论文部分内容阅读
摘要：针对循环水系统在运行过程中出现的碳钢腐蚀，进行主要问题及原因分析，提出防治碳钢腐蚀的方案和控制措施并予以实施，采取防控措施后碳钢腐蚀明显减缓。
关键词：循环水，水質差，碳钢腐蚀，防治措施
引言
渠东电厂循环水系统采用贾屯污水处理厂的中水和贾太湖蓄水池的黄河水两种水源同时补水。贾太湖的黄河水水质相对较好，贾屯污水处理厂主要接纳周边的化工厂、造纸厂、制药厂等工业废水，其中水经电厂混凝澄清处理后水质仍然较差。随着深度优化用水和水污染防治的进行，循环水高浓缩倍率运行，导致循环水中含盐量高、各种离子含量高、水质差。前两年在机组检修期间发现循环水系统碳钢管路和个别阀门出现不同程度腐蚀现象，经过查找和分析原因，逐步制定和采取措施，至现在碳钢腐蚀得到了控制，腐蚀情况减缓明显。
1 循环水系统碳钢腐蚀状况
2018年机组检修期间检查：凝汽器TP317不锈钢管无腐蚀、无结垢;但是循环水系统碳钢发生了不同程度的腐蚀，主要集中在使用循环水的油冷却器和内冷水冷却器等进出口管路和个别阀门，其中一手动门门柄腐蚀严重，有几处管路焊口外表面有渗漏流淌后干涸棕红色锈迹，管路内部有局部呈棕黄色鼓包，少数鼓包最大高约7-8mm，包下面是黑褐色腐不均匀蚀坑，坑深最大约3mm左右，部分腐蚀坑相连扩散，管径小些管路腐蚀严重，管径大的管路腐蚀稍轻，判断均为循环水腐蚀所致。
2 循环水系统碳钢腐蚀原因分析
2.1高含盐量导致电化学腐蚀
循环水日常分析数据pH在8.2-9.0之间不存在酸性腐蚀，但仍然存在一定其他方式的腐蚀性。因循环水补水水质差，加之在高浓缩倍率下运行导致循环水水质差，其中氯离子、硫酸根离子、含盐量等非常高，循环水的电导率最高时超过6500μs/cm，氯离子最高达2183mg/L，硫酸根离子最高达2632mg/L。高浓度盐类、氯离子和硫酸根离子等对碳钢管路、阀门等无防腐部位存在电化学腐蚀[1]和其他类型的腐蚀，如金属在海水、酸、碱、盐溶液中的腐蚀均属这一类。渠东厂循环水高含盐量导致了碳钢发生了电化学腐蚀[1]。
2.2氧对碳钢的腐蚀
在检查中发现其腐蚀产物在碳钢表面形成许多大小不一的鼓包，鼓包表面的颜色由黄褐色到硅红色不等，深次层是黑色，当将这些腐蚀产物清除后，便会出现腐蚀造成的陷坑，这些现象符合氧腐蚀特征[2]。铁受水中溶解氧的腐蚀也是一种电化学腐蚀[2]，铁和氧形成腐蚀电池。铁的电极电位总是比氧的电极电位低，所以在铁氧腐蚀电池中，铁是阳极，遭到腐蚀，反应式如下：Fe→Fe2++2e，氧为阴极，进行还原，反应式如下：O2+2H2O+4e→4OH-在这里溶解氧起阴极去极化作用，是引起铁腐蚀的因素，这种腐蚀称为氧腐蚀。铁受到溶解氧腐蚀后产生Fe2+，它在水中进行下列反应：
Fe2++2OH-→Fe（OH）2，
Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3，
Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4+4H2O，
在上述反应中，Fe（OH）2是不稳定的，使反应继续进行，最终产物主要是Fe（OH）3和Fe3O4[2]。
2.3硫酸盐还原细菌促生的微生物腐蚀
循环水中硫酸盐含量非常高，硫酸盐还原细菌造成了微生物腐蚀，微生物直接或间接地参加了腐蚀过程所起的金属毁坏作用[3]。主要是通过使电极电位和浓差电池发生变化而参与腐蚀作用，由于细菌繁殖所形成的粘泥沉积在金属表面，破坏了保护膜，构成局部电池，微生物腐蚀是一种局部腐蚀，而且几乎都有点蚀的迹象，其危害不容忽视。
2.4 沉积物或垢下腐蚀
循环水中悬浮物多，逐渐随同腐蚀产物沉积在管路内表面，沉积物会加速碳钢的电化学腐蚀。循环水中悬浮物的多少主要用浊度指标来判断，两年前因滤池缺陷导致循环水浊度严重超标一次，对碳钢腐蚀也产生一定的副作用。
2.5 水流速的影响
一般来说，水流速低于0.3m/s的换热器普遍存在污垢和垢下腐蚀问题，流速越低问题越突出。经过油冷却器和内冷水冷却器的循环水管径小，流速相对循环水系统主管路缓慢，水中的悬浮物等杂质更容易在有腐蚀产物形成的鼓包等粗超表面附着，促进了腐蚀作用。
3 循环水系统碳钢腐蚀的防治
3.1 降低循环水含盐量
由于渠东电厂循环水补水水质差，补水电导率在1500-2800μs/cm之间，氯离子在130-450mg/L之间，硫酸根离子在160-450mg/L之间，各种离子均较高，鉴于目前需要节水减排和深度优化用水的形势以及经济性对比考虑，通过降低循环水浓缩倍率来降低含盐量方法可行性不强，不做最为主要防治手段。
3.2 循环水中加碳钢缓蚀剂
2019年起针对碳钢腐蚀防治，在循环水原有投加缓蚀阻垢剂的基础上又增加了“碳钢缓蚀剂[4]”，目的是减少碳钢的腐蚀[4]，添加碳钢缓蚀剂后腐蚀减缓明显。为了确定投加碳钢缓蚀剂量，在40天内做了四次试验如表1。
通过试验可以看出当每日投加35kg时循环水中铁含量下降趋缓，最后确定每日投加35kg。
3.3 使用耐腐蚀材料
把循环水系统中腐蚀严重的阀门更换为耐腐蚀阀门;把腐蚀严重的管路更换为耐腐蚀管路：如孔网钢带聚乙烯复合管，此种材质具有很强的耐腐蚀性和较高的耐压强度及蠕变性能，不用再担心腐蚀问题。
3.4 采用牺牲阳极阴极保护方法
在循环水系统中针对碳钢采用牺牲阳极阴极保护方法，主要在凝汽器水室底部加装锌板减缓腐蚀。
3.5 监控氯离子和硫酸根离子总量
加强监控循环水氯离子和硫酸根离子，依照GB50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》规定，控制氯离子加硫酸根之和<2500mg/L[5]，降低循环水的腐蚀性。 3.6 加强循环水杀菌灭藻处理
每周投加氯锭维持水中余氯0.1-0.2ppm，每月投加一次非氧化性杀菌剂，控制微生物等繁殖。
3.7 降低循环水悬浮物
加强循环水浊度控制，浊度<10NTU，减少悬浮物在循环水中系统中沉积。
3.8 监测碳钢腐蚀速率
在循环水系统中悬挂碳钢试片，在检修期间取出来测定碳钢腐蚀速率。
3.9 提高易腐蚀管内水流速
提高循环水在油冷却器和内冷水冷却器等管路中的流速，检修时对管路内进行冲洗和清理;运行时阀门全开以保水流通畅。
4 循环水系统碳钢腐蚀防治效果评价
4.1循环水中铁离子含量检测
依據GB 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》第51页，水中有2mg/L（2000?g/L）的Fe2+时[5]，碳钢腐蚀速率增加6-7倍[5]，且局部腐蚀加剧[5]。如果循环水中Fe2+不断升高[5]，则表明设备被腐蚀[5]。随着对循环水系统碳钢腐蚀采取防治措施后，循环水中铁离子含量明显降低，表明循环水系统碳钢腐蚀速率明显降低。循环水中铁离子含量检测数据见下表2：
4.2 循环水中挂试片监测碳钢腐蚀速率
2021年4月取出的挂片检测结果：均匀腐蚀速率0.021mm/a，点蚀深度≤0.1mm，
依据GB 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》第49页，关于腐蚀速率：碳钢设备应小于0.075mm/a标准[5]，可见循环水中碳钢腐蚀速率明显低于标准值。总体情况较防治前明显改善。
5 结论
在循环水系统中使用耐腐蚀材料对于防治腐蚀效果最好，在不能全部更换的情况下，采用牺牲阳极阴极保护方法、添加适量的碳钢缓蚀剂、严格控制水中氯离子加硫酸根之和<2500mg/L、维持水中余氯0.1-0.2ppm防止微生物繁殖、降低水中悬浮物、适当提高水流速等多种防治措施联合实施，有效降低了碳钢腐蚀速率，解决了渠东电厂循环水系统内碳钢腐严重的难题。以上防治措施简单、易实施、成本低，对循环水高浓缩倍率运行影响小，有利于节能减排和深度优化用水，减少循环水系统碳钢腐蚀类缺陷，保证循环水系统长周期安全稳定运行。
参考文献：
[1]乐明聪.高鹏.徐庆磊.循环水热水器腐蚀原因及改进措施[J].石油化工腐蚀与防护，2016.4：55-58
[2]杨培燕，张继恒，顾宝珊，李黎，董小冬，刘汝平，杨国贤.循环水管道腐蚀原因分析[J].全面腐蚀控制，2011.25（2）：23-29
[3]刘志华，张恩奎.循环水系统碳钢腐蚀防治措施[J].吉林电力技术，2000.1（2）：36-37
[4]高永涛，王平.循环水加碳钢缓蚀剂应用[J].全面腐蚀控制，2014年第06期，2014.6：24-26
[5]中华人民共和国国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB/T 50050-2017 [S]，北京：中国计划出版社，2018.1
作者简介：仲继克，1974年出生，男，黑龙江人，汉族，本科，工程师，从事电厂化学生产应用与研究;
李德峰，1968年出生，男，山东人，汉族，本科，工程师，从事电厂化学生产应用与研究。
关键词：循环水，水質差，碳钢腐蚀，防治措施
引言
渠东电厂循环水系统采用贾屯污水处理厂的中水和贾太湖蓄水池的黄河水两种水源同时补水。贾太湖的黄河水水质相对较好，贾屯污水处理厂主要接纳周边的化工厂、造纸厂、制药厂等工业废水，其中水经电厂混凝澄清处理后水质仍然较差。随着深度优化用水和水污染防治的进行，循环水高浓缩倍率运行，导致循环水中含盐量高、各种离子含量高、水质差。前两年在机组检修期间发现循环水系统碳钢管路和个别阀门出现不同程度腐蚀现象，经过查找和分析原因，逐步制定和采取措施，至现在碳钢腐蚀得到了控制，腐蚀情况减缓明显。
1 循环水系统碳钢腐蚀状况
2018年机组检修期间检查：凝汽器TP317不锈钢管无腐蚀、无结垢;但是循环水系统碳钢发生了不同程度的腐蚀，主要集中在使用循环水的油冷却器和内冷水冷却器等进出口管路和个别阀门，其中一手动门门柄腐蚀严重，有几处管路焊口外表面有渗漏流淌后干涸棕红色锈迹，管路内部有局部呈棕黄色鼓包，少数鼓包最大高约7-8mm，包下面是黑褐色腐不均匀蚀坑，坑深最大约3mm左右，部分腐蚀坑相连扩散，管径小些管路腐蚀严重，管径大的管路腐蚀稍轻，判断均为循环水腐蚀所致。
2 循环水系统碳钢腐蚀原因分析
2.1高含盐量导致电化学腐蚀
循环水日常分析数据pH在8.2-9.0之间不存在酸性腐蚀，但仍然存在一定其他方式的腐蚀性。因循环水补水水质差，加之在高浓缩倍率下运行导致循环水水质差，其中氯离子、硫酸根离子、含盐量等非常高，循环水的电导率最高时超过6500μs/cm，氯离子最高达2183mg/L，硫酸根离子最高达2632mg/L。高浓度盐类、氯离子和硫酸根离子等对碳钢管路、阀门等无防腐部位存在电化学腐蚀[1]和其他类型的腐蚀，如金属在海水、酸、碱、盐溶液中的腐蚀均属这一类。渠东厂循环水高含盐量导致了碳钢发生了电化学腐蚀[1]。
2.2氧对碳钢的腐蚀
在检查中发现其腐蚀产物在碳钢表面形成许多大小不一的鼓包，鼓包表面的颜色由黄褐色到硅红色不等，深次层是黑色，当将这些腐蚀产物清除后，便会出现腐蚀造成的陷坑，这些现象符合氧腐蚀特征[2]。铁受水中溶解氧的腐蚀也是一种电化学腐蚀[2]，铁和氧形成腐蚀电池。铁的电极电位总是比氧的电极电位低，所以在铁氧腐蚀电池中，铁是阳极，遭到腐蚀，反应式如下：Fe→Fe2++2e，氧为阴极，进行还原，反应式如下：O2+2H2O+4e→4OH-在这里溶解氧起阴极去极化作用，是引起铁腐蚀的因素，这种腐蚀称为氧腐蚀。铁受到溶解氧腐蚀后产生Fe2+，它在水中进行下列反应：
Fe2++2OH-→Fe（OH）2，
Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3，
Fe（OH）2+2Fe（OH）3→Fe3O4+4H2O，
在上述反应中，Fe（OH）2是不稳定的，使反应继续进行，最终产物主要是Fe（OH）3和Fe3O4[2]。
2.3硫酸盐还原细菌促生的微生物腐蚀
循环水中硫酸盐含量非常高，硫酸盐还原细菌造成了微生物腐蚀，微生物直接或间接地参加了腐蚀过程所起的金属毁坏作用[3]。主要是通过使电极电位和浓差电池发生变化而参与腐蚀作用，由于细菌繁殖所形成的粘泥沉积在金属表面，破坏了保护膜，构成局部电池，微生物腐蚀是一种局部腐蚀，而且几乎都有点蚀的迹象，其危害不容忽视。
2.4 沉积物或垢下腐蚀
循环水中悬浮物多，逐渐随同腐蚀产物沉积在管路内表面，沉积物会加速碳钢的电化学腐蚀。循环水中悬浮物的多少主要用浊度指标来判断，两年前因滤池缺陷导致循环水浊度严重超标一次，对碳钢腐蚀也产生一定的副作用。
2.5 水流速的影响
一般来说，水流速低于0.3m/s的换热器普遍存在污垢和垢下腐蚀问题，流速越低问题越突出。经过油冷却器和内冷水冷却器的循环水管径小，流速相对循环水系统主管路缓慢，水中的悬浮物等杂质更容易在有腐蚀产物形成的鼓包等粗超表面附着，促进了腐蚀作用。
3 循环水系统碳钢腐蚀的防治
3.1 降低循环水含盐量
由于渠东电厂循环水补水水质差，补水电导率在1500-2800μs/cm之间，氯离子在130-450mg/L之间，硫酸根离子在160-450mg/L之间，各种离子均较高，鉴于目前需要节水减排和深度优化用水的形势以及经济性对比考虑，通过降低循环水浓缩倍率来降低含盐量方法可行性不强，不做最为主要防治手段。
3.2 循环水中加碳钢缓蚀剂
2019年起针对碳钢腐蚀防治，在循环水原有投加缓蚀阻垢剂的基础上又增加了“碳钢缓蚀剂[4]”，目的是减少碳钢的腐蚀[4]，添加碳钢缓蚀剂后腐蚀减缓明显。为了确定投加碳钢缓蚀剂量，在40天内做了四次试验如表1。
通过试验可以看出当每日投加35kg时循环水中铁含量下降趋缓，最后确定每日投加35kg。
3.3 使用耐腐蚀材料
把循环水系统中腐蚀严重的阀门更换为耐腐蚀阀门;把腐蚀严重的管路更换为耐腐蚀管路：如孔网钢带聚乙烯复合管，此种材质具有很强的耐腐蚀性和较高的耐压强度及蠕变性能，不用再担心腐蚀问题。
3.4 采用牺牲阳极阴极保护方法
在循环水系统中针对碳钢采用牺牲阳极阴极保护方法，主要在凝汽器水室底部加装锌板减缓腐蚀。
3.5 监控氯离子和硫酸根离子总量
加强监控循环水氯离子和硫酸根离子，依照GB50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》规定，控制氯离子加硫酸根之和<2500mg/L[5]，降低循环水的腐蚀性。 3.6 加强循环水杀菌灭藻处理
每周投加氯锭维持水中余氯0.1-0.2ppm，每月投加一次非氧化性杀菌剂，控制微生物等繁殖。
3.7 降低循环水悬浮物
加强循环水浊度控制，浊度<10NTU，减少悬浮物在循环水中系统中沉积。
3.8 监测碳钢腐蚀速率
在循环水系统中悬挂碳钢试片，在检修期间取出来测定碳钢腐蚀速率。
3.9 提高易腐蚀管内水流速
提高循环水在油冷却器和内冷水冷却器等管路中的流速，检修时对管路内进行冲洗和清理;运行时阀门全开以保水流通畅。
4 循环水系统碳钢腐蚀防治效果评价
4.1循环水中铁离子含量检测
依據GB 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》第51页，水中有2mg/L（2000?g/L）的Fe2+时[5]，碳钢腐蚀速率增加6-7倍[5]，且局部腐蚀加剧[5]。如果循环水中Fe2+不断升高[5]，则表明设备被腐蚀[5]。随着对循环水系统碳钢腐蚀采取防治措施后，循环水中铁离子含量明显降低，表明循环水系统碳钢腐蚀速率明显降低。循环水中铁离子含量检测数据见下表2：
4.2 循环水中挂试片监测碳钢腐蚀速率
2021年4月取出的挂片检测结果：均匀腐蚀速率0.021mm/a，点蚀深度≤0.1mm，
依据GB 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》第49页，关于腐蚀速率：碳钢设备应小于0.075mm/a标准[5]，可见循环水中碳钢腐蚀速率明显低于标准值。总体情况较防治前明显改善。
5 结论
在循环水系统中使用耐腐蚀材料对于防治腐蚀效果最好，在不能全部更换的情况下，采用牺牲阳极阴极保护方法、添加适量的碳钢缓蚀剂、严格控制水中氯离子加硫酸根之和<2500mg/L、维持水中余氯0.1-0.2ppm防止微生物繁殖、降低水中悬浮物、适当提高水流速等多种防治措施联合实施，有效降低了碳钢腐蚀速率，解决了渠东电厂循环水系统内碳钢腐严重的难题。以上防治措施简单、易实施、成本低，对循环水高浓缩倍率运行影响小，有利于节能减排和深度优化用水，减少循环水系统碳钢腐蚀类缺陷，保证循环水系统长周期安全稳定运行。
参考文献：
[1]乐明聪.高鹏.徐庆磊.循环水热水器腐蚀原因及改进措施[J].石油化工腐蚀与防护，2016.4：55-58
[2]杨培燕，张继恒，顾宝珊，李黎，董小冬，刘汝平，杨国贤.循环水管道腐蚀原因分析[J].全面腐蚀控制，2011.25（2）：23-29
[3]刘志华，张恩奎.循环水系统碳钢腐蚀防治措施[J].吉林电力技术，2000.1（2）：36-37
[4]高永涛，王平.循环水加碳钢缓蚀剂应用[J].全面腐蚀控制，2014年第06期，2014.6：24-26
[5]中华人民共和国国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB/T 50050-2017 [S]，北京：中国计划出版社，2018.1
作者简介：仲继克，1974年出生，男，黑龙江人，汉族，本科，工程师，从事电厂化学生产应用与研究;
李德峰，1968年出生，男，山东人，汉族，本科，工程师，从事电厂化学生产应用与研究。