二氧化氯發(fā)生器水套防腐的應(yīng)用淺析

高建宏+孫弘+董燕

摘 要：本文介紹了二氧化氯發(fā)生器水套在使用過程中受到電化學(xué)腐蝕的機(jī)理，并從理論上找出解決此問題的有效措施。通過研究不同條件下水套腐蝕的情況，測(cè)試其影響因素，評(píng)估有效措施的使用效果和防腐區(qū)域，從而提供相關(guān)的技術(shù)依據(jù)，以達(dá)到延長(zhǎng)水套使用壽命的目的。

關(guān)鍵詞：防腐；水套；二氧化氯發(fā)生器；腐蝕

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.006

1 引言

化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器需要外部提供反應(yīng)所需的熱量，目前較為廣泛的方式是水套加熱。由碳鋼焊制而成的水套防腐蝕性能較差，水的蒸發(fā)量隨著水溫的升高而增加，這會(huì)使水套加快補(bǔ)水的頻率，導(dǎo)致水中的氯離子及次氯酸根離子濃度會(huì)不斷地積累增多，進(jìn)而引起點(diǎn)蝕，另外由于碳鋼本身會(huì)形成原電池，一旦點(diǎn)蝕產(chǎn)生，腐蝕速率會(huì)不斷加速，再厚的鋼板也會(huì)被腐蝕穿透，最終導(dǎo)致水套漏水設(shè)備報(bào)廢。本文通過靜態(tài)掛片研究不同條件下二氧化氯設(shè)備水套的腐蝕情況，并對(duì)腐蝕程度進(jìn)行了比較，為后續(xù)的防腐措施提供理論基礎(chǔ)。

2 二氧化氯發(fā)生器水套腐蝕機(jī)理

二氧化氯發(fā)生器水套腐蝕的成因主要是電化學(xué)腐蝕。該設(shè)備水套內(nèi)加熱介質(zhì)通常采用自來水，自來水中均含有多種正負(fù)離子，如Ca2+，Mg2+，Cl-，ClO-等，這些離子的運(yùn)動(dòng)可使自來水導(dǎo)電，也就是說自來水可以被認(rèn)為是電解質(zhì)溶液。碳鋼在煉制過程中不可避免地會(huì)混入許多其他元素，如C、P、Mn、Si等。當(dāng)這些雜質(zhì)與鋼鐵一起處于電解質(zhì)溶液中時(shí)，由于其電位較高從而形成了原電池，低電位的鐵通常作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe→Fe2++2e-，陰極由溶于自來水中的氧氣發(fā)生還原反應(yīng)：O2+2H2O+4e-→4OH-，溶于水中的鐵離子與氫氧根離子生成氫氧化鐵（水銹），這就是水套的電化學(xué)腐蝕機(jī)理。在水套中沒有浸沒在水中或干濕交替的部位，由于加熱溫度的影響，會(huì)有大量水汽附著在其表面，從而形成一層導(dǎo)電水膜，也會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

3 二氧化氯發(fā)生器水套加裝鎂棒防腐機(jī)理

鎂棒防腐的原理是陰極保護(hù)：將電位更低的活潑金屬（Mg）與被保護(hù)的水套（Fe）底部連接，并處于同一電解質(zhì)（自來水）中，原來由水套（Fe）發(fā)生的陽極反應(yīng)被活潑金屬（Mg）代替：Mg→Mg2++2e-，溶解氧發(fā)生陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-→4OH-。鎂棒成為犧牲陽極，充當(dāng)了水套的“擋箭牌”，代替它被腐蝕消耗掉，從而保護(hù)了水套。

4 試驗(yàn)方法

制作碳鋼水套三只，每只水套內(nèi)壁分別在“液上”、“漂浮”、“液下”這三處位置安裝掛片懸臂。按照設(shè)備實(shí)際情況配備加熱管及溫控系統(tǒng)，一號(hào)水套不加裝鎂棒及水位電極，二號(hào)水套內(nèi)只加裝鎂棒，三號(hào)水套內(nèi)加裝鎂棒及水位電極。

從水套加工的原材料上切取、經(jīng)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械加工制成50mm×25mm×4mm矩形掛片，上下各開一直徑為8.5mm的圓孔，共計(jì)27枚。依次經(jīng)過180#、240#、600#砂紙打磨至表面潔凈無雜質(zhì)后，用無水酒精擦洗、冷風(fēng)機(jī)吹干、濾紙包好并編號(hào)，然后置于干燥器中24小時(shí)，依次取出掛片并用高精度電子天平秤重（記為m0）。將稱好的掛片依次掛入預(yù)置的三只水套內(nèi)的不同位置懸臂上，同一位置懸掛3枚掛片。加入自來水液位至“漂浮”處為止，水套自來水加熱至二氧化氯設(shè)備實(shí)際運(yùn)行溫度（90℃），維持恒定。

掛片在腐蝕164天后取出，用毛刷去除表面疏松的腐蝕產(chǎn)物并用水沖洗，然后用1：1的鹽酸+0.5%烏洛托品溶液擦洗至腐蝕產(chǎn)物徹底去除，再用蒸餾水、無水酒精擦洗、冷風(fēng)機(jī)吹干、干燥24小時(shí)后依次稱重（記為m1）。

腐蝕速率計(jì)算公式如下：

υ=（m0-m1）/ρSt

式中 υ——掛片的腐蝕速率，mm/a；

m0——腐蝕前掛片的質(zhì)量，g；

m1——腐蝕后掛片的質(zhì)量，g；

ρ——碳鋼的密度，Kg/m3，取7800 Kg/m3；

S——掛片的表面積，m2；

t——掛片的腐蝕時(shí)間，a。

5 測(cè)試結(jié)果及分析

5.1 一號(hào)水套腐蝕速率數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對(duì)比圖

由以上數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對(duì)比圖可知：

碳鋼水套在沒有加裝鎂棒及水位電極的情況下，腐蝕速率均0.095mm/a。該水套在與水接觸的不同位置，其腐蝕速率為液下>漂浮>液上，說明腐蝕速率跟電解質(zhì)（自來水）的接觸面有關(guān)，接觸越多其腐蝕速率越快。

5.2 二號(hào)水套腐蝕速率數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對(duì)比圖

由以上數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對(duì)比圖可知：

碳鋼水套在加裝鎂棒的情況下，腐蝕速率均0.036mm/a。該水套在與水接觸的不同位置，其腐蝕速率為液上>漂浮>液下，可見越靠近鎂棒的區(qū)域（鎂棒加裝在設(shè)備底部）其腐蝕速率越慢，耐腐性越好。加裝鎂棒后與水接觸面多少的影響可以忽略。

5.3 三號(hào)水套腐蝕速率數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對(duì)比圖

由以上數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對(duì)比圖可知：

碳鋼水套在加裝鎂棒及水位電極的情況下，腐蝕速率均0.070mm/a。該水套與水接觸的不同位置，其腐蝕速率分布情況相對(duì)比較均勻。

5.4 三組水套腐蝕速率對(duì)比圖

由以上數(shù)據(jù)對(duì)比圖可知：

一號(hào)水套腐蝕速率均值為0.095mm/a，二號(hào)水套腐蝕速率均值為0.036mm/a，三號(hào)水套腐蝕速率均值為0.070mm/a，前兩組腐蝕速率對(duì)比下降了62%；后兩組腐蝕速率對(duì)比，后者比前者增加了94%；第一組和第三組腐蝕速率對(duì)比下降了26%。由上述分析可知加裝鎂棒可以顯著提高碳鋼水套的耐腐性，而加裝水位電極則會(huì)增加額外的腐蝕，當(dāng)同時(shí)加裝鎂棒及水位電極時(shí)，腐蝕速率仍會(huì)下降。

6 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)證明，加裝鎂棒可以顯著提高水套的耐腐性；加裝水位電極會(huì)加快水套腐蝕；當(dāng)鎂棒與水位電極同時(shí)加裝時(shí)，整體腐蝕速率仍會(huì)下降，但是防腐效果不是很明顯；越靠近鎂棒的區(qū)域其腐蝕速率越慢，耐腐性越好。

（2）通過上述結(jié)論，我們可知二氧化氯發(fā)生器水套采用鎂棒防腐的措施是可行的；鎂棒安裝的最佳區(qū)域是在水套底部易漏處；水位電極去掉，更換其他不影響水套耐腐性的同功能產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉幼平，夏念勇，趙旭暉.孔蝕保護(hù)電位剖析[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，1997，17（04）：241-247.

[2]王朝暉等.管道防腐技術(shù)[J].石油商技，2000（4）：15-16.

[3]魏寶明.金屬腐蝕理論及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984：115-124.

[4]胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999：30-78.

作者簡(jiǎn)介：高建宏（1986-），男，山東濟(jì)南人，學(xué)士，助理工程師，主要從事給水排水技術(shù)研究及環(huán)保設(shè)備研發(fā)工作。