中水對304不銹鋼腐蝕的影響分析

宋曉芳

(華北電力大學(xué)，河北 保定 071003)

中水主要是指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水，其水質(zhì)介于上水和下水之間[1]。中水回用和綜合利用是解決我國水資源短缺的重要途徑?；痣姀S是工業(yè)用水大戶，其中循環(huán)冷卻水量所占比重最大，幾乎占全廠總用水量的50%～70%。所以面對我國水資源嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀，國內(nèi)逐漸開展了城市污水經(jīng)二級處理后回用于火電廠作循環(huán)冷卻水的研究與應(yīng)用[2-4]。與天然水做循環(huán)冷卻水相比較，中水中的氨氮、無機(jī)鹽、表面活性劑等含量較高，它們會引發(fā)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢等問題，以下主要研究中水用作循環(huán)冷卻水時，循環(huán)冷卻水濃縮倍率、pH值、氨氮、Cl-等因素對304不銹鋼材料的腐蝕影響。

1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

由于不同中水的實(shí)際成分相差較大，而且對各種成分含量測定工作量大，不同濃度離子對腐蝕的影響程度各不相同，給研究各種因素對304不銹鋼腐蝕的影響造成困難，為避免干擾，該試驗(yàn)采用的試驗(yàn)水質(zhì)是模擬城市中水水質(zhì)。模擬中水是由氯化鈉、硫酸鈉、氯化銨和陰離子表面活性劑配成的一系列濃縮倍率的溶液，并對溶液pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為304不銹鋼。不銹鋼試樣制成10 mm×10 mm×10 mm的正方體，在工作面背面焊上導(dǎo)線，用環(huán)氧樹脂封裝非工作面，每次試驗(yàn)前將試樣工作面用200-800號水砂紙逐級打磨，然后進(jìn)行去離子水沖洗，再用無水乙醇丙酮脫脂，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。

1.3 試驗(yàn)儀器及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用PHS-25型恒電位/恒電流儀測定極化曲線。試驗(yàn)時以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，不銹鋼試樣為工作電極。將不銹鋼試樣浸于試樣用水中，穩(wěn)定到腐蝕電位后，用恒電流法測定陰陽極極化曲線，采用塔菲爾直線外推法確定腐蝕電流密度J，用腐蝕電流密度表征腐蝕速度。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 濃縮倍率對304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在pH=8.46，模擬中水濃縮倍率n分別為1、3、4時,溶液中的極化曲線見圖1。304不銹鋼在pH=8.46時，模擬中水濃縮倍率分別為1、3、4時溶液中自腐蝕電位Ecorr和腐蝕電流密度Jcorr見表1。

表1 pH=8.46時不同濃縮倍率下的Jcorr和Ecorr

濃縮倍率Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V10.460-0.50130.770-0.62441.013-0.667

綜合圖1和表1可以看出，隨著模擬中水濃縮倍率的增加，溶液的自腐蝕電位顯著下降，從-0.501 V下降至-0.667 V，腐蝕電流密度呈明顯增加趨勢。說明濃縮倍率的增加對不銹鋼耐蝕性有很大影響，這主要是由于濃縮倍率的增加很大程度上增加了侵蝕性離子(如氯離子、硫酸根離子等)的影響，造成不銹鋼不易成膜。從圖中還可以看出，濃縮倍率的增加對不銹鋼陽極和陰極極化曲線都有一定影響，主要是由于中水水質(zhì)復(fù)雜等多種因素綜合影響造成的。

2.2 pH值對304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在濃縮倍率為3時，不同pH值的模擬中水溶液中的極化曲線見圖2。304不銹鋼在濃縮倍率為3時，不同pH值的模擬中水溶液中的腐蝕電流密度Jcorr和自腐蝕電位Ecorr見表2。

圖2 濃縮倍率為3時不同pH值下的極化曲線

表2 濃縮倍率為3時不同pH值下的Jcorr和Ecorr

pH值Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V7.550.982-0.6518.460.770-0.6249.091.180-0.6739.541.026-0.643

從圖2可以看出，隨著溶液pH值的變化，不銹鋼的極化曲線變化不大。結(jié)合表2可以看出，隨著pH值的增加，自腐蝕電位和腐蝕電流密度沒有統(tǒng)一的變化趨勢，呈上下波動，而且變化較小。pH值從7.55～9.54腐蝕電流密度變化范圍為0.77～1.18 mA/cm2，自腐蝕電位變化范圍為-0.673～-0.624 V。這說明pH值在該范圍內(nèi)變化，對腐蝕的影響較小。

2.3 Cl-對304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在不同Cl-質(zhì)量濃度下的模擬中水溶液中的極化曲線見圖3。304不銹鋼在不同Cl-質(zhì)量濃度下的模擬中水溶液中的腐蝕電流密度Jcorr和自腐蝕電位Ecorr見表3。

圖3 不同Cl-質(zhì)量濃度下的極化曲線

表3 不同CL-質(zhì)量濃度下的Jcorr和Ecorr

Cl-/(mg·L-1)Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V0.4260.773-0.5360.7812.030-0.6031.1362.252-0.6151.4912.469-0.623

從圖3可以看出，陰極和陽極的極化曲線有明顯的Tafel區(qū)域。隨著Cl-質(zhì)量濃度的增大，陽極電流變大，腐蝕電流密度也呈增大趨勢，說明腐蝕程度加劇，且以陽極腐蝕為主，這反映出氯離子的存在會促進(jìn)電極陽極反應(yīng)，且質(zhì)量濃度越高這種促進(jìn)作用越明顯。結(jié)合表3，隨著Cl-質(zhì)量濃度的增加，自腐蝕電位從-0.536 V降低到-0.623 V，腐蝕電流密度從0.773 mA/cm2劇增到2.469 mA/cm2，腐蝕速度有很大的提高。

2.4 氨氮對304不銹鋼腐蝕的影響

304不銹鋼在不同氨氮質(zhì)量濃度的模擬中水溶液中的極化曲線見圖4。304不銹鋼在不同氨氮質(zhì)量濃度的模擬中水溶液中的腐蝕電流密度Jcorr和自腐蝕電位Ecorr見表4。

從圖4中可以看出隨氨氮質(zhì)量濃度的變化，304不銹鋼的陽極極化曲線變化不明顯，說明在該氨氮質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，氨氮對304不銹鋼腐蝕影響較小。從表4可以看出，隨著氨氮質(zhì)量濃度的增加，腐蝕電流密度呈增加趨勢，腐蝕電位隨其增大而降低，說明其一定程度上加速了不銹鋼的腐蝕。

圖4 不同氨氮質(zhì)量濃度下的極化曲線

表4 不同氨氮質(zhì)量濃度下的Jcorr和Ecorr

氨氮/(mg·L-1)Jcorr/(mA·cm-2)Ecorr/V250.773-0.536501.052-0.545751.080-0.5621001.102-0.566

3 結(jié)束語

試驗(yàn)結(jié)果表明，濃縮倍率、Cl-質(zhì)量濃度、氨氮濃度的增加，均能影響304不銹鋼的腐蝕速度。其

中氨氮濃度的促進(jìn)作用不明顯，而濃縮倍率以及Cl-質(zhì)量濃度的增加可以顯著加快304不銹鋼的腐蝕速度。溶液pH值在7.55～9.54范圍內(nèi)變化時，對304不銹鋼腐蝕的影響較小，而且沒有明顯的變化規(guī)律。該試驗(yàn)研究為采用中水回用電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)選材和控制參數(shù)提供了參考和借鑒,采用304不銹鋼循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的電廠將pH值控制在7.55～9.54時腐蝕影響較小,濃縮倍率、Cl-質(zhì)量濃度、氨氮質(zhì)量濃度的控制參數(shù)則要根據(jù)各廠的實(shí)際情況來確定。

參考文獻(xiàn)：

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