循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻器腐蝕速率的測定方法

李林潔

(中國石油撫順石化分公司，遼寧撫順 113001)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻器腐蝕速率的測定方法

李林潔

(中國石油撫順石化分公司，遼寧撫順 113001)

測定冷卻器管束平均年腐蝕速率的方法有靜態(tài)掛片質(zhì)量損失法、旋轉(zhuǎn)掛片質(zhì)量損失法和動態(tài)模擬質(zhì)量損失法等許多種，但是無論哪種方法都是以一段時間內(nèi)的管束腐蝕速率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從而推算出冷卻器管束平均年腐蝕速率。由于鋼鐵在水中短時間內(nèi)腐蝕速率較高而后隨著時間的推移則逐漸趨于平緩，導(dǎo)致推算出來的平均年腐蝕速率產(chǎn)生較大誤差。介紹一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)鋼材平均年腐蝕速率的測定方法，通過幾年的現(xiàn)場放置掛片試驗(yàn)，并與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)旋轉(zhuǎn)腐蝕測試儀測試結(jié)果對比證明，此方法簡單可行，適合現(xiàn)場測試。

循環(huán)冷卻水系 腐蝕率 測定方法

腐蝕速率常用的測定方法有電化學(xué)測定法、電阻法、質(zhì)量損失法和容量法等。其中電化學(xué)測定法又分為極化曲線法和線性極化法。在諸多腐蝕測定方法中，對于煉油廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定劑緩蝕速率的評定，通常采用質(zhì)量損失法。介紹了一種測定年腐蝕速率的新方法，與現(xiàn)場數(shù)據(jù)相比比較吻合。

1 質(zhì)量損失法

質(zhì)量損失法是評定金屬腐蝕速率的一種經(jīng)典方法。根據(jù)金屬腐蝕的原理可知，金屬被腐蝕的過程就是金屬陽極溶解的過程，因此，金屬被腐蝕的結(jié)果是金屬質(zhì)量損失，當(dāng)然金屬表面的腐蝕產(chǎn)物必須清除干凈，否則不是質(zhì)量損失而是質(zhì)量增加。把金屬在單位面積上和單位時間內(nèi)失去的質(zhì)量作為評定金屬腐蝕速率的一個指標(biāo)，此法即稱為質(zhì)量損失法。用質(zhì)量損失法測定腐蝕速率，通常又采用三種不同的測定方式:①靜態(tài)掛片質(zhì)量損失法。②旋轉(zhuǎn)掛片質(zhì)量損失法。③動態(tài)模擬質(zhì)量損失法。

1.1 靜態(tài)掛片質(zhì)量損失法

將金屬試片懸掛在靜止的水溶液中，稱取腐蝕后的金屬試片質(zhì)量損失，然后用公式計(jì)算出金屬試片的腐蝕速率。通常做法是選擇與換熱器傳熱管材料相同的試片，經(jīng)處理稱質(zhì)量后，每兩片為一組，用木桿懸掛在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)涼水塔的集水池內(nèi)。試片在水池中的位置要適中，不能太低，否則容易被水池中的黏泥覆蓋，使測得的速率往往不是試片的真實(shí)腐蝕速率。同時也不能用鐵絲綁試片，這樣會因鐵絲與試片的材料不同而產(chǎn)生原電池腐蝕，使得測得的腐蝕速率出現(xiàn)偏差，因此要采用絕緣材料。經(jīng)過一段時間后取出試片，經(jīng)處理后稱質(zhì)量，即可稱得試片的平均年腐蝕速率。這種方法雖然比較簡單，但是測得的腐蝕速率往往與實(shí)際有較大的差異。這是因?yàn)殇撹F的腐蝕是一個十分復(fù)雜的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，它不僅與反應(yīng)時間長短有關(guān)，同時也與水中溶解氧含量、二氧化碳含量、水的流速、以及水溫等密切相關(guān)，詳見圖1～圖4。

圖1 水中CO2含量對碳鋼腐蝕速率的影響Fig.1 The influence of CO2content in water on the corrosion rate of carbon steel

圖1表明水中二氧化碳含量越高碳鋼的腐蝕速率就越高;圖2表明水中氧含量增高時碳鋼的腐蝕速率增高、但當(dāng)氧含量達(dá)到臨界點(diǎn)時碳鋼的腐蝕速率反而隨著氧含量的增高而下降;圖3表明在密閉體系中碳鋼的腐蝕速率是隨著水溫的升高不斷增高的，而在開放體系中碳鋼的腐蝕速率開始是隨著水溫的升高而增高的，但當(dāng)水溫超過80℃時腐蝕速率反而下降;圖4表明水的流速對碳鋼腐蝕速度的影響是起伏不定的。

圖2 蒸餾水中溶解氧含量對碳鋼腐蝕速率的影響Fig.2 The influence of dissolved oxygen concentration in distilled water on the corrosion rate of carbon steel

圖3 水溫對碳鋼腐蝕的影響Fig.3 The influence of water temperature on the corrosion of carbon steel

圖4 淡水流速對碳鋼腐蝕的影響Fig.4 The influence of freshwater flow speed On the corrosion of carbon steel

而靜態(tài)掛片質(zhì)量損失法恰恰無法模擬這一點(diǎn)，首先，靜態(tài)法試片表面水的流速和溫度與換熱器內(nèi)不一樣;其次，循環(huán)水經(jīng)涼水塔后相當(dāng)于一次曝氣過程，落入水池后水中溶解氧含量大于換熱器中水的溶解氧，而二氧化碳含量又小于換熱器中的，這就使得測出的腐蝕速率出現(xiàn)偏差。

1.2 旋轉(zhuǎn)掛片質(zhì)量損失法

為了盡量減少因水溫、水的流速、以及水中溶解氧和二氧化碳含量對腐蝕速率的影響，采用了旋轉(zhuǎn)掛片質(zhì)量損失法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備為8200型旋轉(zhuǎn)腐蝕試驗(yàn)儀。該儀器具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)用調(diào)壓器控制試片轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速;(2)儀器配有轉(zhuǎn)數(shù)顯示儀，便于實(shí)驗(yàn)時控制轉(zhuǎn)數(shù);(3)儀器配有供氣泵，實(shí)驗(yàn)時可以連續(xù)不斷地往水中通氧，維持水中溶解氧的含量;(4)儀器有8個試驗(yàn)燒杯，可以同時掛16個試片進(jìn)行平行試驗(yàn);(5)儀器有自動電加熱恒溫系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)時可以利用該儀器的這些優(yōu)點(diǎn)，全面地模擬現(xiàn)場情況，但是，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)測出的腐蝕速率仍然有一定的偏差。這是因?yàn)?，?dāng)試片在燒杯中高速旋轉(zhuǎn)時，由于試片帶動杯中的水也隨著試片一起轉(zhuǎn)動起來，使得試片表面與水的相對速度已經(jīng)不是計(jì)算時的數(shù)值了。另外由于實(shí)驗(yàn)時間一般是選擇72 h，據(jù)資料介紹試片在前72 h是腐蝕高峰，而后則趨于平穩(wěn)。所以這樣測出的腐蝕速率往往偏大。

1.3 動態(tài)模擬質(zhì)量損失法

該法是建一個小型循環(huán)冷卻系統(tǒng)，并配有換熱器、小涼水塔等設(shè)備，通過對傳熱管的處理、清洗、干燥、稱質(zhì)量，再經(jīng)過計(jì)算即可獲得傳熱管的腐蝕速率。

2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻器平均年腐蝕速率的測定

2.1 三棱柱形試片架的制作

制作一些長450 mm、直角邊240 mm的三棱柱形試片架待用;

2.2 試片的規(guī)格

a、73 mm ×12.7 mm ×1.6 mm;

b、30 mm×15 mm×(1～3)mm(日本 JIS標(biāo)準(zhǔn)掛片);

c、50 mm×30 mm×1mm(日本片山介紹);d、φ50 mm×1 mm中心孔徑7mm(日本栗田介紹);

e、50 mm ×25 mm ×2 mm(化工部頒標(biāo)準(zhǔn)掛片);

試片的制作過程要嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，不能隨意剪切、打磨。所使用的試片是蘭州西固機(jī)械設(shè)備研究院生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)試片(標(biāo)準(zhǔn)試片是指開孔新增的圓柱側(cè)面積等于開孔鉆掉的兩個小圓的面積)。

2.3 試片的選擇和處理

選擇與冷卻器內(nèi)管束材質(zhì)相同的試片，放在盛有去離子水的塑料杯內(nèi)，用鑷子夾著棉花擦洗試片表面，然后用無水乙醇擦洗，用電吹風(fēng)冷風(fēng)檔吹干后放入干燥器內(nèi)干燥24 h。再用電光天平稱得試片質(zhì)量，應(yīng)精確到萬分之一克，編號待用。

2.4 試片的放置方法

裝置停工檢修冷卻器清洗完畢后，用絕緣繩將試片綁在試片架上，將試片架放入浮頭式冷卻器的隔板處，最好不放在水流直接沖擊的地方，也不要放在很低的位置，以免冷卻器中沉積物將其蓋在下面，影響試片正常腐蝕。放完試片，記下試片編號及安放時間。

2.5 取出試片的處理方法

待裝置停工檢修時將試片架上試片取出，記下取出時間、冷卻器的名稱及試片的編號。回到實(shí)驗(yàn)室首先在清水中用刷子清除表面污泥，再將試片放入加有1%的六次甲基四胺的1:1HCl溶液中浸泡，待試片出現(xiàn)金屬光澤時取出，浸泡時間不宜過長，否則HCl與鐵發(fā)生置換反應(yīng)影響腐蝕速率。待清除完腐蝕物后，放入塑料杯內(nèi)用去離子水沖洗干凈，再用無水乙醇沖洗，用電吹風(fēng)吹干后放入干燥器內(nèi)靜置24 h后稱質(zhì)量，精確到萬分之一克。

2.6 平均年腐蝕速率的計(jì)算

(1)平均年腐蝕速率計(jì)算采用的公式如下［1］:

式中:△W—質(zhì)量損失，g;

A— 試片面積，cm2;

C— 8.76×104;

F— 腐蝕速率，mm/a;

h— 試驗(yàn)時間，h;

d— 試片密度，g/cm3(碳鋼 d=7.85);

(2)最大偏差計(jì)算

分別用腐蝕數(shù)率最大值Fmax和最小值Fmix與平均腐蝕率F相減，取其絕對值算出最大偏差并將偏差超過10%的數(shù)據(jù)舍去。

(3)北蒸餾裝置冷卻器測試結(jié)果

某公司北蒸餾裝置冷卻器測試結(jié)果見表1。

表1 冷卻器測試數(shù)據(jù)Table 1 The test data of cooler

4 小結(jié)

從測得的腐蝕率可以看出，未加緩腐蝕劑時該廠的部分冷卻器腐蝕率大于0.125 mm/a。且時常有個別冷卻器出現(xiàn)過腐蝕穿孔現(xiàn)象，引起非正常停工，檢修時也經(jīng)常更換很多冷卻器管束。自循環(huán)水系統(tǒng)開始投加緩蝕劑以來，從未出現(xiàn)冷卻器穿孔現(xiàn)象，同時循環(huán)水補(bǔ)水率也降至3%以下，這不僅節(jié)約了大量的新鮮水，同時也保證了生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定和長周期生產(chǎn)。

［1］徐壽昌等.工業(yè)冷卻水處理技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社出版社，1982:382.

Methods of Corrosion Rate Testing for Coolers in Cooling Water System

Li Linjie
(PetroChina Fushun Petrochemical Company，F(xiàn)ushun，Liaoning 113001)

The testing methods for annual average corrosion rates of cooler tubes are static coupon weight loss testing method，rotary coupon weight loss testing method and dynamic coupon simulation weight loss testing methods，etc.All these methods are based upon the corrosion rate of tubes of a period of time to calculate the annual average corrosion rate of cooler tubes.As the iron and steel corrode rapidly in water in the first short period of time and the corrosion then becomes stable afterwards，the deviation of annual average corrosion rates calculated is high.A testing method for corrosion rate of coolers in cooling water system is introduced.Several years’field coupon testing and comparison with the results of internal rotary corrosion test show that this method is simple in application and good for field testing.

cooling water，corrosion rate，testing method

TE986

A

1007－015X(2012)03－0008－03

2012－01－ 12;修改稿收到日期:2012－05－07。

李林潔(1961－)，工程師，1990年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，現(xiàn)在中國石油撫順石化分公司石油三廠技術(shù)發(fā)展部工作。E-mail:llj1@petrochina.com.cn。

(編輯 張向陽)