氯根在1000mg/L以上，最高甚至達到1600mg/L更易產生點蝕，因此必須控制氯離子含量，目前水處理藥劑條件下氯離子含量不宜超過1300mg/L，過高時應考慮排水降低氯根。

四、結論

從以上分析可以看出，在日常水質控制中，通過調整緩蝕劑和控制pH值及堿度以及控制細菌總數等方法，可以達到較好控制循環水對管線和換熱設備的腐蝕問題。

參考文獻：

[1]周本省.工業水處理技術[M].化學工業出版社，2010.

[2]金溪，項成林，齊冬子.工業水處理技術問答[M].化學工業出版社，2010.