劣質循環水系統碳鋼腐蝕防治應用實踐

仲繼克 李德峰

摘要：針對循環水系統在運行過程中出現的碳鋼腐蝕，進行主要問題及原因分析，提出防治碳鋼腐蝕的方案和控制措施并予以實施，采取防控措施后碳鋼腐蝕明顯減緩。

關鍵詞：循環水，水質差，碳鋼腐蝕，防治措施

引言

渠東電廠循環水系統采用賈屯污水處理廠的中水和賈太湖蓄水池的黃河水兩種水源同時補水。賈太湖的黃河水水質相對較好，賈屯污水處理廠主要接納周邊的化工廠、造紙廠、制藥廠等工業廢水，其中水經電廠混凝澄清處理后水質仍然較差。隨著深度優化用水和水污染防治的進行，循環水高濃縮倍率運行，導致循環水中含鹽量高、各種離子含量高、水質差。前兩年在機組檢修期間發現循環水系統碳鋼管路和個別閥門出現不同程度腐蝕現象，經過查找和分析原因，逐步制定和采取措施，至現在碳鋼腐蝕得到了控制，腐蝕情況減緩明顯。

1 循環水系統碳鋼腐蝕狀況

2018年機組檢修期間檢查：凝汽器TP317不銹鋼管無腐蝕、無結垢;但是循環水系統碳鋼發生了不同程度的腐蝕，主要集中在使用循環水的油冷卻器和內冷水冷卻器等進出口管路和個別閥門，其中一手動門門柄腐蝕嚴重，有幾處管路焊口外表面有滲漏流淌后干涸棕紅色銹跡，管路內部有局部呈棕黃色鼓包，少數鼓包最大高約7-8mm，包下面是黑褐色腐不均勻蝕坑，坑深最大約3mm左右，部分腐蝕坑相連擴散，管徑小些管路腐蝕嚴重，管徑大的管路腐蝕稍輕，判斷均為循環水腐蝕所致。

2 循環水系統碳鋼腐蝕原因分析

2.1高含鹽量導致電化學腐蝕

循環水日常分析數據pH在8.2-9.0之間不存在酸性腐蝕，但仍然存在一定其他方式的腐蝕性。因循環水補水水質差，加之在高濃縮倍率下運行導致循環水水質差，其中氯離子、硫酸根離子、含鹽量等非常高，循環水的電導率最高時超過6500μs/cm，氯離子最高達2183mg/L，硫酸根離子最高達2632mg/L。高濃度鹽類、氯離子和硫酸根離子等對碳鋼管路、閥門等無防腐部位存在電化學腐蝕[1]和其他類型的腐蝕，如金屬在海水、酸、堿、鹽溶液中的腐蝕均屬這一類。渠東廠循環水高含鹽量導致了碳鋼發生了電化學腐蝕[1]。

2.2氧對碳鋼的腐蝕

在檢查中發現其腐蝕產物在碳鋼表面形成許多大小不一的鼓包，鼓包表面的顏色由黃褐色到硅紅色不等，深次層是黑色，當將這些腐蝕產物清除后，便會出現腐蝕造成的陷坑，這些現象符合氧腐蝕特征[2]。鐵受水中溶解氧的腐蝕也是一種電化學腐蝕[2]，鐵和氧形成腐蝕電池。鐵的電極電位總是比氧的電極電位低，所以在鐵氧腐蝕電池中，鐵是陽極，遭到腐蝕，反應式如下：Fe→Fe2++2e，氧為陰極，進行還原，反應式如下：O2+2H2O+4e→4OH-在這里溶解氧起陰極去極化作用，是引起鐵腐蝕的因素，這種腐蝕稱為氧腐蝕。鐵受到溶解氧腐蝕后產生Fe2+，它在水中進行下列反應：

Fe2++2OH-→Fe（OH）2，

Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3，

Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4+4H2O，

在上述反應中，Fe（OH）2是不穩定的，使反應繼續進行，最終產物主要是Fe（OH）3和Fe3O4[2]。

2.3硫酸鹽還原細菌促生的微生物腐蝕

循環水中硫酸鹽含量非常高，硫酸鹽還原細菌造成了微生物腐蝕，微生物直接或間接地參加了腐蝕過程所起的金屬毀壞作用[3]。主要是通過使電極電位和濃差電池發生變化而參與腐蝕作用，由于細菌繁殖所形成的粘泥沉積在金屬表面，破壞了保護膜，構成局部電池，微生物腐蝕是一種局部腐蝕，而且幾乎都有點蝕的跡象，其危害不容忽視。

2.4 沉積物或垢下腐蝕

循環水中懸浮物多，逐漸隨同腐蝕產物沉積在管路內表面，沉積物會加速碳鋼的電化學腐蝕。循環水中懸浮物的多少主要用濁度指標來判斷，兩年前因濾池缺陷導致循環水濁度嚴重超標一次，對碳鋼腐蝕也產生一定的副作用。

2.5 水流速的影響

一般來說，水流速低于0.3m/s的換熱器普遍存在污垢和垢下腐蝕問題，流速越低問題越突出。經過油冷卻器和內冷水冷卻器的循環水管徑小，流速相對循環水系統主管路緩慢，水中的懸浮物等雜質更容易在有腐蝕產物形成的鼓包等粗超表面附著，促進了腐蝕作用。

3 循環水系統碳鋼腐蝕的防治

3.1 降低循環水含鹽量

由于渠東電廠循環水補水水質差，補水電導率在1500-2800μs/cm之間，氯離子在130-450mg/L之間，硫酸根離子在160-450mg/L之間，各種離子均較高，鑒于目前需要節水減排和深度優化用水的形勢以及經濟性對比考慮，通過降低循環水濃縮倍率來降低含鹽量方法可行性不強，不做最為主要防治手段。

3.2 循環水中加碳鋼緩蝕劑

2019年起針對碳鋼腐蝕防治，在循環水原有投加緩蝕阻垢劑的基礎上又增加了“碳鋼緩蝕劑[4]”，目的是減少碳鋼的腐蝕[4]，添加碳鋼緩蝕劑后腐蝕減緩明顯。為了確定投加碳鋼緩蝕劑量，在40天內做了四次試驗如表1。

通過試驗可以看出當每日投加35kg時循環水中鐵含量下降趨緩，最后確定每日投加35kg。

3.3 使用耐腐蝕材料

把循環水系統中腐蝕嚴重的閥門更換為耐腐蝕閥門;把腐蝕嚴重的管路更換為耐腐蝕管路：如孔網鋼帶聚乙烯復合管，此種材質具有很強的耐腐蝕性和較高的耐壓強度及蠕變性能，不用再擔心腐蝕問題。

3.4 采用犧牲陽極陰極保護方法

在循環水系統中針對碳鋼采用犧牲陽極陰極保護方法，主要在凝汽器水室底部加裝鋅板減緩腐蝕。

3.5 監控氯離子和硫酸根離子總量

加強監控循環水氯離子和硫酸根離子，依照GB50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》規定，控制氯離子加硫酸根之和<2500mg/L[5]，降低循環水的腐蝕性。

3.6 加強循環水殺菌滅藻處理

每周投加氯錠維持水中余氯0.1-0.2ppm，每月投加一次非氧化性殺菌劑，控制微生物等繁殖。

3.7 降低循環水懸浮物

加強循環水濁度控制，濁度<10NTU，減少懸浮物在循環水中系統中沉積。

3.8 監測碳鋼腐蝕速率

在循環水系統中懸掛碳鋼試片，在檢修期間取出來測定碳鋼腐蝕速率。

3.9 提高易腐蝕管內水流速

提高循環水在油冷卻器和內冷水冷卻器等管路中的流速，檢修時對管路內進行沖洗和清理;運行時閥門全開以保水流通暢。

4 循環水系統碳鋼腐蝕防治效果評價

4.1循環水中鐵離子含量檢測

依據GB 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》第51頁，水中有2mg/L（2000μg/L）的Fe2+時[5]，碳鋼腐蝕速率增加6-7倍[5]，且局部腐蝕加劇[5]。如果循環水中Fe2+不斷升高[5]，則表明設備被腐蝕[5]。隨著對循環水系統碳鋼腐蝕采取防治措施后，循環水中鐵離子含量明顯降低，表明循環水系統碳鋼腐蝕速率明顯降低。循環水中鐵離子含量檢測數據見下表2：

4.2 循環水中掛試片監測碳鋼腐蝕速率

2021年4月取出的掛片檢測結果：均勻腐蝕速率0.021mm/a，點蝕深度≤0.1mm，

依據GB 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》第49頁，關于腐蝕速率：碳鋼設備應小于0.075mm/a標準[5]，可見循環水中碳鋼腐蝕速率明顯低于標準值。總體情況較防治前明顯改善。

5 結論

在循環水系統中使用耐腐蝕材料對于防治腐蝕效果最好，在不能全部更換的情況下，采用犧牲陽極陰極保護方法、添加適量的碳鋼緩蝕劑、嚴格控制水中氯離子加硫酸根之和<2500mg/L、維持水中余氯0.1-0.2ppm防止微生物繁殖、降低水中懸浮物、適當提高水流速等多種防治措施聯合實施，有效降低了碳鋼腐蝕速率，解決了渠東電廠循環水系統內碳鋼腐嚴重的難題。以上防治措施簡單、易實施、成本低，對循環水高濃縮倍率運行影響小，有利于節能減排和深度優化用水，減少循環水系統碳鋼腐蝕類缺陷，保證循環水系統長周期安全穩定運行。

參考文獻：

[1]樂明聰.高鵬.徐慶磊.循環水熱水器腐蝕原因及改進措施[J].石油化工腐蝕與防護，2016.4：55-58

[2]楊培燕，張繼恒，顧寶珊，李黎，董小冬，劉汝平，楊國賢.循環水管道腐蝕原因分析[J].全面腐蝕控制，2011.25（2）：23-29

[3]劉志華，張恩奎.循環水系統碳鋼腐蝕防治措施[J].吉林電力技術，2000.1（2）：36-37

[4]高永濤，王平.循環水加碳鋼緩蝕劑應用[J].全面腐蝕控制，2014年第06期，2014.6：24-26

[5]中華人民共和國國家標準《工業循環冷卻水處理設計規范》GB/T 50050-2017 [S]，北京：中國計劃出版社，2018.1

作者簡介：仲繼克，1974年出生，男，黑龍江人，漢族，本科，工程師，從事電廠化學生產應用與研究;

李德峰，1968年出生，男，山東人，漢族，本科，工程師，從事電廠化學生產應用與研究。