循環(huán)水管道腐蝕原因分析

生產(chǎn)實(shí)踐Production Practice循環(huán)水管道腐蝕原因分析楊培燕′張繼恒2顧寶珊’李黎'董小冬2劉汝平2楊國賢2(1.中國鋼研科技集團有服公司先進(jìn)金屬材料涂鍍國家工程實(shí)驗室,北京100081;2.廊坊天海高壓容器有限公司,河北廊坊065000摘要:用室內模擬實(shí)驗、電化學(xué)實(shí)驗、水質(zhì)分析、腐蝕產(chǎn)物的成分分析和XRD分析等方法,對某壓力容器廠(chǎng)碳鋼循環(huán)水管道腐蝕穿孔原因進(jìn)行了分析。結果表明:碳鋼在冷卻水中的腐蝕主要是由溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕,腐蝕的主要原因是,該廠(chǎng)補充水源為嚴重腐蝕性水。關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統腐蝕原因水質(zhì)分析腐蝕性水中圖分類(lèi)號:TG1725文獻標識碼:A文章編號:10087818(2011)020023-07Causes of Corrosion in the circulating Water SystemYANG Pei-yan, ZHANG Jiheng, GU Bao-shan, LILi, DONG Xiao-dong LIU RUHping YANG Guo-X(1. National Engineering Laboratory for Advanced Coatings Technology of Metal Material, China IronSteel Research Institute Group, Beijing 100081, China2. Lang Fang Tian Hai High Pressure Container Co, Ltd, Langfang 065000, China)Abstract: The causes of corrosion in the circulating water system at Langfang plant have been studiedby means of rotary coupon corrosion tests, linear polarization, water quality research, X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscope(SEM). The results demonstrated that the corrosion of steelcarbon in the circulating water system was caused mainly by the electrochemical corrosion of dissolvedoxygen in the water. The main reason of corrosion was that the added water in recycling circulating watersystems was the corrosive water.Key words: circulating water system; corrosion cause; water quality research; corrosive water0引言量也越來(lái)越高,循環(huán)水管道腐蝕年以上,沒(méi)有明顯腐蝕現象發(fā)生。問(wèn)題逐漸突出。隨著(zhù)我國水資源的日益貧由于B地區的補充水源為該乏,工廠(chǎng)對節約用水的意識也在某壓力容器有限公司是一家地區深井水,而L地區的補充水源逐漸增強,因此,循環(huán)冷卻水成為生產(chǎn)高壓容器的廠(chǎng)家,該公司在B為該地區自來(lái)水,因此,本文通大部分工廠(chǎng)用水量的主要組成部地區和L地區有兩個(gè)生產(chǎn)基地,兩過(guò)對L地區的腐蝕管道進(jìn)行失效分分,工業(yè)冷卻水循環(huán)后,雖然大個(gè)生產(chǎn)基地的循環(huán)水管道材質(zhì)基本析,對B和L兩地區的水質(zhì)進(jìn)行分幅度地節約了用水量,但從技術(shù)相同,L地區的設備2008年初投入析,以及腐蝕試驗對比,對管道使用,管道使用7個(gè)月,進(jìn)行維護腐蝕的原因和機理進(jìn)行了研究和和管理上對設備運營(yíng)提出更高的要求。特別是近年來(lái)隨著(zhù)補充水檢修時(shí)發(fā)現循環(huán)水管路發(fā)生了較嚴探討,在此基礎上對今后如何減質(zhì)的逐年惡化,循環(huán)水中的雜質(zhì)含重的腐蝕,而B(niǎo)地區的設或防止此類(lèi)腐蝕的發(fā)生提出了中國煤化工作者簡(jiǎn)介:楊培燕(1978-),女,碩士,工程師,主要CNMH作全面腐蝕控制23第25卷第2期2011年2月生產(chǎn)實(shí)踐Production Practice建議公司提供的自來(lái)水或試驗室去離旋轉速度大約40轉min,懸掛時(shí)1試驗方法子水配制。三電極系統浸泡在試間分為四個(gè)周期,每個(gè)周期間隔驗介質(zhì)中,電極與金屬腐蝕測試18天。1.1腐蝕產(chǎn)物分析儀的對應接頭連接,并使用定時(shí)14水質(zhì)分析首先通過(guò)現場(chǎng)觀(guān)察以及現巡回數據記錄儀打印記錄研究電循環(huán)水系統中,最可能出現場(chǎng)拆卸下來(lái)的腐蝕試樣的宏觀(guān)觀(guān)極的極化電流,通過(guò)測定極化電的問(wèn)題就是結垢和腐蝕問(wèn)題,因察,對管道的腐蝕程度以及形貌流的變化,確定極化阻率和腐蝕此,必須先對循環(huán)冷卻水水質(zhì)進(jìn)進(jìn)行初步了解,由于管內璧油污速率。行分析,主要考慮pH值、鈣硬較嚴重,為便于進(jìn)一步清晰觀(guān)13室內模擬試驗度、總堿度、水溫、總溶解固體察,對某些管壁進(jìn)行了清洗。最用靜態(tài)掛片失重試驗和動(dòng)態(tài)旋五個(gè)重要因素,判斷水質(zhì)的基本后選取較為典型的腐蝕部位,利轉掛片試驗測定水樣的侵蝕性依據采用飽和指數LSI和穩定指用掃描電子顯微鏡(SEM)對表試片為Q235-B的標準腐蝕試片數R.S,本研究主要研究了該公面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行微觀(guān)形貌觀(guān)察與(40mm×20m×3.5mm)。試司補充水的水質(zhì)能譜分析,取有代表性的腐蝕產(chǎn)驗溫度為40℃±1℃,試驗介質(zhì)為其中硬度、堿度指標均以每物部位,采用XRay衍射儀(XRD)在L地區和B地區現場(chǎng)采集水樣及升中所含CaCO的毫克數表示進(jìn)行定性分析模擬現場(chǎng)情況,根據研究需要實(shí)分析方法參考標準。12電化學(xué)試驗驗室所配制的溶液。采用同種材料三電極體系進(jìn)2試驗結果與討論靜態(tài)模擬試驗:試驗時(shí)毎個(gè)行線(xiàn)性極化,用自凝牙托粉封裝容器內掛三個(gè)試片,計算平均腐21腐蝕產(chǎn)物分析碳鋼試片暴露面積為1.0cm,蝕率,常壓開(kāi)口條件;懸掛時(shí)間選取較為典型的腐蝕部位使用同材、同形、同大的材料分為四個(gè)周期,第一周期為5天,利用掃描電子顯微鏡(SEM)對制成研究電極、輔助電極和參比第二周期為10天,第三周期為15表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行微觀(guān)形貌觀(guān)察電極,三支電極呈等邊三角形排天,第四周期為20天,每周期更與能譜分析,分析結果如圖1圖列,組成同種材料三電極系統,換一次溶液。5所示試驗介質(zhì)為廊坊現場(chǎng)采集水樣,動(dòng)態(tài)模擬試驗:試驗儀器為通過(guò)對低壓管段的成分分及模擬現場(chǎng)情況,根據研究需要RcI型旋轉掛片腐蝕實(shí)驗儀,每析,可以看出主要有Fe、Mn實(shí)驗室所配制的溶液,溶液用該個(gè)旋轉桿裝3個(gè)試片,體系敞開(kāi),Ca、Si、A以及C、O等元素,腐YH中國煤化工圖1低壓管內壁腐蝕坑內的小孔微觀(guān)形貌(12X)CNMHG圖(30x24TOTAL CORROSION CONTROLVOL 25 No.2 FEB 2011生產(chǎn)實(shí)踐Production Practice極化度高,半徑小,因此,具有很CK070164]高的極性和穿透性,易優(yōu)先吸附于金屬表面,特別是在金屬表面成00.30膜有缺陷或薄弱處或者在有縫隙的017601.7地方及應力集中的小孔處密集。在孔蝕發(fā)展過(guò)程中,隨著(zhù)蝕孔內金屬CaK00.4200.51離子的不斷增多,為保持電中性F961297孔外C優(yōu)先向蝕孔內遷移,引起MatrirICtrrection7Ar蝕孔內進(jìn)一步酸化,使蝕孔內處于圖3低壓管段內壁腐蝕坑位置1能譜分析圖HCl腐蝕環(huán)境下,促使孔內金屬的不斷溶解,并伴隨著(zhù)H2的生成Hement wi%.Ar%Lk[053|12反應如下2963153.172HC+Fe→FeCl2+H2Siκ006810070溶液中CI的存在,加速了孔SK0044100.40蝕的自催化腐蝕過(guò)程,CI濃度越00301高,孔蝕速度越快。caK00.3100.23在低壓直管段選取平整部Mnk0670035位進(jìn)行X射線(xiàn)衍射(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為rka22xRD)分析,結果如圖6所示Matrix I Correction I7AF通過(guò)XRD的成分分析可以看圖4低壓管段內壁腐蝕坑位置2能譜分析圖出,腐蝕產(chǎn)物的主要成分為Fe的Elemen Wr%氧化物Fe2O3或Fe3O4,以及Fe的硫813化物以及氯化物,還有CaCO3和0κ294524Mgo等,這個(gè)結果與能譜分析的A0031003結果基本一致。認01020022電化學(xué)實(shí)驗0060(1)在L地區和B地區補充01600.13caK026301.87水中的電化學(xué)腐蝕情況比較,見(jiàn)Mnk00.8l圖7FeK59.8430.47從極化曲線(xiàn)圖可以看出試樣fatmir Correction7AF在L地區補充水中的腐蝕速率要高圖5低壓管段內壁腐蝕坑位置3能譜分析圖于B地區的,從試驗后各試樣的腐蝕產(chǎn)物基本上為鐵的氧化物或少物區別不大,基本上仍然是以鐵蝕形貌上觀(guān)察,碳鋼在B地區補充水中的腐蝕形貌以均勻腐蝕為量的水垢成分。的氧化物為主,但是坑內的腐蝕通過(guò)對腐蝕坑內外的腐蝕產(chǎn)產(chǎn)物中含有C元素,而平整部分主,而在L地區補充水中的腐蝕形物進(jìn)行分析比較,結果見(jiàn)能譜圖的成分中沒(méi)有分析出Cl貌主要是局部腐蝕,局部腐蝕的3圖5,可見(jiàn)腐蝕坑內的腐蝕產(chǎn)說(shuō)明平整部分不含或者中國煤化工勻腐蝕。物元素組成與平整部分的腐蝕產(chǎn)量的Cl元素,這是因為氯THaCNMH④同藥劑溶液中全面腐蝕控制第25卷第2期2011年2月25生產(chǎn)實(shí)踐Production Practice區補充水翼20408811214016018圖6低壓管段x射線(xiàn)衍射圖譜圖7碳鋼在B和L兩地補充水中電流密度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)的腐蝕情況比較。形貌上都可以看出,在PAC溶液率進(jìn)行了比較,見(jiàn)表3。根據委托方提供的資料,中的試樣腐蝕最嚴重。從表3中可以看出,在各個(gè)周該廠(chǎng)向循環(huán)水中主要添加PAC、(3)各種混合溶液中的電化期中,碳鋼在L地區補充水中的腐PAM和石墨三種藥劑進(jìn)行水處學(xué)腐蝕情況蝕速率都要高于B地區的,這與電理。為了研究三種藥劑對碳鋼的從表2和圖9可以看出隨著(zhù)混化學(xué)試驗的結果是一致的。腐蝕是否有影響,分別研究了碳合溶液濃度增加,其腐蝕電流密2.32動(dòng)態(tài)旋轉掛片試驗鋼在三種介質(zhì)中的腐蝕情況,為度增大,通過(guò)調節溶液的pH值旋轉掛片試驗主要對碳鋼在了消除水的影響,所有的溶液均至中性,溶液的腐蝕率都有所下PAC溶液和10倍混合溶液中以及用去離子水配制。降,說(shuō)明調節pH值的方法降低腐它們調節pH之后的溶液的腐蝕率從表1和圖8可以看出,石墨蝕率是有效的。進(jìn)行比較,見(jiàn)表4乳溶液和PAM溶液pH值呈堿性和23室內模擬試驗從表4中可以看出,1%PAC中性,其腐蝕較輕,而PAC溶液231靜態(tài)浸泡試驗溶液和10倍混合溶液的pH值均呈pH值呈酸性,腐蝕較嚴重。從極通過(guò)靜態(tài)浸泡試驗,對碳鋼酸性,試樣在該兩種溶液的腐蝕化曲線(xiàn)圖和試驗后各試樣的腐蝕在L地區和B地區補充水中的腐蝕率較高,通過(guò)調節PAC溶液和混表1各藥劑中極化電流密度和腐蝕率比較合溶液的pH值至中性都能有效的試驗介質(zhì)試驗前P值試驗后叫值極化阻率(R)腐電法度mcm)降低溶液對試樣的腐蝕率,而且1%石墨乳98938526300038通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬試驗可以看出,碳1%PAM81630.0024鋼在L地區補充水中的腐蝕率本身I%OPAC3.830800312就比較高,從靜態(tài)模擬和電化學(xué)試驗對兩地區補充水的腐蝕率比表2不同混合溶液中極化電流密度比較試驗介質(zhì)試驗前pH值|試驗后pH值極化阻率(R)腐蝕電流害度(mAcm2)原始濃度混合溶液66l6461341.380014910倍濃度混合溶液3.733.6l782.170025610倍濃度混合溶液(調pH=7)7.04795230025220倍濃度混合溶液3.483.49544.960036720倍濃度混合溶液(調pH=7)7.045.63中國煤化工0272注:溶液均用廊坊自來(lái)水配制:混合溶液是根據該公司提供的情況,用石盛每天自來(lái)水循環(huán)量及所加藥劑的量計算出近似濃度CNMHG椒據天潘公司提供的26TOTAL CORROSION CONTROLVOL 25 No. 2 FEB 2011生產(chǎn)實(shí)踐duction Practice團i叫:國原始濃度混合溶液0倍濃度混合溶液10倍濃度混合溶液(pl0倍濃度混合溶液0倍濃度混合溶液(p7)時(shí)間(h)圖8在各種藥劑中電流密度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖9各種混合溶液中電流密度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)表3碳鋼浸泡在不同水質(zhì)中各周期腐蝕率比較(gh而)試驗介質(zhì)第周期平腐蝕率第2周期平均腐蝕率第3周期平均腐蝕率第4周期平均腐蝕率L地區補充水0.13680.l0560.10050.1288B地區補充水0.13060.09400.09870.l147表4碳鋼在地區不同水樣中浸泡(動(dòng)態(tài))各周期腐蝕率比較ghm2)試驗介質(zhì)第周期腐蝕率第2周期腐蝕阜『第3周期腐蝕率第4周期腐蝕率L地區補充水0.77260.4705038961%PAC0.95570.65540.52510.32691%PAC溶液(pH=7)0.30620.11840.12160083910倍濃度混合液0.38860.19590.16410.130910倍濃度混合液(pH=7)0.28090.16980.13050.1208現場(chǎng)采集水樣水質(zhì)檢測結果因此,對L地區和B地區補充水水檢測結果質(zhì)進(jìn)行分析比較檢測項目單位L地區補充水B地區補充水水質(zhì)分析結果如表5所示。其溶解總固體L376.64874中硬度、堿度指標均以每升中所氟離子57.178060含CaCO3的毫克數表示,分析方硫酸鹽mg/L6016694法參考標準g16.187592通過(guò)以上水質(zhì)檢測數據鎂49.1在相關(guān)標準中查出相應的A00470021B、C、D的值,利用下式計算出pH值8.24789pHs: pHs=(9.7+A+B)-(C+D電導率645X102847X102確定pHs后可用下列飽和指數溶解氧99951和穩定指數計算公式:L.S.I=pH總硬度433Hs,RS.I=2(pHs)-pH分別計較也可以看出,L地區的都要高于2.4水質(zhì)分析算出飽和指數LSI和穩定指數B地區的。因此,該L地區補充水通過(guò)上述電化學(xué)和室R.S. I水質(zhì)很可能有問(wèn)題,有必要進(jìn)行試驗分析的結果可以看中國煤化工6水質(zhì)分析。在L地區補充水中的腐蝕率CNMHG和穩定指數可全面腐蝕控第25卷第2期2011年2月27生產(chǎn)實(shí)踐Production Practice表6B和L兩補充水飽和指數計算結果水樣溫度AoHsL.S. IR.S. IL地區水樣0.151.791.220484-0.168.5635℃B地區水樣0.161.791.882.4685對水的特性進(jìn)行判斷。的腐蝕性因素有關(guān),通過(guò)以上分的碳酸鈣膜,將金屬表面隔離飽和指數判斷依據析我們可以看出,冷卻水的腐蝕防止設備腐蝕。當LSI=0時(shí),既不析出垢,性與pH值、水中的離子、水中溶由于該循環(huán)水系統都為敞也不發(fā)生腐蝕;解氣體、以及水本身的硬度和堿開(kāi)式,冷卻水與大氣在冷卻塔內當LSI>Q時(shí),傾向于結垢析度有關(guān)充分接觸,因此,水中的溶解氧出。L值越大,結垢的傾向也越大通過(guò)以上分析可以看出,當處于飽和狀態(tài)。特別是硬度較低當LSⅠ6時(shí),出現腐蝕,R蝕速度,特別是加劇了蝕孔內部測得的結果是一致的,PAM和石越大,腐蝕的傾向越嚴重的腐蝕墨藥劑溶液呈中性和堿性,對碳從表6結果及根據飽和指數通過(guò)以上的水質(zhì)分析可以看鋼的腐蝕影響不大,而藥劑PAC和穩定指數判定依據,L地區水出,L地區的補充水硬度很低,低溶液呈強酸性,對管道的腐蝕影樣LS<0,可以判定為腐蝕性水硬度水之所以具有腐蝕性的原因響較大,通過(guò)調節溶液的pH值能質(zhì);而B(niǎo)地區水樣LS>0,為結在于,冷卻水中的硬度由鈣、鎂有效的降低碳鋼的腐蝕速率,因垢性水質(zhì)。L地區水樣RSIR7.5等二價(jià)金屬離子組成,硬度的存此,要嚴格控制好PAC藥劑的添屬于嚴重腐蝕性水質(zhì),B地區水樣在能與氧化還原產(chǎn)物形成溶解度加量,而且監控好整個(gè)循環(huán)水系RSI:=6070,水質(zhì)基本穩定,較小的氫氧化物。當水中碳酸氫統的pH值可能微量結垢或腐蝕。根堿度存在時(shí),它們還能生成難(2)從電化學(xué)和靜態(tài)模擬數從表5中L地區和B地區補充溶的碳酸鈣或碳酸鎂的沉淀沉積據以及水質(zhì)分析數據可以看出,L水源的水質(zhì)分析數據可以看出,在表面,形成氧擴散勢壘或金屬地區補充水硬度較低,為嚴重腐L地區補充水的總硬度遠遠小于B與氧的隔離層。當水的硬度較小蝕性水質(zhì),是引起管道腐蝕的根地區補充水,而L地區補充水的時(shí),很難在輸水管壁形成碳酸鈣本原因,因而表現為L(cháng)地區生產(chǎn)pH值較高,屬于高堿性低硬度水薄膜,使碳鋼表面裸露在水中,基地循環(huán)水管道腐蝕問(wèn)題比較突質(zhì),這種水質(zhì)是一種腐蝕性很強由電化學(xué)作用等原因引起腐蝕。出。因此,建議加強水質(zhì)管理的水質(zhì)。因此,應該適當增加水的硬度,嚴格控制有關(guān)指標符合工藝規定25循環(huán)水系統中腐蝕機理討論降水的飽和指數調節冷卻水的腐蝕性與水中含有的程度,使輸水管壁H中國煤化工,適當提高水的CNMHG反應速度TOTAL CORROSION CONTROLvoL.25№o2FEB.2011生產(chǎn)實(shí)踐Production Practice參考文獻版社,1996:38[5]給水排水設計手冊第4冊工業(yè)給水處理1])?？≌?白翠霞由衡水電廠(chǎng)循環(huán)水管劉,齊公臺姚杰新邦興逐取水管M]中國建筑工業(yè)出版社,2006:350353道腐蝕引起的思考山J華北電力技術(shù),腐蝕穿孔原因分析門(mén)腐蝕科學(xué)與防護6紀象民徐松超換熱設備軟化水的腐蝕1998,6:19-20.技術(shù),20018(2):141-143.性分析化工裝備:33-352)中國腐蝕與防護學(xué)會(huì )腐蝕試驗方法與4】周本省.工業(yè)水處理技術(shù)M.北京:化防腐蝕檢測技術(shù)M]」北京:化學(xué)工業(yè)出學(xué)工業(yè)出版社,1997:41-43(上接第18頁(yè))圖6E5104B管束腐蝕形貌之一圖7E5104B管束腐蝕形貌之二3應對腐蝕泄漏的措施流板使流體在殼側呈連續柱塞狀重要。曾有換熱器因忽視檢修質(zhì)螺旋流動(dòng),不會(huì )出現傳統折流板量,造成檢修后運行不到一周的31嚴防水質(zhì)污染換熱器泄漏是致使設備荷換熱器內的流動(dòng)“死區”,并且時(shí)間又發(fā)生泄漏,嚴重地影響生由于旋流產(chǎn)生的渦與管束傳熱界產(chǎn),因此,務(wù)必加強檢修質(zhì)量管蝕的要害。要進(jìn)一步加強對換熱面邊界層相互作用,使湍流度大理,避免換熱器反復泄漏的情況器的泄漏檢查,發(fā)現泄漏的換熱幅度增強,有利于提高殼側傳熱發(fā)生,確保生產(chǎn)設備安全穩定長(cháng)器,要盡快處理。如果不能立即膜系數,從而提高換熱效果,應周期運行。處理,應加盲板隔離,防止有機物料和腐蝕性成分漏入循環(huán)水加以推廣33提高材料的耐蝕性能中,造成水質(zhì)污染和物料流失,循環(huán)冷卻水受污染后會(huì )造成設備可以利用滲鋁技術(shù)和金屬燒參考文獻腐蝕加劇,形成惡性循環(huán),因結涂料技術(shù)或是化學(xué)鍍等對金屬中國腐蝕與防護學(xué)會(huì )盧奇敏等.石油工此,要嚴防水質(zhì)污染,將換熱器表面進(jìn)行改性,提高材料表面的業(yè)中的腐鍾與防護M北京:化學(xué)工業(yè)耐蝕能力出版社2001,180-187泄漏產(chǎn)生的影響控制到最低2]趙敏,康強利陸云海.常頂換熱器腐蝕32水冷器采用螺旋式折流板34提高檢修質(zhì)量失效分析及對策石油化工腐蝕與防螺旋折流板換熱器的螺旋折加強檢修的質(zhì)量管理尤為護20025(4:3234.中國煤化工CNMHG全面腐蝕控制第25卷第2期2011年2月29