發(fā)電機內冷水中溶解氣體對銅導線的腐蝕試驗研究

申軍鋒 陳 銘

（深能合和電力〈河源〉有限公司 廣東 河源 517000）

1 內冷水溶解氣體與銅腐蝕的理論關系

1.1 溶解氧對銅腐蝕的影響

水中溶解氧具有雙重性質，一方面，溶解氧作為陰極去極化劑會引發(fā)銅的腐蝕，促進不穩(wěn)定的氧化物生成；而另一方面，一定條件下，溶解氧與銅發(fā)生反應生成的氧化物在又形成保護膜，有效阻止其進一步腐蝕[1]。

1.2 溶解二氧化碳對銅腐蝕的影響

水中二氧化碳對銅導線的腐蝕作用體現在降低水的pH并破壞銅表面的保護膜。發(fā)電機冷卻水近于純水，緩沖性很小，少量二氧化碳的溶解就會使水的pH值急劇下降，可降至5.0～6.0。

2 溶解氣體與銅腐蝕試驗

表1 空氣中CO2對pH8.7的溶液的電導率、pH隨時間的變化

2.1 為明確CO2降低堿性溶液pH值的速度，進行了如下試驗，即將濃氨水用新制除鹽水配制成pH為8.7，初始電導率3.60μs/cm的溶液，各取600mL放置于兩個燒杯中，一燒杯內的水用來測量電導率，另一燒杯內的水用來測量pH，數據記錄如表1。

從表1中數據可以看出，在很短時間內，溶液pH由8.7降至7.0以下，說明水溶液pH隨時間的變化很快，而電導率變化不。因此如果系統(tǒng)的密封性太差，內冷水會因CO2的溶入而使pH明顯降低,從而導致空芯銅導線內表面的保護膜遭到破壞而加劇腐蝕。

2.2 試驗方法與步驟

在敞開體系和密閉體系中采用靜態(tài)掛片法進行試驗。

（1） 敞開體系

采用30mm×10mm×5mm的紫銅試片，用金相砂紙打磨至1000#，用丙酮除油后，浸泡在無水乙醇中1min，取出，經干燥處理后，稱重，懸掛于已經裝滿堿性水溶液的錐形瓶中，浸泡72h后，將試片取出，用橡皮擦除表面黏附物質，用丙酮和無水乙醇清洗干凈后，干燥、稱重、測量尺寸，同時用雙環(huán)己酮草酰二腙顯色法測定試液中的銅含量。

（2）密閉體系

試片用上述方法處理后稱重、掛片、組裝并密封體系，廣口瓶注水，體系末端連接帶有溶氧儀探頭的錐形瓶，根據需要的溶解氧濃度控制通氮時間，得到不同溶解氧濃度的試液，掛片時間持續(xù)72h。

2.3 試驗結果

（1）敞開體系和密閉體系銅腐蝕情況的比較

敞開體系的膜不均勻，而密閉體系的膜較均勻，其完全變?yōu)楹谏哪r，敞開體系的膜沒有光澤，而密閉體系的膜有一定的光澤。

從表面狀況看來，推測兩體系均發(fā)生如下反應：

陽極反應：Cu=Cu++e

隨著腐蝕進行,銅試片表面形成雙層結構的銅氧化物保護膜[4]，內層為Cu2O膜，外層為CuO膜。在密閉體系中，氧化物保護膜在銅表面上黏附性好、較緊密，能防止銅試片的基體與試液直接接觸，使得銅的溶解量大大減少，從表2可看出，含銅量小于10μg/L。但是敞開體系中由于CO2的大量存在（飽和狀態(tài)），雖是堿性條件，但還是會有游離的CO2。在CO2和O2的聯(lián)合作用下，銅導線表面的氧化膜被損壞，最終會使銅表面的氧化銅保護膜轉化為堿式碳酸銅，其反應方程式為：

堿式碳酸銅是一種綠色的疏松物質，在水流的沖擊下易剝落，而且這種腐蝕產物在水中的溶解度較大。這樣銅表面的膜會變得不均勻，同時水中的含銅量也會急劇上升。由于水中CO2對銅的腐蝕更為嚴重，所以，運行中發(fā)電機冷卻系統(tǒng)應該防止CO2進入系統(tǒng)，比如在冷卻水箱上裝備CO2吸收器，同時相應提高內冷水pH值。

（2）密閉體系中銅腐蝕與氧濃度的關系

表2 密閉體系中銅腐蝕與氧濃度的關系

密閉體系試驗測定結果如表2所示。

實驗過程中發(fā)現不同氧含量試液中銅掛片的表面腐蝕產物顏色，面積均有差異，水中含銅量不同，進一步說明在pH>7.0的水中，銅腐蝕速率與溶解氧濃度是有關系的。密閉條件下，水的pH維持在7.0-9.0之間，水中溶解氧濃度小于30μg/L時，銅試片表面光亮，水中含銅量小于10μg/L；溶解氧濃度在200～700μg/L時，銅試片表面會有不均勻的暗紅色斑塊，而水中含銅量高達100μg/L以上，說明溶解氧濃度在這個區(qū)域時，銅的腐蝕是很嚴重的；溶解氧濃度大于1000μg/L時，銅試片表面先產生較均勻的暗紅色的膜，甚至會生成黑色斑塊，但水中含銅量很少；溶解氧濃度大于2000μg/L時，銅試片表面最終會生成一層較均勻且有光澤的黑色氧化膜，水中含銅量很低，甚至低于10μg/L。

3 結論

定冷水銅腐蝕速率除與pH、電導率有關外，還與水中的CO2、溶解氧含量有直接關系，尤其是溶解氧含量，在加氨調節(jié)pH后的定冷水中，溶氧量不大于100ug/L或大于1000ug/L時，銅腐蝕速率不超過10ug/L，而介于二者之間時其腐蝕速率非?？?。通過實驗能看出CO2對銅掛片表面形成的氧化膜破壞作用很大，且會生成容易剝落、易溶解在水中的堿式碳酸銅。因此可以確定敞開式內冷水系統(tǒng)腐蝕速率較快，密閉式內冷水為微堿性除鹽水，且在除氧工況下運行時，其腐蝕速率能得到有效控制。加氧工況下，空芯銅導線內表面形成氧化膜，抑制了銅的腐蝕，但若加氧條件控制不穩(wěn)定，形成的氧化膜比較松軟，就有可能只是短期內水質良好，經過長期運行沖刷后，氧化膜剝落，內冷水含銅量上升，水質惡化，甚至會造成銅導線堵塞，造成傳熱惡化。

［1］謝學軍，晏敏,等.發(fā)電機內冷水處理方式探討[J].腐蝕科學與防護技術，2006 Vol.18 No.4:273-277.

［2］閆愛軍，路育龍.發(fā)電機內冷水處理技術的研究進展[J].西北電力技術,No.1,2006:5-7、11.

［3］晏敏.發(fā)電機內冷水水質控制方法研究[D].武漢大學，2006,6.

［4］龔洵潔.熱力設備的腐蝕與防護[M].北京：中國電力出版社,1998.