劣質(zhì)循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕防治應(yīng)用實(shí)踐

仲繼克 李德峰

摘要：針對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的碳鋼腐蝕，進(jìn)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(shí)施，采取防控措施后碳鋼腐蝕明顯減緩。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水，水質(zhì)差，碳鋼腐蝕，防治措施

引言

渠東電廠循環(huán)水系統(tǒng)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(shí)補(bǔ)水。賈太湖的黃河水水質(zhì)相對(duì)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(yè)廢水，其中水經(jīng)電廠混凝澄清處理后水質(zhì)仍然較差。隨著深度優(yōu)化用水和水污染防治的進(jìn)行，循環(huán)水高濃縮倍率運(yùn)行，導(dǎo)致循環(huán)水中含鹽量高、各種離子含量高、水質(zhì)差。前兩年在機(jī)組檢修期間發(fā)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼管路和個(gè)別閥門出現(xiàn)不同程度腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)過查找和分析原因，逐步制定和采取措施，至現(xiàn)在碳鋼腐蝕得到了控制，腐蝕情況減緩明顯。

1 循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕狀況

2018年機(jī)組檢修期間檢查：凝汽器TP317不銹鋼管無腐蝕、無結(jié)垢;但是循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼發(fā)生了不同程度的腐蝕，主要集中在使用循環(huán)水的油冷卻器和內(nèi)冷水冷卻器等進(jìn)出口管路和個(gè)別閥門，其中一手動(dòng)門門柄腐蝕嚴(yán)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(nèi)部有局部呈棕黃色鼓包，少數(shù)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(kuò)散，管徑小些管路腐蝕嚴(yán)重，管徑大的管路腐蝕稍輕，判斷均為循環(huán)水腐蝕所致。

2 循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕原因分析

2.1高含鹽量導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕

循環(huán)水日常分析數(shù)據(jù)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(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)差，加之在高濃縮倍率下運(yùn)行導(dǎo)致循環(huán)水水質(zhì)差，其中氯離子、硫酸根離子、含鹽量等非常高，循環(huán)水的電導(dǎo)率最高時(shí)超過6500μs/cm，氯離子最高達(dá)2183mg/L，硫酸根離子最高達(dá)2632mg/L。高濃度鹽類、氯離子和硫酸根離子等對(duì)碳鋼管路、閥門等無防腐部位存在電化學(xué)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(huán)水高含鹽量導(dǎo)致了碳鋼發(fā)生了電化學(xué)腐蝕[1]。

2.2氧對(duì)碳鋼的腐蝕

在檢查中發(fā)現(xiàn)其腐蝕產(chǎn)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(dāng)將這些腐蝕產(chǎn)物清除后，便會(huì)出現(xiàn)腐蝕造成的陷坑，這些現(xiàn)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(xué)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(yáng)極，遭到腐蝕，反應(yīng)式如下：Fe→Fe2++2e，氧為陰極，進(jìn)行還原，反應(yīng)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(chǎn)生Fe2+，它在水中進(jìn)行下列反應(yīng)：

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(yīng)中，F(xiàn)e（OH）2是不穩(wěn)定的，使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，最終產(chǎn)物主要是Fe（OH）3和Fe3O4[2]。

2.3硫酸鹽還原細(xì)菌促生的微生物腐蝕

循環(huán)水中硫酸鹽含量非常高，硫酸鹽還原細(xì)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(fā)生變化而參與腐蝕作用，由于細(xì)菌繁殖所形成的粘泥沉積在金屬表面，破壞了保護(hù)膜，構(gòu)成局部電池，微生物腐蝕是一種局部腐蝕，而且?guī)缀醵加悬c(diǎn)蝕的跡象，其危害不容忽視。

2.4 沉積物或垢下腐蝕

循環(huán)水中懸浮物多，逐漸隨同腐蝕產(chǎn)物沉積在管路內(nèi)表面，沉積物會(huì)加速碳鋼的電化學(xué)腐蝕。循環(huán)水中懸浮物的多少主要用濁度指標(biāo)來判斷，兩年前因?yàn)V池缺陷導(dǎo)致循環(huán)水濁度嚴(yán)重超標(biāo)一次，對(duì)碳鋼腐蝕也產(chǎn)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(jīng)過油冷卻器和內(nèi)冷水冷卻器的循環(huán)水管徑小，流速相對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)主管路緩慢，水中的懸浮物等雜質(zhì)更容易在有腐蝕產(chǎn)物形成的鼓包等粗超表面附著，促進(jìn)了腐蝕作用。

3 循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕的防治

3.1 降低循環(huán)水含鹽量

由于渠東電廠循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)差，補(bǔ)水電導(dǎo)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(jié)水減排和深度優(yōu)化用水的形勢(shì)以及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比考慮，通過降低循環(huán)水濃縮倍率來降低含鹽量方法可行性不強(qiáng)，不做最為主要防治手段。

3.2 循環(huán)水中加碳鋼緩蝕劑

2019年起針對(duì)碳鋼腐蝕防治，在循環(huán)水原有投加緩蝕阻垢劑的基礎(chǔ)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(nèi)做了四次試驗(yàn)如表1。

通過試驗(yàn)可以看出當(dāng)每日投加35kg時(shí)循環(huán)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(huán)水系統(tǒng)中腐蝕嚴(yán)重的閥門更換為耐腐蝕閥門;把腐蝕嚴(yán)重的管路更換為耐腐蝕管路：如孔網(wǎng)鋼帶聚乙烯復(fù)合管，此種材質(zhì)具有很強(qiáng)的耐腐蝕性和較高的耐壓強(qiáng)度及蠕變性能，不用再擔(dān)心腐蝕問題。

3.4 采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)方法

在循環(huán)水系統(tǒng)中針對(duì)碳鋼采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)方法，主要在凝汽器水室底部加裝鋅板減緩腐蝕。

3.5 監(jiān)控氯離子和硫酸根離子總量

加強(qiáng)監(jiān)控循環(huán)水氯離子和硫酸根離子，依照GB50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，控制氯離子加硫酸根之和<2500mg/L[5]，降低循環(huán)水的腐蝕性。

3.6 加強(qiáng)循環(huán)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(huán)水懸浮物

加強(qiáng)循環(huán)水濁度控制，濁度<10NTU，減少懸浮物在循環(huán)水中系統(tǒng)中沉積。

3.8 監(jiān)測(cè)碳鋼腐蝕速率

在循環(huán)水系統(tǒng)中懸掛碳鋼試片，在檢修期間取出來測(cè)定碳鋼腐蝕速率。

3.9 提高易腐蝕管內(nèi)水流速

提高循環(huán)水在油冷卻器和內(nèi)冷水冷卻器等管路中的流速，檢修時(shí)對(duì)管路內(nèi)進(jìn)行沖洗和清理;運(yùn)行時(shí)閥門全開以保水流通暢。

4 循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕防治效果評(píng)價(jià)

4.1循環(huán)水中鐵離子含量檢測(cè)

依據(jù)GB 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》第51頁(yè)，水中有2mg/L（2000μg/L）的Fe2+時(shí)[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(huán)水中Fe2+不斷升高[5]，則表明設(shè)備被腐蝕[5]。隨著對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕采取防治措施后，循環(huán)水中鐵離子含量明顯降低，表明循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕速率明顯降低。循環(huán)水中鐵離子含量檢測(cè)數(shù)據(jù)見下表2：

4.2 循環(huán)水中掛試片監(jiān)測(cè)碳鋼腐蝕速率

2021年4月取出的掛片檢測(cè)結(jié)果：均勻腐蝕速率0.021mm/a，點(diǎn)蝕深度≤0.1mm，

依據(jù)GB 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》第49頁(yè)，關(guān)于腐蝕速率：碳鋼設(shè)備應(yīng)小于0.075mm/a標(biāo)準(zhǔn)[5]，可見循環(huán)水中碳鋼腐蝕速率明顯低于標(biāo)準(zhǔn)值?？傮w情況較防治前明顯改善。

5 結(jié)論

在循環(huán)水系統(tǒng)中使用耐腐蝕材料對(duì)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(yáng)極陰極保護(hù)方法、添加適量的碳鋼緩蝕劑、嚴(yán)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(dāng)提高水流速等多種防治措施聯(lián)合實(shí)施，有效降低了碳鋼腐蝕速率，解決了渠東電廠循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)碳鋼腐嚴(yán)重的難題。以上防治措施簡(jiǎn)單、易實(shí)施、成本低，對(duì)循環(huán)水高濃縮倍率運(yùn)行影響小，有利于節(jié)能減排和深度優(yōu)化用水，減少循環(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕類缺陷，保證循環(huán)水系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]楊培燕，張繼恒，顧寶珊，李黎，董小冬，劉汝平，楊國(guó)賢.循環(huán)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(huán)水系統(tǒng)碳鋼腐蝕防治措施[J].吉林電力技術(shù)，2000.1（2）：36-37

[4]高永濤，王平.循環(huán)水加碳鋼緩蝕劑應(yīng)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50050-2017 [S]，北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.1

作者簡(jiǎn)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(xué)生產(chǎn)應(yīng)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(xué)生產(chǎn)應(yīng)用與研究。